我用立创·梁山派开发板做了辆电赛小车，采用全国产化设计。

本文主要分享小车的“电路原理”与“PCB设计技巧”。

PS：软件部分已开源，有需要可在“开源资料下载”章节查看。

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工程电路描述、引脚分配、元器件选型+电路原理、PCB设计、开源资料下载、视频教程。

一、工程电路描述

我做了一辆智能送药小车，基于立创·梁山派开发板设计。

这是小车里最主要的板子。

它板载国产姿态传感器和磁力计，拥有驱动电机，舵机，蜂鸣器，摄像头、屏幕、CAN电路等模块。

详情电路图设计请前往立创开源平台查看：
https://oshwhub.com/li-chuang-kai-fa-ban/21-dian-sai-f-ti-zhi-neng-song-yao-xiao-che

二、引脚分配

电路设计中，最开始，最重要的，就是引脚分配。

引脚分配不好可能会造成资源丰富的MCU没接口可用，或布线异常麻烦，从而降低设计效率！

由于送药小车是基于立创·梁山派开发板设计的，因此我们可以通过【梁山派原理图】和【GD32F470的Datasheet中的2.6.2中的硬件定义】获得下面的引脚分配表。

如上图所述，我是按照图片排列顺序进行引脚资源分配的——UART，SPI，正交编码器接口，PWM，IIC（优先硬件，软件的也可以），CAN，ADC，LED，KEY，灰度传感器接口。

