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7. 如何設計一個「好的電控系統」

7. 如何設計一個「好的電控系統」

7.1 穩定性

硬體穩定性：

  • 去耦電容（Decoupling Capacitor）：每個 IC 電源腳旁放 100nF + 10μF，濾除高頻雜訊
  • 保護電路：TVS 二極體保護 GPIO 輸入，防止靜電和高壓脈衝
  • 電源設計：使用低壓差穩壓（LDO）或 DC-DC，確保 MCU 電源在 HV 切換時不抖動
  • PCB Layout：類比訊號遠離高頻數位線；差分對等長走線；CAN Bus 終端電阻靠近連接器

軟體穩定性：

  • Watchdog Timer：啟用 Hardware Watchdog，若程式超時未餵狗 → 自動 Reset（搭配 AMS_OK 硬體設計）
  • Stack Overflow 保護：設定 Stack Canary
  • ROM/Flash 校驗：上電時校驗程式完整性（CRC 校驗）

7.2 安全性

電氣安全：

  • 所有超過 60V 的裸露導體必須有絕緣保護或物理隔離
  • HV 接線使用橙色（FSAE 賽車 HV 線束標準色）
  • HV 連接器使用不同於 LV 的物理形式，防止誤插

功能安全：

  • 關鍵感測器（油門踏板、煞車）使用雙通道冗餘設計（兩個獨立感測器，互相比對）
  • 單點故障分析（FMEA）：列出所有可能的單點故障，確認每個都有對應的 Fail-safe 處理

7.3 可維護性

這是新人最容易忽略的部分，但也是讓車隊長期競爭力的關鍵。

硬體可維護性：

  • 每條線束貼標籤，標明起點、終點、功能
  • 使用快拆連接器（如 Deutsch DT/DTM 系列）而非直接焊接
  • 關鍵節點（SDC 各節點、CAN Bus）設計測試點（Test Point）

軟體可維護性：

  • 使用版本控制（Git）管理所有程式碼
  • 重要變數（閾值、超時時間）定義為 #define 常數，集中在一個 config 文件
  • 寫清楚的 commit message，讓半年後的你（或下一屆學弟妹）看得懂當時為什麼這樣改

7.4 Debug 能力

設計時就要為 Debug 準備：

  • CAN 數據 Log：使用 CAN Logger（或 Raspberry Pi + candump）記錄所有 CAN 訊息，比賽後可以回放分析
  • LED 狀態指示：每個關鍵狀態（SDC 狀態、各 AIR 狀態、Fault 碼）用 LED 指示，不用接示波器就能知道系統狀態
  • Serial Debug Output：保留一個 UART 接口，可以輸出系統狀態和故障記錄
  • Fault Code 設計：定義數字故障碼，儲存在 EEPROM 或 Flash，斷電後仍可讀取

💡 學長心得：「只在實驗室能 Debug 的系統，不是好系統。」賽場上你沒有示波器、沒有電腦，你需要能在 5 分鐘內靠 LED 和 CAN 讀值判斷問題出在哪裡。這種設計能力要從一開始就建立。

小結

好的電控系統不是功能最多的，而是最可預期的：在任何條件下，你都知道它會做什麼，為什麼這樣做。設計的每一個決策都要能回答：「如果這裡壞了，會發生什麼？」

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