分組介紹 | 電控組

電控組主要負(fù)責(zé)織造機(jī)器人的靈魂，讓搭建起來的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有生命活力。詳細(xì)一點(diǎn)說，要想成為一名合格的電子工程師，你需要學(xué)會(huì)：選擇適用的單片機(jī)、傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等元件；編寫機(jī)器人的主要控制程序；理清連接電路板和元器件的線路；最終能夠讓機(jī)器人能按照指令實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。

在RoboMaster比賽中，機(jī)器人最重要的移動(dòng)和發(fā)射功能涉及電機(jī)速度、云臺(tái)穩(wěn)定性、射頻、射速，這些功能的實(shí)現(xiàn)都需要電控的調(diào)節(jié)。下面讓小A為大家簡單地介紹電控組的「擼代碼」、「焊板子」具體都涉及些什么吧！

一、工作方向

1.嵌入式軟件方向

（1）IDE（集成開發(fā)環(huán)境）

編寫程序首先需要一個(gè)能編寫和測試程序的平臺(tái)。IDE就是這么一類供開發(fā)者書寫和編輯程序，并能編譯和調(diào)試程序的軟件。工作室使用的集成IDE是KeilμVision5(STM32)和Arduino IDE。會(huì)使用STM32的同學(xué)還可以下載CubeMX進(jìn)行圖形化的初始配置，簡單方便易操作。

（2）程序語言

編寫程序其次需要知道編寫的規(guī)則，即計(jì)算機(jī)的「語言」。在Keil上最常用的代碼語言是C、C++。Arduino，是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬體平臺(tái)，構(gòu)建于開放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類似Java，C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。

（3）基本控制原理

PID是一種經(jīng)典的控制算法，根據(jù)系統(tǒng)的偏差來調(diào)整輸入信號(hào)的線性反饋控制算法，本質(zhì)上是一個(gè)涉及微積分的數(shù)學(xué)公式。通俗地說，它能根據(jù)傳感器返回的機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)（值）的偏差，微調(diào)對機(jī)器人發(fā)出的指令，使之保持穩(wěn)定。這是實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人穩(wěn)定控制，及一些功率和射頻等規(guī)則限制的關(guān)鍵點(diǎn)。除了經(jīng)典PID以外，要想更精確的控制我們的機(jī)器人，還需要去學(xué)習(xí)更為「高深」的控制算法，比如ADRC、專家PID、模糊PID、自適應(yīng)PID等。

（4）處理器

編寫好程序之后，通過了在電腦上的編譯和調(diào)試，就要將程序輸入接電路板上的處理器——微型計(jì)算機(jī)，也稱單片機(jī)，進(jìn)行運(yùn)行。工作室常用的是AVR和ARM系列。

（5）通信

從電腦端將程序輸入單片機(jī)，需要「通信」。機(jī)器人技術(shù)中的通信，指的是計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)之間端到端的數(shù)據(jù)傳輸，涉及通信接口的封裝和通信協(xié)議。通信協(xié)議的類型有很多，一般Arduino采用的是IDE自帶的串口監(jiān)視器，同時(shí)也支持I2C、SPI，CAN等通信方式。

對于STM32而言，最常使用的是CAN通信，利用CAN通信控制的電調(diào)大大提高了電機(jī)輸出值的精準(zhǔn)度，這是機(jī)器人比賽中做到「指哪打哪」的有力保障。

（6）自動(dòng)控制元件

機(jī)器人是一個(gè)實(shí)現(xiàn)程序與現(xiàn)實(shí)世界交互的橋梁，而建立這座橋梁不可或缺的還有硬件，包括各種各樣的傳感器和電機(jī)。其中最重要的包括保證控制穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳感器——MPU6050，紅外傳感器，超聲波傳感器等等，傳感器和電機(jī)的種類很多，因此選擇合適的傳感器及電機(jī)也是電控需要仔細(xì)斟酌的。

2.嵌入式硬件方向

（1）電路/電工學(xué)

主要了解電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)電路分析。例如歐姆定律、戴維南定理、基爾霍夫定律等，都是在電路分析中必不可少的基本原理。

（2）電子測量技術(shù)

在硬件設(shè)計(jì)的過程中不可避免的需要對搭建的半成品進(jìn)行測試，以確定是否能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。常使用的儀器有電壓表、電流表、示波器、穩(wěn)壓電源等。因此對測試工具的掌握也成為硬件設(shè)計(jì)的必然要求。

（3）模擬電子技術(shù)

