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最近我发现儿子特别喜欢驾驶各种车，而且挂挡、倒车、调头等各种操作看起来有模有样。
后来带他去试玩了一下商场里的卡丁车，没想到这下一发不可收拾了，他天天都念叨着想去商场玩卡丁车漂移。
虽然我也很喜欢去玩，可是钱包受不了啊。于是我动起了自己做一个卡丁车的念头，名义上是给儿子玩，实际上我小时候也没玩过这么好玩的东西啊，现在该弥补一下自己了。
想想自己是硬件工程师，如果想快速把这个卡丁车做出来，那最好就是直接买个车架，自己做电控系统。于是我去闲鱼翻了一下，还真有很便宜的车架，300，我毫不犹豫就下单了。
不过拿到才发现有点惨。卖家把电机、电池、控制器这些值钱的东西全都拆掉了，真的是只有一个车架。不过想想也合理，毕竟300买这个车架也算是赚了，而且最重要的是，制动系统还在车上，这就让diy工作量更小了。
电池和电机好搞定，直接买现成的就行了，毕竟这两样东西我也是在没法diy出来。
至于电机驱动这块，我决定在开源的本杰明电调上进行魔改，把硬件修改一下，在母线上增加e-Fuse电子保险丝来放置过流、保护后端器件。这是我简单规划一下系统框图。
画原理图是一个枯燥的过程。
但是PCB就相比而言有趣多了，怎么布局合理且走线更顺，这个探索的过程比较有趣。
经过漫长的等待，终于拿到了打样回来的PCB板，准备进行焊接。
板子上器件比较多，手工焊接肯定累个够呛，于是我选择使用钢网刷锡膏，然后用贴片机贴装大部分阻容器件。注意刷锡膏的时候最好是一次刮过去，如果多刮一次就可能导致焊盘周围有多余的锡膏，从而导致虚焊短路等问题产生。
锡膏刮得非常成功，没有任何一个焊点缺锡膏或者被涂抹。
我这个板子上最小的阻容是0402封装，这种可以轻松使用贴片机贴装，稍微等待片刻板子上的阻容器件就贴装好了。
阻容器件数量比较多，采用贴片机最节省时间。而稍微大的器件，板子上往往只用一两颗，这如果使用手贴只需要几秒钟，但是使用贴片机的话编程可能就需要几分钟，于是这种大器件全都手工贴片。
板子上的贴片器件都摆好之后，放进回流焊炉设置好温度曲线进行焊接。
从回流焊炉出来的板子，焊接得很不错，这主要得益于锡膏刷得好。
在焊接插件器件之前，需要先测一下，贴片器件的焊接有没有导致板子短路等问题。用万用表简单测了一下发现没问题，就可以愉快地焊接插件了。
用烙铁焊接电解电容、连接器等插件。
焊接完之后，用硅橡胶加固一下NTC热敏电阻和插件电感等，防止后面行车时因震动而掉落。
接下来修改固件，我使用的是75_300_R3版本，这个版本默认的采样电阻是3个0.5毫欧的并联，而我板子上评估之后，只放了一个0.5毫欧的电阻，所以需要在代码里把这个宏定义修改一下。
卡丁车是通过油门来控制车的加速，刹车时是油刹直接作用在车轮上。另外需要有一个倒车按钮，这样的话在电调固件里选择的模式就是ADC_CTRL_TYPE_CURRENT_REV_BUTTON。这个模式的意思就是，油门ADC输入之后，电机运行模式是电流环，倒车通过一个按键来实现。
但是在代码中，这个按键的逻辑是不对的，当按键按下之后，转速立即取反，这导致的结果就是，高速行车中如果按下倒车按钮，电机就会立即切换反转，驱动车辆倒车，这太恐怖了。正确的操作逻辑时，要倒车首先需要把车刹停，或者原本就在静止状态。所以需要修改这里的代码。
给这里增加了速度识别，当速度高于一定值时，就不让倒车按钮生效。
这部分代码修改好之后，就可以重新编译并把固件烧录到焊接好的电路板里了。
把铝合金CNC的底壳和3D打印的外壳安装上去，这个控制器就完整了。
