Description:
Under 1) This section will tell me in detail the selection and allocation of resources in the "II.3" section expanded to consider all aspects, hardware and software design speaks in the design section. If students are familiar with the smart car can be passed over, see "II.3" final selection and resource allocation.
2) Because it is a blog, not a design document, so the language will not be so strict, in some places I will directly result in functional requirements, I hope you understand
Since determine their own to do a Smart car, so the question is:
Q1: What size do car
Q2: What features need to implement
Q3: How much cost control budget
Q4: How long planned to complete
Q5: What features onboard, which features expanded outside
Q6: APP includes a host computer and a terminal which features
Q7: Do you want access to scratch
Confirm size car
The original idea is to prepare in a small car cover car models cover a direct PC material, so that the shell has also been, he found a treasure in a circle, the final selection of a Secretary Ma Kai [1] shell.
Bought caliper look at the amount, draw a CAD drawing, print out the actual contrast, the way to take the effect of the actual wheel test, the final determination of board size is 292 * 114mm, the axial distance of 185mm, wheel 60mm diameter, considering the cost, priority consider TT-130 motor.
Car capacity planning
- Obstacle avoidance function
One of the basic functions of the smart car. But the need to deploy several road sensors, position sensors placed on how, how the sensor values acquired it? Combination of existing mature sensor member COTS (Commercial Off-The-Shelf) usage, the decisions of the discharge passage 3 in the front and rear infrared, consisting of the left - - the right detection network, direct manner ADC sampling sensor data acquisition , either save the device, reduce the occupied area of the PCB, in a case where the external disturbance light can be produced by ADC sampling detection threshold value.
- Tracking function
