RISC-V內(nèi)核RC遙控車拆解：空心杯電機(jī)+2.4G跳頻控制，竟然可以“漂移”！

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李誠）談起遙控車，很多人對它的固有印象，都拘泥于只能前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)此類操作簡單的兒童玩具。在技術(shù)革新與科技發(fā)展的加持下，遙控車已不再是一成不變。通過無線射頻、電機(jī)控制等新興技術(shù)融合，也讓遙控車有了更多的意識形態(tài)，不僅可以模擬實際賽車的復(fù)雜性控制，甚至還能平跑漂移、流暢過彎，為你平淡的生活加多一味刺激的興奮劑。

遙控車究竟是如何模擬實際賽車，實現(xiàn)平跑漂移、流暢過彎的呢？近日，筆者對一款基于RISC-V內(nèi)核的RC遙控車進(jìn)行了拆解，并對其內(nèi)部構(gòu)造及漂移原理進(jìn)行了分析。

RC遙控車外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

作為一款RC遙控車，在外觀方面當(dāng)然不會太差，本次拆解的這款RC遙控車外觀，在一定比例上還原了超跑的外觀，以及流線型的設(shè)計。



電源開關(guān)及Type-C充電接口位于車身底部，同時底部標(biāo)簽還特別注明了這是一款基于RISC-V指令集架構(gòu)開發(fā)的車身控制系統(tǒng)。



在車身材料方面，采用了抗沖擊能力較強(qiáng)的ABS熱塑性高分子結(jié)構(gòu)材料，以此降低碰撞對車輛的破壞性。此類材料常用于電器零件、汽車零件、機(jī)械及常規(guī)武器零部件的生產(chǎn)。



按功能性劃分，車身結(jié)構(gòu)可分為轉(zhuǎn)向段舵機(jī)、控制中樞、后輪驅(qū)動三個部分。其中，控制中樞與后輪驅(qū)動部分通過一根彈簧懸掛相連，起到車身支撐、減震的作用，保證遙控車在顛簸路面行駛的穩(wěn)定性。

轉(zhuǎn)向舵機(jī)“平跑漂移”的關(guān)鍵

遙控車和我們現(xiàn)實生活中的車輛一樣，能否實現(xiàn)平跑漂移，除了與車速有關(guān)以外，車身轉(zhuǎn)向控制也起著決定性的作用。



通過拆解發(fā)現(xiàn)，這輛RC遙控車采用了5線數(shù)碼空心杯電機(jī)作為轉(zhuǎn)向舵機(jī)，與傳統(tǒng)的電磁鐵轉(zhuǎn)向舵機(jī)相比，在系統(tǒng)控制方式存在差異。電磁鐵轉(zhuǎn)向舵機(jī)屬于開環(huán)控制，即在接收到控制的瞬間完成整個控制流程，在控制車輪轉(zhuǎn)向時，車輪會立即轉(zhuǎn)至最左或最右。而數(shù)碼空心杯電機(jī)屬于閉環(huán)控制，并且控制過程是持續(xù)性的，可以更靈活的車輪扭矩控制。



在接口排線方面，此款電機(jī)一共使用了5根排線與主板相連，其中包括兩根電源線，三根與RISC-V內(nèi)核MCU直連的傳感器線。通過三根傳感器線，主控MCU就可以對車輪扭矩以及電機(jī)電流大小進(jìn)行實時監(jiān)控，并做到車輪扭矩的實時控制。這也是為什么這輛遙控車可以和真車一樣，做到平跑漂移的原因。

傳統(tǒng)的電磁鐵電機(jī)一般只有3根排線，除了兩根用于供電的電源線以外，就只有一根用于傳輸控制信號的PWM線，因此主控MCU無法對車輪扭矩進(jìn)行實時監(jiān)控和控制。