它支持两路XT60电源输出，方便扩展其他外设。后续想给卡丁车增加氮气加速效果，实质上就是通过这两个电源口扩展两个高速风机，加上彩色LED形成氮气加速的特效。另外这个控制器支持CAN、UART，方便扩展多电机设备。
接下来，连接电池电机，并使用VESC TOOL上位机对电机进行调试。这一步最关键的是不要把电机安装在车上带载运行，而是要让电机空转。
先自动识别电机的电感、电阻、磁通等参数；然后识别电机的霍尔信号位置；再把油门信号接上，识别油门范围并设置电机控制模式。
做好这些工作之后，才能把电机安装到卡丁车上。为了安全起见，我把车后轮支起来，然后踩油门测试，调整好电机正反转，观测踩油门时电机转动正常，就说明这事成了。
然后把控制器，电池都安在车上。绑扎好线束，并把车放下来。
可以愉快地玩车了。虽然但是，我发现这个车的动力太足了，完全不敢让五六岁的小孩独自驾驶，于是这台卡丁车反而成了我的大玩具。
作为一名硬件工程师，我想和大家分享这块电机驱动板。
整个系统需要一个功率保险丝放在电源母线入口处，如果使用这种传统的一次性保险丝是，烧了就得换，还是挺麻烦的。
我放了一颗MPQ5882，这是一个车规级e-Fuse芯片。所以我其实是把车规级的可靠性和智能保护，带到了这个DIY卡丁车上。MPQ5882提供了一个可编程的、像电子保险丝一样的过流保护。而且它可以实时监控母线电流和温度，如果给这个控制器加一个显示屏，就可以看到实时电流和温度曲线，以后我也会实现这个功能。
这个板子上还有两个XT60输出，针对这两路输出，我也选择了一个合适的e-Fuse——MPQ5884进行保护，它和MPQ5882功能类似，但是阈值电流小一点，用在这里刚刚合适。
众所周知，电瓶车在下坡或者刹车的时候会产生反向电动势，而这个卡丁车也不例外。所以60V的电控系统，至少需要100V的DC-DC控制器，这里我选择了MPQ4583。它把60V的电池电压降压到12V，用来给电机预驱电路供电，它的输入耐压高达100V，可以从容应对反向电动势，并且它的高效率可以避免高差压下产生较高热量。MP4583极小的封装尺寸和简单的外围电路也使得布局布线极其简单。
这是电机驱动电路的原理图，为了驱动这个1800W的电机，我选择了2个MOS并联的方案。这就需要栅极驱动芯片有一定的电流驱动能力。
于是我选择了MP1921A作为栅极驱动芯片，它的作用是把主控MCU发出的PWM控制信号，放大成足以快速开关大电流MOS管的驱动信号，从而控制电机的转速和转向。
100V耐压、2.5A驱动能力在驱动双MOS并联的电机驱动电路时简直游刃有余。MOS管驱动最怕供电电压不足，导致管子导通不完全，从而发热烧毁。MP1921内置了高侧和低侧独立的欠压锁定，可以保证驱动电压低于阈值时确保MOS管关断，从而保护MOS。而且它内部集成了自举二极管，极大地简化了外围电路。
另外，板子上还需要一个电源转换电路，把12V电压降压到5V给控制系统使用。这里我选择了MP9943，这是一波面向库存的设计，以前在做飞控时用的就是这个DC-DC芯片，它输入电压高达36V，最大输出电流3A，转换效率高达95%且性能极其稳定可靠，所以这次卡丁车这个项目我就直接拿来就用了。
这次卡丁车DIY过程中，从母线保险丝到DC-DC电源降压芯片，再到MOS管栅极驱动器，都使用了MPS的器件，这些器件在实现功能的前提下，达到了非常优秀的电源管理和热管理性能，使得这个卡丁车可以稳定地在60km/h的速度下狂奔。在这里也真诚地感谢MPS对这次卡丁车DIY的支持。
我把DIY这个卡丁车控制器需要的原理图、PCB、外壳、修改后的固件都开源出来，供有需要的人取用：
1_原理图.zip (123.2 KB)
2_PCB.zip (2.9 MB)
3_固件.zip (284.1 KB)
4_外壳.zip (961.3 KB)