STC节能平衡小车浅析|逐飞科技
STC节能平衡小车浅析--By“逐飞科技”
虽然第十五届竞赛到底怎么举行还是未知数，但还没弃赛的同学还得继续准备，今天我们一起聊一聊怎样做一辆节能智能小车，弃赛的也可以看看，万一后悔了反手就是一把烙铁，顺手敲下代码，达到一种说走就走，说来就来的状态。
接下来进入今天的主题，怎样做一辆节能智能寻迹小车，竞赛任务不再赘述，请至智能车竞赛官网下载第十五届竞赛细则参看节能组比赛任务。
一、硬件平台搭建 1.1、先睹为快 为了更好的给大家提供入门和制作节能小车的建议，逐飞科技依然保持严谨的态度，自己制作了一辆节能智能小车的样车，制作样车的目的是为了验证方案的可行性以及建议的科学性，样车所使用到的车模选择、硬件模块、程序结构等都会通过本文做简要介绍，但没有PCB和源代码分享，这些都是参赛同学你们的工作，不经历暗无天日的挫折，不踩几个天坑，是不利于加深你成长的烙印的，所以，别想走捷径，这篇推文只是为你提供一些建议和思路，同时还打一些广告，下图为逐飞STC节能样车图片： STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 样车视频：视频1：以D车模为载体搭建的STC8G2K为主控的自平衡节能小车，亮点是视频结尾的停车入库，进入车库后抱死轮胎，稳稳停住，不冲出车库。
B站视频链接：/video/BV1uZ4y1H7J2/接下来就从多个方面解析怎样做一辆节能小车，长文，请耐心阅读。
1.2、车模选择 根据规则要求，可以选择直接使用
D、E车模也可自行制作车模，自制车模轮胎外径不大于5CM，但可以允许直接使用
D、E车模的车轮来自制车模，我想限制轮胎直径这个规则的目的是为了限制有同学钻空子，自制一个超大的车轮，下面配一块重物掉着，就可以像不倒翁一样不用控制即可保持两轮平衡，所以目的还是希望自平衡小车这个经典模型能继续被大家研究和学习吧，但又允许使用
D、E车轮胎（直径大于5CM）来制作车模，大概是考虑可以把手上已有的
D、E车轮子利用起来，避免浪费吧，同时也比较容易获取到，要真自己去找≤5CM的模型车轮胎还真不好找，大多都是6.5CM直径的。
逐飞的样车是直接使用的D车模，因为我们只是为了验证方案，D车模简单好用，性能好，精度高，编码器安装也方便，如果没有条件制作更轻、更简洁、性能够用的车模，直接使用D车来制作节能小车也不失为一种较好的选择。
1.3、微控制器选择 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 第十五届节能组限定使用STC公司的三款STC单片机作为主控芯片，分别是STC8G2K64S4、STC8H8K64S4、STC8A8K64S4。
关于这几种主控的选择其实不必过多纠结，都差不太多，逐飞也分别制作了四款搭载STC单片机的核心板，可在逐飞科技淘宝店店内搜索STC，可以在对应的核心板详情页找到这几款单片机的资源描述，相对而言，8G2K的资源比8A8K、8H8K要弱一些，为了体现这几款单片机均可以完成节能组的比赛，我们特地挑选了48脚的8G2K来制作样车，该处理器自带2KRAM和64Kflash，并且支持硬件SPI和硬件IIC的51单片机，如果它能胜任的话，说明其他几种核心板都可以任意选择，都能满足比赛任务的需求。
在完成样车的制作后，我们也做了统计，样车xdata仅使用了923个字节，也就是仅使用了0.9KB的RAM，当然我们的样车没做那么完善，所以内容不多，但怎样把程序写得简洁高效，不也是程序员的基本素养么。