三、元器件选型及原理图设计

本章节将讲解【小车拓展板原理图】中的9个电路模块。

01电源路径的选型及设计

这里选用SGM6132，3A,28.5V，1.4MHz Step-Down Converter进行设计。

并参考官方的典型应用来设计原理图。

这是上述芯片各个参数的推荐选型数值。

由于我需要的是5V的输出，因此可以直接参考官方数值。

注意！如果需要自己算阻值，电阻阻值不要超过他它的最大值。比如这个芯片的R2最大值是100kΩ，那阻值超过100kΩ它就不能工作了。

最简单可靠的还是用官方推荐的图来设计。

其他的XT30接口，自恢复保险丝，波动开关电路，TVS过压保护等选型就比较简单了。这里简单讲一下。

XT30公头可以随便选。

考虑到两个直流减速电机在启动时，瞬时电流会很大，所以这里选择的是最大5A的自恢复保险丝。

这里选择的拨动开关，最大可以过6A的电流，妥妥的足够用了。

当工作在正常电压下时，TVS保护电路的电阻很大，不会对电路产生影响；

在瞬态电压出现时，TVS保护电路的电阻会迅速变小，将电压限制在设定的安全范围内，从而保护电子设备不受损坏。

不过锂电池的电压是非常稳定的，这个保护主要通过调试开关电源供电时，防止电压超标。

02电机驱动电路选型及设计

一个AT8870可以驱动一个直流电机正反转，我们要驱动两个直流电机，所以这里要用两个驱动芯片。

这里重点要看的参数是——主供电要求，逻辑供电要求，逻辑输入要求，连续输出电流，峰值输出电流，最大PWM频率等。

了解上面以上参数后我们就可以选电机了。

我选的是轮趣科技的MG513P20_12V，这个电机减速比是20，工作电压是12V，额定电流是0.36A，堵转电流是3.2A。

可以确保“电机的工作电流电压”在“电机驱动芯片”的工作范围以下。

但是注意了！

由于AT8870峰值输出电流是3.6A，很有可能在长时间堵转的情况下烧毁！

于是我后续找到了一个更好的，就是AT8236。

它的最大峰值驱动输出可达6A，连续输出驱动可达4A，还是PINtoPIN的，实际焊接的时候直接替换就好了。

03姿态传感器选型及设计

姿态传感器可以通过测量物体的“加速度”，“角速度”等参数计算出物体的姿态信息。

我选择的六轴姿态传感器是QMI8658A。

它的封装和国外大厂的部分型号PINtoPIN的，后续可以替换测试其他厂家的imu。

参考QMI8658A的datasheet中第八页（可以在立创商城下直接预览），他给出了三线SPI，四线SPI，IIC的应用图。

查看手册中的表15，可以了解这款芯片SPI最高时钟支持15Mhz，IIC时钟最高支持400Khz。

为了在单位时间内获得更多的数据，就选用SPI协议了。

04磁力计传感器选型及设计

姿态传感器分为6轴和9轴，9轴的就是带磁力计的。

在姿态解算中，磁力计可以提供重要的地磁信息，能更准确的定位设备的方向和位置。

此外，磁力计还可以帮助校正陀螺仪的漂移误差，提高姿态解算的精度。

这里我使用的是国产磁力计QMC5883P。

参考其datasheet可以了解到，它最高支持400Khz的IIC速率，不支持SPI，结合第七页的建议外部连接可以设计出以下原理图。

05蜂鸣器选型及设计
蜂鸣器可以将电信号转化为声音信号，提供各种声音反馈或警报信号。

蜂鸣器从构造类型分为——电磁式和压电式两种。

从驱动方式分为——无源（由外部方波驱动）和有源（由内部驱动，外部给电就行）两种。

按封装分为——插针式和贴片式。

我选择的是无源电磁式贴片蜂鸣器，工作电压2-4v，频率4000Hz，这里的频率是指他在这个频率下最响的声音。

D2的主要作用是保护驱动的MOS管。

蜂鸣器和电机一样，是感性元件，它的电流是不能瞬变的。必须有一个“续流二极管”提供续流。

如果没有这个续流二极管，停止给蜂鸣器供电的时候，在蜂鸣器两端会有反向感应电动势，产生高达几十伏的尖峰电压，会损坏驱动电路。

R26是限流电阻，防止电流太大损坏芯片的PWM输出引脚。

R4是一个简单的下拉电阻。

06按键及药物检测开关设计
通常，按键内部使用的是机械弹性开关。

当它按下弹起的时候，机械触点会因为弹性作用，在闭合和断开的瞬间，产生一连串的抖动。这种抖动会导致输入信号在高低电位之间弹跳，有不正确的输入。

因此，要在芯片内部设置一个下拉。

这里面电阻的作用是限流（害怕初学者不小心给设置成推挽输出了）。电容的作用是硬件去抖。当然，软件消抖也是必须的，硬件去抖只能改善不能消除。

这里的按键改为了碰撞开关。我准备设计一个3D打印结构，当药物放下的时候，会碰撞开关，检测到药物是否安装成功。

碰撞开关的商品编号：C87120。

07ADC电压采集电路设计

左边第一路ADC是采集电池过来的12V电压是否正常。

其他三路给用户使用。

这里电阻的选择是简单的电阻串联分压。

比如，12V从上面过来，那到单片机IO的电压就是这样计算的：

12V*(R15/（R11+R15）)=1.09V

ADC引脚进来的电压最大不能超过3.3V，所以这里我用了一个D3-双向TVS管。

大于3.3V这个D3-双向TVS管就会保护单片机引脚。

08CAN芯片选型及设计
控制器局域网总线（CAN，Controller Area Network）是一种串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。

这里我选择的是 SIT(芯力特)的SIT65HVD230DR，3.3V供电，速率最高1Mbps。

Rs是模式选择引脚，强下拉至GND=高速模式；

强上拉至VCC=低功耗模式；

通过10kΩ至100kΩ电阻下拉至GND=斜率控制模式。

其他连线参考手册就可以知道。

但是注意！

这里的TXD、RXD、串口的标注方式有点不一样——RX接R，TX接D。

在CAN总线的两端必须连接120Ω的终端电阻才可以正常工作。电阻的作用是为了匹配总线阻抗，提高数据通信的可靠性。

09S-BUS电路设计
SBUS是一种串行通讯协议，常用于遥控端。可以通过单个信道传输多个通道的数据。

可以把它理解为串口协议，采用100k波特率，数据八位，两位停止位，偶校验。

因为它采用的是反向电平输出，所以必须要硬件取反，除非你的芯片串口外设自带硬件取反。

搞定了原理图部分，就要开始进行PCB设计了！

四、PCB设计

本章节主要讲解——PCB布局教程、DC-DC降压电路的布局技巧、电机驱动电路的布线技巧、其他说明。

01PCB布局
我想让PCB和梁山派的大小保持一致。

因此，要先把梁山派的板框和定位孔坐标复制过来。

①确定一下两个40P排母座子的坐标。

因为想在背面放置GH1.25带锁扣卧式连接座，所以这里的排母需要选贴片的。

②把尺寸面积比较大的元件先摆好。

这里连接件比较大的有——XT30电源接口，大电流拨动开关，两个电机连接座，两路舵机接口。

③姿态传感器和磁力计

为了姿态传感器更能反应板子的姿态，所以把它放在底板的正中心，磁力计就放到姿态传感器旁边。

红圈中，左边是姿态传感器，右边是磁力计。

上下的两条开槽主要有两个作用：一个是降低板材变形对姿态传感器的应力影响；一个是降低DCDC降压和电机驱动芯片工作时产生的干扰。

④各种连接座子和按键的布局

到背面了。

GH1.25连接座子、侧按按键要靠近板边。

为了防止侧按按键被误触，我将其设计为了只有用指甲才能按下。

⑤其他元件的布局

这里采用就近原则。

02DC-DC降压电路

电源可以说是一个电路的心脏，一个不稳定的电源会让系统没法正常工作。

在布局的时候一般要注意以下几点：

当然有些要求可能没法完美满足，尽量达到就行，例如：

①SW回路越小越好

②反馈电阻距离越靠近芯片引脚越好。

03电机驱动电路
电机是大功率用电器，堵转的时候能达到2，3A的电流。

有时芯片都还没烧坏呢，电路板的铜皮直接被烧断了。

因此，需要注意一下这些布线技巧：

04其他

五、开源资料下载

智能送药小车是一道电赛题（21年F题），本项目的电路代码资料已全部开源！

如果你需要【软件部分】的开源资料用于参考学习，请戳文章评论区置顶的链接获取。

六、视频教程

智能送药小车精简版视频教程一共3节，点击即可查看。

PS：后续还会有相关精品课程更新，旨在手把手教会你做一辆小车！可以期待一下~

就算是小白，也可以趁着暑假做一辆这样的小车，增长项目经验！