One of the basic functions of the smart car. The usual practice is to place the left - middle - right three-way infrared tracking, then there are the left - in the - in the - the right way to four-way infrared, 4 if I have not tried better, but considering the tracking intractable and deceleration is determined from the track during turning, the vehicle body in the middle infrared tracking reserved, this can constitute a left - in - Right - after detection of a tracking network. Collected sensor data is also used directly sampled by the ADC.
- Ranging function
智能小车的基本功能之一。常用的做法是超声波测距（HC-SR04）、红外测距（GP2Y0A21YK0F）或者激光测距(VL53L0X)，成本最低的是超声波测距，一路HC-SR04价格约4元钱；GP2Y0A21YK0F价格约30元，VL53L0X价格约15元。
| 型号 |
工作电压 |
检测范围 |
数据接口 |
价格(￥） |
| HC-SR04 |
5V |
2cm~45cm |
GPIO |
4.00 |
| GP2Y0A21YK0F |
5V |
10cm~80cm |
模拟电压输出 |
30.00 |
| VL53L0X |
3.3V/5V |
200cm |
I2C |
15.00 |
这些模块集成了专用IC，适合直接使用商用成品模块。
实测HC-SR04距离可以到800mm，所以我一开始是把超声波安装位置放在车身中间，这样，我买的车壳就比较容易安装，后来发现实际操作比较困难，而且舵机安装在后面，因为舵机出线原因，导致有安装问题，后来我又移到车头部位了。
- 舵机功能
智能小车的基本功能之一。舵机功能考虑如下，超声波测距需要左右转动，就需要一路舵机；如果配置摄像头，需要2轴转动，这样2路舵机就属于标配；
舵机有2种备选：SG90/MG90s和S3003，因为小车不用转向舵机，不需要很大的扭矩，通过测试，我发现MG90s(180度转向）够用了。
- 电机驱动功能
智能小车的基本功能之一。电驱配置有三种典型方案（不考虑平衡车2路方式）
方案1：4轮结构：独立四驱
方案2：3轮结构：独立前置2驱 + 后轮万向轮
方案3：4轮结构：独立后置2驱 + 前轮转向轮（2轮）
方案2与选的车壳整体外观不符，直接筛掉
方案3尽管能节约2路电机，但是我规划电机是直接安装在PCB板上，这个方案需要再做个抓向用的支架，在安装上比方案1更复杂，也筛掉了。
最终选定的是方案1，方案1还可以做冗余设计，就是可以把TT-130电机的内部电机和减速齿轮挖掉，直接挂从动轮就变成2驱车了：）
- 编码器测速功能
智能小车的基本功能之一。在我的规划里，小车不需要准确的转速和行驶路程，本来不想加的，但是作为基本功能，还是保留了前驱的2路码盘测速功能
- 方位计功能
可选功能。因为对MPU6050稍微熟悉一点，方位计首选的MPU6050，通过DMP的姿态计算，MPU6050能够提供必要的yaw值，可以用来小车行驶纠偏，也可以用来计算车速（实际这一块没搞定，四元素没吃透，直接积分出来的速度和距离值偏差很大，无法直接使用）。
- 本地状态显示功能
可选功能。通过本地显示可以直接展示小车必要的状态信息如电量、模式等信息。我主要评估了1602液晶和OLED屏，后者尽管贵一点，但是占地面积小，可以与MPU6050共用I2C总线
- 通信功能
智能小车的基本功能之一。在通信方案上有多种方案：有线通信：TTL/RS232/RS485/CAN，无线通信：Bluetooth/NRF24L01/WIFI。有线在初期调试和作为后期操作维护（OM）时常用，无线的优势也很明显。一般的小车方案都会用有线加无线的方案，但是我自己没怎么玩蓝牙和NRF24L01，对WIFI和TCPIP协议更熟悉，所以我优选的自己熟悉的方案，wifi模块选择的是ESP82266中的ESP-07模块。蓝牙和NRF24L01预留接口需要用到时再说。
多说几句ESP-07这个WIFI模块，当初选这个模块时是有些担忧的，它对发送帧间隔是有固定要求的，手册是20ms。个人实测最快收包和发包间隔要大于130ms，否则就会丢包。看网友讲这个可以通过修改固件可以优化，我就用了此模块作为我的通信方案。其实到现在我都没去动这个模块的固件，通过软件收发协议和策略来优化通信链路。
蓝牙模块和NRF24L01通过接口外扩。
- 车身指示功能
智能小车的基本功能之一。除了必要的行驶指示灯外，小车必须有固定的灯光颜色或者闪烁来指示小车当前状态。增加了RGB全色灯，作为车身指示灯，这样就预留了一个功能通过颜色识别小车的功能。
- 碰撞检测功能
可选功能。因为有红外避障和超声波避障，这个功能显得不是很重要，没有考虑在板上直接部署。如果需要，用现有成熟模块如KY301扩展，是否板上部署，还要看最终的MCU资源是否够用。
- 颜色识别功能
可选功能。网上看到过国外发布的用颜色识别做循迹的小车，不同颜色组合代表不同指令，蛮有意思的，但是已经超出我设想的功能范围了。所以颜色识别我没考虑，如果要用智能通过商用成品接线或者单独做个小板子扣上去用了。
- 光强检测功能