1.4、传感器选择 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 寻迹+入库：建议使用电磁导航+单个线性CCD识别车库的方式来实现导航寻迹和入库停车，使用传统的电磁导航既简单又节能，而且信号稳定性和可靠性很好，不易受到外界环境干扰，随便抓了两颗逐飞店内销售的工字电感和矫正电容组成谐振电路，检测赛道上的电磁信号，再通过逐飞的OPA4377运放模块对信号进行放大后接入到单片机AD引脚上进行数据采集，并且现在比赛都可以使用自带信号源，平时训练以及最终比赛都可以使用逐飞的电磁信号源（赛道电源），可以保证信号的一致性和稳定性；但电磁导航无法识别斑马线和车库，无法完成停车入库，所以这里推荐了用STC单片机也可以带的动得“红孩儿线阵CCD”来作为识别斑马线和车库的传感器，有了这个神器，停车入库这个任务也可以轻松完成。
测速：样车上使用的是逐飞的mini编码器（需要使用带方向信号版本的编码器，因为STC8G/8A单片机没有正交解码功能，STC8H虽然有正交解码功能，但用了正交解码就不能用PWM模块控制电机了，所以节能组始终都需要带方向信号输出的编码器），信号稳定，精度高，为程序控制提供精准的实时速度数据，不论是平衡控制还是速度控制还是停车控制，都依赖于这 一测速神器。
STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 1.5、无线充电及储能电容 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 其实这两部分自节能组诞生以来就存在了，属于传统需求但又非常重要的两个知识点，无线充电接收模块设计的好，并且做得好的同学可以缩短充电时间，进而缩短完成比赛所需时间，取得好成绩。
超级电容的选择也很关键，要选择体积小，能量密度高的超级电容。
先说无线充电接收部分，无线充电的基本原理是利用电磁互感现象，通过磁场耦合的两个线圈来完成从发射端到接收端的电能传输。
篇幅太长，这里也不再展开，关于无线充电的原理可以自行网上搜索或通过相关书本了解，卓老师在以前的公众号推文中也有详细的讲解（参加节能组的同学都应该把卓老师的那篇推文好好学习下），前几届的无线充电组中也出现了几种无线充电的方案，大家也可以通过技术报告去了解往年的一些方案，自己制作出符合竞赛需求的无线充电接收模块，本次的节能样车采用的是逐飞制作的一款简易无线充电接收模块，通过该模块从发射端获取电能来为超级电容组进行充电，再通过超级电容对小车系统进行供电。
然后就是超级电容的选择，逐飞的超级电容组使用的是同等体积下能量密度更高的中国台湾生产的CDA电容，由5个2.7V、60F超级电容串联 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 成最高12V输出的超级电容组，同学们可以根据自己车模的实际用电量来选择到底需要3串、4串、还是5串来自行设计制作超级电容组，逐飞目前只提供5个串联的超级电容组成品模块，根据规则，超级电容组成品模块可以直接用于正式比赛。
1.6、陀螺仪 随着逐飞推出ICM20602陀螺仪模块，很大一部分同学都选择了这个陀螺仪模块去替代传统的MPU6050，理由也很简单，就是快，其使用硬件SPI通讯采集一次六轴数据仅需要消耗50us左右时间，而MPU6050仅支持IIC通讯，其传输速度远远不及使用硬件SPI的ICM20602，再加上今年是STC作为主控，所以在采集上节省时间显得更为重要了。
1.7、其他调试模块 调试小车需要借助一些手段进行人机交互，这样你才更清楚小车到底看到了什么，你的程序运行的结果是什么，样车中我们使用了逐飞的1.14寸的IPS屏幕，用于实时显示传感器数据和一些处理后的数据，方便前期调试时掌握数据，同时我们还使用了无线模块将某些调试数据传输到上位机进行观察和记录，使用过的同学应该都知道，这个模块非常方便，同时我们还可以在运动调试时借助主板上的蜂鸣器来表达车模的某些状态，比如识别到车库时让蜂鸣器发出滴声，识别到圆环时发出滴滴声，以此检验你写的程序是否按照你预想的结果在工作。