模電中的三極管、MOS管、晶閘管、運(yùn)算放大器等都是電路設(shè)計(jì)中的基本元件。常用半導(dǎo)體元件、基本放大電路、多級放大電路、集成運(yùn)算放大電路、反饋、信號(hào)的運(yùn)算和處理、波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換、功率放大電路、直流電源和模擬電子電路讀圖均依賴模電的知識(shí)以及上述電路分析知識(shí)。

（4）資料的獲取與查閱

在電路設(shè)計(jì)過程中，常要使用各類CPU以及各類集成IC，但芯片的各類參數(shù)和經(jīng)典應(yīng)用均需要查閱對應(yīng)芯片的datasheet(數(shù)據(jù)手冊)，故需要對各廠商官網(wǎng)和其他數(shù)據(jù)手冊下載途徑有所了解。另外，由于大部分芯片由外國廠商設(shè)計(jì)制作，datasheet的語言多為英文，翻譯版本較少，故需要對常見元器件的英文名有一定的熟悉度，并合理利用翻譯軟件進(jìn)行文檔理解。

二、常用軟件

1、仿真軟件

電子電路仿真，是指使用數(shù)學(xué)模型來對電子電路的真實(shí)行為進(jìn)行模擬的工程方法。在構(gòu)建實(shí)際的電路之前，對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，可以大大地提高設(shè)計(jì)效率。這是由于，設(shè)計(jì)人員可以在構(gòu)建電路之前，預(yù)先觀察、研究電路的行為，而不必為電路的物理實(shí)現(xiàn)付出時(shí)間和經(jīng)濟(jì)的成本「防止炸板子」。

（1）Multisim

Multisim集成了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的SPICE仿真以及交互式電路圖環(huán)境，可即時(shí)可視化和分析電子電路的行為。其直觀的界面可幫助教育工作者強(qiáng)化學(xué)生對電路理論的理解，高效地記憶工程課程的理論。研究人員和設(shè)計(jì)人員可借助Multisim減少PCB的原型迭代，并為設(shè)計(jì)流程添加功能強(qiáng)大的電路仿真和分析，以節(jié)省開發(fā)成本。

（2）LTspice

LTspice?是一款高性能SPICE 仿真軟件、電路圖捕獲和波形觀測器，并為簡化模擬電路的仿真提供了改進(jìn)和模型。LTspice 的下載內(nèi)容中包括了用于大多數(shù) Analog Devices 開關(guān)穩(wěn)壓器、放大器的宏模型，以及用于一般電路仿真的器件庫。

2、PCB設(shè)計(jì)軟件

對于一名嵌入式硬件開發(fā)人員來說，一款好的PCB設(shè)計(jì)軟件，很大程度上能幫助他們更高效的完成PCB設(shè)計(jì)，PCB設(shè)計(jì)軟件的選擇將直接影響學(xué)習(xí)工作的進(jìn)度。

（1）Altium Designer

大多數(shù)PCB工程師接觸的設(shè)計(jì)軟件基本是從AD開始的，AD作為簡單易學(xué)的基礎(chǔ)入門級硬件設(shè)計(jì)軟件，它適合用來繪制簡單的單雙面板及四六層板，通過原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制、信號(hào)完整性分析等多方面技術(shù)的完美融合，使PCB工程師可以輕松地進(jìn)行設(shè)計(jì)，若能熟練使用這個(gè)軟件，將會(huì)大大提高電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率。

（2）立創(chuàng)EDA

用戶無需安裝任何軟件或插件，只需在任何支持HTML5、標(biāo)準(zhǔn)兼容的web瀏覽器打開立創(chuàng)EDA網(wǎng)頁，即可開始你的設(shè)計(jì)。

云端技術(shù)的應(yīng)用讓立創(chuàng)EDA區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，讓設(shè)計(jì)者不再局限于一臺(tái)電腦，能夠隨時(shí)隨地的進(jìn)行跨系統(tǒng)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作。在一個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中的不同成員，通過立創(chuàng)EDA可以在不同的設(shè)備、系統(tǒng)和地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)共享。設(shè)計(jì)的開源共享，使得廣大用戶可以找到很多想要的庫文件，而不用再次耗費(fèi)時(shí)間從頭創(chuàng)建，有助于用戶共同學(xué)習(xí)提高！

除此之外，立創(chuàng)EDA在支持傳統(tǒng)EDA軟件功能的同時(shí)，具有電路仿真等功能，支持多層板、多焊盤、多走線方式的大型工程。