轉(zhuǎn)向舵機(jī)機(jī)構(gòu)主要由數(shù)碼空心杯電機(jī)、傳動連桿和彈簧減震裝置構(gòu)成。當(dāng)遙控車接收到轉(zhuǎn)向控制信號時，電機(jī)就會通過傳動軸帶動連桿，做左右切割運(yùn)動，并驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)向。位于傳動連桿兩側(cè)的彈簧減震裝置，主要用于應(yīng)對不平坦路面，降低車輪轉(zhuǎn)向的難度。

只有電源線的后輪驅(qū)動

在驅(qū)動設(shè)計上，這輛RC遙控車采用了后輪驅(qū)動的設(shè)計，以直流有刷電機(jī)作為車輛前進(jìn)、后退的主要驅(qū)動裝置，通過電機(jī)傳動軸上的齒輪與差速器形成互鎖，驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。同時，在差速器與前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)的配合下，可以讓平跑漂移更加的流暢。



在后驅(qū)控制方面，由于后驅(qū)電機(jī)工作方式比較單一，只有前進(jìn)、后退兩種工作形態(tài)，因此只使用了兩根電源線與主板連接，通過改變電流的流向調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，其余控制電路均集成在主板上。



后輪電路主要由RISC-V主控、兩顆三極管以及兩顆電機(jī)驅(qū)動芯片構(gòu)成，其中一顆三極管與一顆電機(jī)驅(qū)動芯片構(gòu)成一個控制電路，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖所示。

這里之所以構(gòu)建了兩路電機(jī)控制系統(tǒng)，是因為這款RC遙控車共有“普通”和“野蠻”兩種工作模式，每一條電機(jī)控制電路分別代表一種工作模式。RISC-V主控MCU可根據(jù)接收到的控制信號，通過對應(yīng)的通信接口，向電機(jī)驅(qū)動芯片前端的三極管發(fā)送一個觸發(fā)信號，驅(qū)動三極管導(dǎo)通，完成工作模式的選擇。三極管導(dǎo)通后電機(jī)驅(qū)動芯片就會有電流流過并驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。這兩條驅(qū)動電路不同的地方在于，野蠻模式電路的輸出電流會比普通模式更高，電機(jī)動力也更加強(qiáng)勁。

RISC-V主控與2.4G跳頻控制

在芯片選型方面，主控芯片采用了來自南京中科微基于RISC-V內(nèi)核的MCU，同時這也是南京中科微為替代STM32F030推出的一款芯片，最高工作頻率可達(dá)32MHz ，并且提供了SPI 、I2C，GPIO等多種外設(shè)接口，可為終端應(yīng)用，提供更靈活的設(shè)計。



在無線連接方面，選用了一顆絲印為R1-701的2.4G射頻收發(fā)芯片，主要負(fù)責(zé)將接收到的遙控信號在芯片內(nèi)調(diào)制，然后傳輸?shù)街骺匦酒芍骺匦酒?qū)動前、后電機(jī)工作。

雖然，僅從芯片的絲印無法確定射頻收發(fā)芯片的廠商及具體功能，但通過官方提供的數(shù)據(jù)，能肯定該芯片采用了具有抗干擾能力強(qiáng)的2.4G跳頻傳輸技術(shù)。這項技術(shù)的優(yōu)勢在于，它的信號發(fā)射頻率，會在一定的頻率區(qū)間內(nèi)不斷變化，即使在同一場景下，有很多輛遙控車在一起，它的遙控信號也不會出現(xiàn)“串臺”現(xiàn)象，實現(xiàn)電機(jī)的毫秒級控制。

結(jié)語

實在沒想到，如此小的一塊主板，竟然集成了射頻收發(fā)、電源管理、角度傳感，及電機(jī)控制這么多功能，而且電路還如此精簡?？磥磉@款RC遙控車的開發(fā)工程師，真的把平頭哥副總裁孟建熠說過的話，記在了心里。

平頭哥副總裁孟建熠曾表示，“RISC-V本身就有精簡的優(yōu)勢，要在精簡的架構(gòu)下進(jìn)一步實現(xiàn)高能效，我們能做的事情就是把整個硬件電路設(shè)計得盡可能的簡化和巧妙，實現(xiàn)更加極致的能效比?！?br />