1.8、驱动模块 从图片中可以看出，本次样车采用的逐飞设计的HIP4082+7843MOS双驱学习模块来为小车电机控制提供驱动，经典MOS全桥，工作电压低，实测超级电容电压降到2.5V驱动电路和电机都可以正常工作，超级电容电压降到1V时，驱动电路仍然可以工作，只是驱动力不足以让380电机可控了，所以用这款驱动方案足以在控制电路停止工作前保证自己正常工作，不让 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 驱动成为系统停止工作的短板，这样可以更好的将超级电容的电量放得更干净。
二、软件实现 2.1、寻迹 节能组一般都采用电磁寻迹，这样能耗更低，但今年新增了车库元素，所以需要线阵CCD来识别出车库，然后才能控制车模入库，建议大家采用电磁寻迹+线阵CCD识别车库的方式来完成比赛任务（样车就是使用的这种方式），关于电磁寻迹的方式就不多说啦，不论是采用CCD寻迹搜线，还是简单采用电磁寻迹都能很好的完成，本次样车采用左右两个电感就完成了寻迹，寻迹方法逐飞科技之前在智能车制作论坛里也有发帖讲过，这里就不再赘述了。
2.2、直立控制程序浅析 经过多年的比赛沉淀，直立模型的控制基本趋于成熟了，我们这里的样车直立控制部分采用串级PID来进行控制。
串级PID可以大大的提高车模的稳定性，内环控制频率为1Khz。
一共分为三个环节，速度环、角度环、角速度环。
内环为角速度，外环为角度，内环控制周期1ms，外环控制周期5ms，速度环控制周期100ms。
角度融合采用互补滤波，也可以使用卡尔曼滤波，计算量会大一点，滤波算法运行的时间更长一些。
关于串级PID，逐飞科技之前在智能车制作论坛里也有发帖讲过，同时在百度上也有很多例子，大家可以多多搜索学习，在调试参数的时候，从内环开始调试，内环的效果就是阻碍车模前倾与后倾，内环调试完成后再调试外环。
先内后外，逐一调试。
最后再提个醒，因为STC8系列单片机不带浮点数运算单元，所以在编写程序的时候得尽量避免浮点数运算。
2.3、车库识别+入库停车 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 从上面的视频中大家可以看出，样车在通过“红孩儿线阵CCD”识别到斑马线之后，直接控制小车进入了车库并抱死轮胎稳稳挺住，这一点的技术实现下期再讲，敬请关注。
三、节能该怎么节 上面都是针对基于STC单片机的普通平衡小车的一些观点，但作为节能组，参加竞赛的同学们还需要考虑更多细节才能制作出一辆能耗低，充电快的节能智能小车，几点浮于表面的建议提供给大家： 3.1、更轻便的车模 车模需要改装的更轻便，前期可以直接使用D车模来进行制作和调试，但做到一定程度，自己知道要点和需求之后就可以把小车改得更轻便，这样可以实现更少的能量消耗，不满足于改装的也可以自制车模，通过在网上找符合直径要求的轮子，更低功率的电机，再结合3D打印设计制作出符合强度要求的车模机械件，自己造一辆mini节能车，比如下面这辆就是逐飞尝试制作的一辆小车，这样可以从最大程度上简化车模，降低车模自身重量，当然这些设计还需要考虑车模速度，轮胎摩擦力，车模高度能否上破等多种因素，但如果想要做好，这些问 题都该被你克服。
STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 3.2、充电速度 根据竞赛规则，最终比赛时间是小车运行时间+充电时间，所以充电速度快也是一个提高成绩的重要指标，一般比赛现场要求的是30W限制功率，超过30W系统会自动降低功率，这样也会得不偿失，所以你的无线充电接收模块需要注意控制功率，接收端不能超过30W，做到这一步还不算完，输入端的30W转化到输出端还需要乘以一个转化效率，效率越高，在相同时间内真正输入到超级电容的电能就越多，所以做好这一点需要做好功率和效率这两点。