可选功能。光强检测最简单的方法就是使用光敏电阻，高级点方案用光强传感器如KY031。这个功能我原来的设想是用来判断是白天还是晚上的，但是后来发现，家里灯光开亮点跟大白天传感器反馈结果差别不大，想想真要这么用的话，软件增加一项设置，把红外传感器的设定门限跟该项值联动就行了，所以板子上我就留了一路光敏，作为备用。
- 语音控制功能
可选功能。设想的基本功能是通过语音可以控制小车，再高级点语音功能我觉得超出小车功能范围了。实现方案有2种备选，一种通过APP语音识别后，将命令通过WIFI下发到小车执行；另一种方案直接用离线语音识别模块，通过该模块接口接收语音指令。其实还有一种是直接用MCU的I2S接口，我觉得这样做会加大我的投入时间，能用现成的就用现成了，也不是一定需要这个功能。
- 视频功能
可选功能。这个功能的想法来源是看过国外一个玩家发的视频，他把高清摄像头安装在车上，然后把回传的视频通过投影仪投放在墙面，用方向盘操控小车行驶，感觉跟第一视角的VR现场一样，挺震撼的。这个功能曾让我在MCU选型上犹豫过，是否直接用ESP32 CAMERA套件来做。简单分析了下，这个套件的图像分辨率和帧数有可能达不到预期，干脆也做成用成熟商用部件扩展，直接用wifi直连做数据回传，图像不经过小车，这样可以节省大部分的MCU处理开销，MCU也能选择更便宜点的。其实，我在小车做好后，用家里的高清摄像头装载车上，然后投屏到电视上，发现抖帧很厉害。有网友说这是网络原因或者摄像头原因，用FPV摄像头就没有这个问题，我同意您的看法。
- 定位功能
可选功能。这个功能我觉得对小车来说是鸡肋，玩小车时会用终端控制，如果需要位置信息，可以直接终端的位置信息就可以，如果需要用GPS位置信息做巡航，通过成熟单工模块外扩即可。
- 供电功能
必备功能。从使用简单的角度，我觉得用可充电电池直接板载安装，通过USB口充电这种方式更简单易用。选用18650电池，是因为到某宝一搜“电池支架”，基本都是18650电池的支架，对电池容量简单估算下，假如2节2400mA容量18650的电池，无论串联使用或者并联使用，总容量约为4800mA，能量消耗主要在电机，TT130/N20/370电机工作电流和堵转电流差别很大，而且电池合理使用也有讲究的，4800mA毛估估可以玩1个小时左右。
- 高级扩展功能
在我的规划中，如果智能小车只具备上述功能是不够的。小车能否像无人机编组那样实现编队行驶（我记得UBTECH可以让几百个机器人同步跳舞），能否像智能驾驶那样在行驶过程中插队或者离队。。。。。。
另外，如果在小车上长个机械臂，舵机数量是否需要预留或者复用？
等等，还有哪些不一样的地方呢？
预算与成本控制
我计划把每辆小车成本控制在200元以内
时间计划
| 阶段 |
计划投入 |
投入说明 |
| 方案 |
7天 |
|
| 原理图/PCB |
7天 |
|
| 加工 |
4天 |
|
| 基本功能调测 |
7天 |
硬件、通信和传感器基本功能 |
| 上位机 |
7天 |
|
| APP |
7天 |
上位机调完后开始 |
| 功能完善 |
14天 |
增加业务功能 |
| 调优 |
14天 |
做必要的实时性优化 |
大致一估摸，把基础部分做好大概都要个把月，平时还要赚奶粉钱。计划时间也就是大概吧
功能板载和外扩功能
需要根据MCU资源才能最终确定，需求规划直接购买商用部件的有超声波、舵机、声控、摄像头等，在设计时要考虑PIN-TO-PIN直插，并且留够安装孔。
上位机和终端APP功能
这个有点多。先不讲
是否要接入到scratch
一开始没准备折腾，后来小孩子提了这个问题，我就弄了下，现在只打通了scratch->node 代理->tcpserver -> 小车的单向通道，还没有真正实现。没太大动力：）
参考文献：
1、恺司玛外壳淘宝链接
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.67002e8ds1YYZZ&id=566303661057&_u=5fftc2r2d36
Infringement Disclaimer: the text portion of the images from the Internet, if you find references to your resource but does not declare the source or you want to be and I quote, please leave a message, I will take the first modification. Thank you
references:
1, the Secretary Ma Kai shell Taobao link
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.67002e8ds1YYZZ&id=566303661057&_u=5fftc2r2d36
Infringement Disclaimer: the text portion of the images from the Internet, if you find references to your resource but does not declare the source or you want to be and I quote, please leave a message, I will take the first modification. Thank you