3.3、用电器节能 主控没得选，都是STC，功耗差不了多少，更多的是从怎样将超级电容里的电能放得更干净，我们的建议是电机驱动依然直接从超级电容取电（驱动推荐逐飞设计的7843驱动方案，可购买驱动板参考设计），主板和超级电容之间通过逐飞设计的升降压模块来进行连接，完成对主板的供电，这样可以保证超级电容电 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 压低于5V后通过升压功能依然可以从超级电容取电，其他传感器，控制器等都从主板取电，这种供电方案从理论上讲可以将超级电容里的电量榨取的更干净。
当然也有同学采用的统一升压后再降压给所有用电器供电，看上去也是一样的效果，但需要考虑损耗和效率，我们也做过这种方案的测试，将电机驱动的电量也从升压后获取，同样充满电的情况下，能跑的距离反而更短。
这里面需要考虑的细节比较多，需要同学们自行思考最佳的节能方案，我们也只是提供了一种建议。
3.4、控制方式上实现节能 这部分我们做过相关对比测试，将同一块超级电容组充满电的的情况下，不同的速度，不同的控制方式，小车跑的距离都有差异，比较暴力的控制比较耗电，柔和的控制比较省电，这就需要根据赛道长度，相同长度下，速度快虽然更耗电，需要更长的充电时间，但是又可以节省赛道上的运行时间，这里就需要建立一个模型来进行计算，找到适合你小车最短时间完成比赛任务的最佳的那个点，这也是做一辆精益求精的节能小车需要同学们考虑的细节。
视频2：这个视频关掉了车库检测程序，旨在测试逐飞的超级电容组充满电之后能跑多远，数了一下，差一点点6圈，车模失控后，超级电容两端还有5.2V电压，因为我们没用使用升降压模块，如果使用了升降压模块来单独给主板供电，驱动直接从电容取电这种方案的话，应该可以跑更远一点。
B站视频链接：/video/bv1bt4y1y7jv
四、结束语 节能组从第十一届的电轨受电到第十二届的正式引入到普通竞速组别，从第十二届开始就允许车模自制，成为了最为开放的一个新组别，比赛结果只计算充电电量*系数+车模运行一圈的时间，其他的几乎全部放开。
再到第十三届引入无线充电，再到第十四届的允许提前存储2000焦耳的机械能（虽然到最后参赛时几乎都没有人采用），第十五届第一次强行要求节能组车模必须为左右两轮自平衡的平衡节能车，每一届都在求新、求变，避免炒冷饭，其实正是因为这些变化才能保持竞赛的活力，才能保持大家对赛题的新鲜感，明年又会有哪些变化呢，印象中卓老师推文后面的回复中透露过明年比赛是考虑放开无线充电系统，允许 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 自制，相当于更加放开这个组别的限制，充电时间的长短也考察了同学们在无线 充电系统的设计上的相关知识，我在想那时候是否需要考虑必须引入QI协议的 无线充电系统呢，让目前电磁炉傻充变得更规范，也更安全，也许还有更多其他 的变化，同学们也可以将自己的想法发送给卓老师，如果你的想法够好，卓老师 说不定就采用了。
最后，附一个节能组套件清单，以下硬件模块及机械安装支架（机械安装支 架按
D车模配备）都可以在逐飞科技淘宝店铺找到，满足你制作节能小车的硬件 所需。
名称STC核心板STC主板学习板Type-C数据线USB转TTL运放模块工字电感+校正电容红孩儿线性CCD超级电容组TPS63070升降压模块简易无线充电接收模块锂电池+锂电池充电器双电机MOS驱动模块1024线迷你编码器（带方向）电感电容安装板单杆电磁摄像头支架D车电池支架运放连接线1.14寸IPS液晶彩屏电池电压显示仪无线转串口套件ICM-20602传感器齿轮润滑油 STC直立节能组清单单位单价（元）个不同型号不同价格个根据核心板选择根3.9个12.9个59个1.5个139个149个29.9个59套134个129个198 个9.9个46个34根4.9个36个15套69个32支4.5 数量小计（元）
1 #VALUE!
1 #VALUE!
1 3.9
1 12.9
1 59 1015
1 139
1 149
1 29.9
1 59
1 134
1 129
2 396
1 9.9
1 46
1 34
1 4.9
1 36
1 15
1 69
1 32
1 4.5 STC
节能平衡小车浅析|逐飞科技 轴承油轮胎软化剂磁标配件 支8.5瓶15个1.1包68
1 8.5
1 15
2 2.2
1 68 好吧，今天的分享就到这里了，下期再见。
希望大家多多支持逐飞科技，您 的支持是我们分享的动力。
再次感谢车友们的厚爱！ 本文由“逐飞科技”编辑整理，时间仓促，水平有限，难免有遗漏和错误，
大神轻拍，欢迎交流指正。
愿智能车世界更美好！
接下来进入今天的主题，怎样做一辆节能智能寻迹小车，竞赛任务不再赘述，请至智能车竞赛官网下载第十五届竞赛细则参看节能组比赛任务。
一、硬件平台搭建 1.1、先睹为快 为了更好的给大家提供入门和制作节能小车的建议，逐飞科技依然保持严谨的态度，自己制作了一辆节能智能小车的样车，制作样车的目的是为了验证方案的可行性以及建议的科学性，样车所使用到的车模选择、硬件模块、程序结构等都会通过本文做简要介绍，但没有PCB和源代码分享，这些都是参赛同学你们的工作，不经历暗无天日的挫折，不踩几个天坑，是不利于加深你成长的烙印的，所以，别想走捷径，这篇推文只是为你提供一些建议和思路，同时还打一些广告，下图为逐飞STC节能样车图片： STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 样车视频：视频1：以D车模为载体搭建的STC8G2K为主控的自平衡节能小车，亮点是视频结尾的停车入库，进入车库后抱死轮胎，稳稳停住，不冲出车库。
B站视频链接：/video/BV1uZ4y1H7J2/接下来就从多个方面解析怎样做一辆节能小车，长文，请耐心阅读。
1.2、车模选择 根据规则要求，可以选择直接使用
D、E车模也可自行制作车模，自制车模轮胎外径不大于5CM，但可以允许直接使用
D、E车模的车轮来自制车模，我想限制轮胎直径这个规则的目的是为了限制有同学钻空子，自制一个超大的车轮，下面配一块重物掉着，就可以像不倒翁一样不用控制即可保持两轮平衡，所以目的还是希望自平衡小车这个经典模型能继续被大家研究和学习吧，但又允许使用
D、E车轮胎（直径大于5CM）来制作车模，大概是考虑可以把手上已有的
D、E车轮子利用起来，避免浪费吧，同时也比较容易获取到，要真自己去找≤5CM的模型车轮胎还真不好找，大多都是6.5CM直径的。
逐飞的样车是直接使用的D车模，因为我们只是为了验证方案，D车模简单好用，性能好，精度高，编码器安装也方便，如果没有条件制作更轻、更简洁、性能够用的车模，直接使用D车来制作节能小车也不失为一种较好的选择。
1.3、微控制器选择 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 第十五届节能组限定使用STC公司的三款STC单片机作为主控芯片，分别是STC8G2K64S4、STC8H8K64S4、STC8A8K64S4。
关于这几种主控的选择其实不必过多纠结，都差不太多，逐飞也分别制作了四款搭载STC单片机的核心板，可在逐飞科技淘宝店店内搜索STC，可以在对应的核心板详情页找到这几款单片机的资源描述，相对而言，8G2K的资源比8A8K、8H8K要弱一些，为了体现这几款单片机均可以完成节能组的比赛，我们特地挑选了48脚的8G2K来制作样车，该处理器自带2KRAM和64Kflash，并且支持硬件SPI和硬件IIC的51单片机，如果它能胜任的话，说明其他几种核心板都可以任意选择，都能满足比赛任务的需求。
在完成样车的制作后，我们也做了统计，样车xdata仅使用了923个字节，也就是仅使用了0.9KB的RAM，当然我们的样车没做那么完善，所以内容不多，但怎样把程序写得简洁高效，不也是程序员的基本素养么。
1.4、传感器选择 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 寻迹+入库：建议使用电磁导航+单个线性CCD识别车库的方式来实现导航寻迹和入库停车，使用传统的电磁导航既简单又节能，而且信号稳定性和可靠性很好，不易受到外界环境干扰，随便抓了两颗逐飞店内销售的工字电感和矫正电容组成谐振电路，检测赛道上的电磁信号，再通过逐飞的OPA4377运放模块对信号进行放大后接入到单片机AD引脚上进行数据采集，并且现在比赛都可以使用自带信号源，平时训练以及最终比赛都可以使用逐飞的电磁信号源（赛道电源），可以保证信号的一致性和稳定性；但电磁导航无法识别斑马线和车库，无法完成停车入库，所以这里推荐了用STC单片机也可以带的动得“红孩儿线阵CCD”来作为识别斑马线和车库的传感器，有了这个神器，停车入库这个任务也可以轻松完成。
测速：样车上使用的是逐飞的mini编码器（需要使用带方向信号版本的编码器，因为STC8G/8A单片机没有正交解码功能，STC8H虽然有正交解码功能，但用了正交解码就不能用PWM模块控制电机了，所以节能组始终都需要带方向信号输出的编码器），信号稳定，精度高，为程序控制提供精准的实时速度数据，不论是平衡控制还是速度控制还是停车控制，都依赖于这 一测速神器。
STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 1.5、无线充电及储能电容 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 其实这两部分自节能组诞生以来就存在了，属于传统需求但又非常重要的两个知识点，无线充电接收模块设计的好，并且做得好的同学可以缩短充电时间，进而缩短完成比赛所需时间，取得好成绩。
超级电容的选择也很关键，要选择体积小，能量密度高的超级电容。
先说无线充电接收部分，无线充电的基本原理是利用电磁互感现象，通过磁场耦合的两个线圈来完成从发射端到接收端的电能传输。
篇幅太长，这里也不再展开，关于无线充电的原理可以自行网上搜索或通过相关书本了解，卓老师在以前的公众号推文中也有详细的讲解（参加节能组的同学都应该把卓老师的那篇推文好好学习下），前几届的无线充电组中也出现了几种无线充电的方案，大家也可以通过技术报告去了解往年的一些方案，自己制作出符合竞赛需求的无线充电接收模块，本次的节能样车采用的是逐飞制作的一款简易无线充电接收模块，通过该模块从发射端获取电能来为超级电容组进行充电，再通过超级电容对小车系统进行供电。
然后就是超级电容的选择，逐飞的超级电容组使用的是同等体积下能量密度更高的中国台湾生产的CDA电容，由5个2.7V、60F超级电容串联 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 成最高12V输出的超级电容组，同学们可以根据自己车模的实际用电量来选择到底需要3串、4串、还是5串来自行设计制作超级电容组，逐飞目前只提供5个串联的超级电容组成品模块，根据规则，超级电容组成品模块可以直接用于正式比赛。
1.6、陀螺仪 随着逐飞推出ICM20602陀螺仪模块，很大一部分同学都选择了这个陀螺仪模块去替代传统的MPU6050，理由也很简单，就是快，其使用硬件SPI通讯采集一次六轴数据仅需要消耗50us左右时间，而MPU6050仅支持IIC通讯，其传输速度远远不及使用硬件SPI的ICM20602，再加上今年是STC作为主控，所以在采集上节省时间显得更为重要了。
1.7、其他调试模块 调试小车需要借助一些手段进行人机交互，这样你才更清楚小车到底看到了什么，你的程序运行的结果是什么，样车中我们使用了逐飞的1.14寸的IPS屏幕，用于实时显示传感器数据和一些处理后的数据，方便前期调试时掌握数据，同时我们还使用了无线模块将某些调试数据传输到上位机进行观察和记录，使用过的同学应该都知道，这个模块非常方便，同时我们还可以在运动调试时借助主板上的蜂鸣器来表达车模的某些状态，比如识别到车库时让蜂鸣器发出滴声，识别到圆环时发出滴滴声，以此检验你写的程序是否按照你预想的结果在工作。
1.8、驱动模块 从图片中可以看出，本次样车采用的逐飞设计的HIP4082+7843MOS双驱学习模块来为小车电机控制提供驱动，经典MOS全桥，工作电压低，实测超级电容电压降到2.5V驱动电路和电机都可以正常工作，超级电容电压降到1V时，驱动电路仍然可以工作，只是驱动力不足以让380电机可控了，所以用这款驱动方案足以在控制电路停止工作前保证自己正常工作，不让 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 驱动成为系统停止工作的短板，这样可以更好的将超级电容的电量放得更干净。
二、软件实现 2.1、寻迹 节能组一般都采用电磁寻迹，这样能耗更低，但今年新增了车库元素，所以需要线阵CCD来识别出车库，然后才能控制车模入库，建议大家采用电磁寻迹+线阵CCD识别车库的方式来完成比赛任务（样车就是使用的这种方式），关于电磁寻迹的方式就不多说啦，不论是采用CCD寻迹搜线，还是简单采用电磁寻迹都能很好的完成，本次样车采用左右两个电感就完成了寻迹，寻迹方法逐飞科技之前在智能车制作论坛里也有发帖讲过，这里就不再赘述了。
2.2、直立控制程序浅析 经过多年的比赛沉淀，直立模型的控制基本趋于成熟了，我们这里的样车直立控制部分采用串级PID来进行控制。
串级PID可以大大的提高车模的稳定性，内环控制频率为1Khz。
一共分为三个环节，速度环、角度环、角速度环。
内环为角速度，外环为角度，内环控制周期1ms，外环控制周期5ms，速度环控制周期100ms。
角度融合采用互补滤波，也可以使用卡尔曼滤波，计算量会大一点，滤波算法运行的时间更长一些。
关于串级PID，逐飞科技之前在智能车制作论坛里也有发帖讲过，同时在百度上也有很多例子，大家可以多多搜索学习，在调试参数的时候，从内环开始调试，内环的效果就是阻碍车模前倾与后倾，内环调试完成后再调试外环。
先内后外，逐一调试。
最后再提个醒，因为STC8系列单片机不带浮点数运算单元，所以在编写程序的时候得尽量避免浮点数运算。
2.3、车库识别+入库停车 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 从上面的视频中大家可以看出，样车在通过“红孩儿线阵CCD”识别到斑马线之后，直接控制小车进入了车库并抱死轮胎稳稳挺住，这一点的技术实现下期再讲，敬请关注。
三、节能该怎么节 上面都是针对基于STC单片机的普通平衡小车的一些观点，但作为节能组，参加竞赛的同学们还需要考虑更多细节才能制作出一辆能耗低，充电快的节能智能小车，几点浮于表面的建议提供给大家： 3.1、更轻便的车模 车模需要改装的更轻便，前期可以直接使用D车模来进行制作和调试，但做到一定程度，自己知道要点和需求之后就可以把小车改得更轻便，这样可以实现更少的能量消耗，不满足于改装的也可以自制车模，通过在网上找符合直径要求的轮子，更低功率的电机，再结合3D打印设计制作出符合强度要求的车模机械件，自己造一辆mini节能车，比如下面这辆就是逐飞尝试制作的一辆小车，这样可以从最大程度上简化车模，降低车模自身重量，当然这些设计还需要考虑车模速度，轮胎摩擦力，车模高度能否上破等多种因素，但如果想要做好，这些问 题都该被你克服。
STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 3.2、充电速度 根据竞赛规则，最终比赛时间是小车运行时间+充电时间，所以充电速度快也是一个提高成绩的重要指标，一般比赛现场要求的是30W限制功率，超过30W系统会自动降低功率，这样也会得不偿失，所以你的无线充电接收模块需要注意控制功率，接收端不能超过30W，做到这一步还不算完，输入端的30W转化到输出端还需要乘以一个转化效率，效率越高，在相同时间内真正输入到超级电容的电能就越多，所以做好这一点需要做好功率和效率这两点。
3.3、用电器节能 主控没得选，都是STC，功耗差不了多少，更多的是从怎样将超级电容里的电能放得更干净，我们的建议是电机驱动依然直接从超级电容取电（驱动推荐逐飞设计的7843驱动方案，可购买驱动板参考设计），主板和超级电容之间通过逐飞设计的升降压模块来进行连接，完成对主板的供电，这样可以保证超级电容电 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 压低于5V后通过升压功能依然可以从超级电容取电，其他传感器，控制器等都从主板取电，这种供电方案从理论上讲可以将超级电容里的电量榨取的更干净。
当然也有同学采用的统一升压后再降压给所有用电器供电，看上去也是一样的效果，但需要考虑损耗和效率，我们也做过这种方案的测试，将电机驱动的电量也从升压后获取，同样充满电的情况下，能跑的距离反而更短。
这里面需要考虑的细节比较多，需要同学们自行思考最佳的节能方案，我们也只是提供了一种建议。
3.4、控制方式上实现节能 这部分我们做过相关对比测试，将同一块超级电容组充满电的的情况下，不同的速度，不同的控制方式，小车跑的距离都有差异，比较暴力的控制比较耗电，柔和的控制比较省电，这就需要根据赛道长度，相同长度下，速度快虽然更耗电，需要更长的充电时间，但是又可以节省赛道上的运行时间，这里就需要建立一个模型来进行计算，找到适合你小车最短时间完成比赛任务的最佳的那个点，这也是做一辆精益求精的节能小车需要同学们考虑的细节。
视频2：这个视频关掉了车库检测程序，旨在测试逐飞的超级电容组充满电之后能跑多远，数了一下，差一点点6圈，车模失控后，超级电容两端还有5.2V电压，因为我们没用使用升降压模块，如果使用了升降压模块来单独给主板供电，驱动直接从电容取电这种方案的话，应该可以跑更远一点。
B站视频链接：/video/bv1bt4y1y7jv
四、结束语 节能组从第十一届的电轨受电到第十二届的正式引入到普通竞速组别，从第十二届开始就允许车模自制，成为了最为开放的一个新组别，比赛结果只计算充电电量*系数+车模运行一圈的时间，其他的几乎全部放开。
再到第十三届引入无线充电，再到第十四届的允许提前存储2000焦耳的机械能（虽然到最后参赛时几乎都没有人采用），第十五届第一次强行要求节能组车模必须为左右两轮自平衡的平衡节能车，每一届都在求新、求变，避免炒冷饭，其实正是因为这些变化才能保持竞赛的活力，才能保持大家对赛题的新鲜感，明年又会有哪些变化呢，印象中卓老师推文后面的回复中透露过明年比赛是考虑放开无线充电系统，允许 STC节能平衡小车浅析|逐飞科技 自制，相当于更加放开这个组别的限制，充电时间的长短也考察了同学们在无线 充电系统的设计上的相关知识，我在想那时候是否需要考虑必须引入QI协议的 无线充电系统呢，让目前电磁炉傻充变得更规范，也更安全，也许还有更多其他 的变化，同学们也可以将自己的想法发送给卓老师，如果你的想法够好，卓老师 说不定就采用了。
最后，附一个节能组套件清单，以下硬件模块及机械安装支架（机械安装支 架按
D车模配备）都可以在逐飞科技淘宝店铺找到，满足你制作节能小车的硬件 所需。
名称STC核心板STC主板学习板Type-C数据线USB转TTL运放模块工字电感+校正电容红孩儿线性CCD超级电容组TPS63070升降压模块简易无线充电接收模块锂电池+锂电池充电器双电机MOS驱动模块1024线迷你编码器（带方向）电感电容安装板单杆电磁摄像头支架D车电池支架运放连接线1.14寸IPS液晶彩屏电池电压显示仪无线转串口套件ICM-20602传感器齿轮润滑油 STC直立节能组清单单位单价（元）个不同型号不同价格个根据核心板选择根3.9个12.9个59个1.5个139个149个29.9个59套134个129个198 个9.9个46个34根4.9个36个15套69个32支4.5 数量小计（元）
1 #VALUE!
1 #VALUE!
1 3.9
1 12.9
1 59 1015
1 139
1 149
1 29.9
1 59
1 134
1 129
2 396
1 9.9
1 46
1 34
1 4.9
1 36
1 15
1 69
1 32
1 4.5 STC
节能平衡小车浅析|逐飞科技 轴承油轮胎软化剂磁标配件 支8.5瓶15个1.1包68
1 8.5
1 15
2 2.2
1 68 好吧，今天的分享就到这里了，下期再见。
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再次感谢车友们的厚爱！ 本文由“逐飞科技”编辑整理，时间仓促，水平有限，难免有遗漏和错误，
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