1.1 小車巡線原理

　　這里的巡線是指小車在白色地板上循黑線行走，由于黑線和白色地板對光線的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”。通常采取的方法是紅外探測法。

　　紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。

　　巡線模塊設(shè)計(jì)與比較

　　采用一體反射式紅外對管，所謂一體就是發(fā)射管和接受管固定在一起，反射式的工作原理就是接收管接收到的信號是發(fā)射管發(fā)出的紅外光經(jīng)過反射物的反射后得到的，所以使用紅外對管進(jìn)行循跡時必須是白色地板加黑色引導(dǎo)條。

　　這次設(shè)計(jì)中由于是近距離探測，故采用紅外對管來完成數(shù)據(jù)采集。由于紅外光波比可見光長，因此受可見光的影響較小。同時紅外線系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、質(zhì)量輕，便于安裝。反射式光電檢測器就是其中的一種器件，它具有體積小、靈敏度高、線性好等特點(diǎn)，外圍電路簡單，安裝起來方便，電源要求不高。用它作為近距離傳感器是最理想的，電路設(shè)計(jì)簡單、性能穩(wěn)定可靠。

　　供電方案設(shè)計(jì)與比較

　　方案一： 采用兩個電源供電，將電動機(jī)驅(qū)動電源以及其周邊電路與單片機(jī)電源分別供電，由于單片機(jī)的電壓較低，而電機(jī)需要的電壓較高，容易使單片機(jī)電壓過高而損壞，使用兩個電池供電，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但是多一組電池，增加了小車的質(zhì)量，同時也增加了小車的慣性，降低了靈敏度。

　　方案二：采用單一電源供電。電源直接給單片機(jī)供電，通過單片機(jī)的IO口連接到電動機(jī)上，這樣輸出的電壓穩(wěn)定，同時也減輕了小車的質(zhì)量，使小車更加靈活。但是加高的電壓提高了損壞單片機(jī)的風(fēng)險。

　　從安全性考慮，我們選擇方案一。

　　1.2.3 電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)與比較

　　方案一：33886驅(qū)動

　　采用飛思卡爾公司的直流電機(jī)驅(qū)動芯片MC33886。其驅(qū)動能力強(qiáng)，有過流保護(hù)功能，狀態(tài)監(jiān)測功能，通過PWM調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

　　1）單獨(dú)使用一片33886

　　優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用電路簡單，實(shí)現(xiàn)方便。缺點(diǎn)：芯片驅(qū)動電流小，內(nèi)阻大，可能存在發(fā)熱嚴(yán)重的問題，不好加散熱片。

　　2）采用兩片或者四片MC33886并聯(lián)

　　優(yōu)點(diǎn)：可以增大驅(qū)動能力，減少單片機(jī)發(fā)熱量。缺點(diǎn)：存在均流不佳的問題，有礙提高整個裝置的輸出，甚至造成器件和裝置的損害。

　　方案二：L298N驅(qū)動

　　L298N是ST生產(chǎn)的芯片，主要特點(diǎn)：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)到46V，并且可以驅(qū)動兩個電機(jī)，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)電壓；可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號，而且電路簡單，使用比較方便。

　　經(jīng)經(jīng)驗(yàn)比較，L298N驅(qū)動模塊運(yùn)行可靠，取得效果較好，而且電路的電氣性能和散熱性能較好，此設(shè)計(jì)選用L298N驅(qū)動模塊。

　　1.2.4 智能小車測距模塊設(shè)計(jì)與比較

　　方案一：用霍爾元件檢測小磁片

　　利用霍爾元件檢測裝在小車輪子上的小磁鐵（放置的小磁鐵個數(shù)可更改）給單片機(jī)發(fā)送中斷脈沖，每受到一次或者幾個脈沖后，小車輪子周長加一次，即最后的總數(shù)就為距離，霍爾元件具有體積小，頻率相應(yīng)寬度大，動態(tài)性好，對外圍電路要求簡單等優(yōu)點(diǎn)。但是他的轉(zhuǎn)換率比較低，受外界影響，尤其是溫度。

　　方案二：用光柵進(jìn)行計(jì)算

　　在小車的輪子上加上光柵，外圍加上光電管進(jìn)行檢測。用這種方法進(jìn)行檢測精確度高，誤差較小，安裝方便。但是在小車轉(zhuǎn)彎處精確度不高，會造成一定的誤差。

　　方案三：使用帶有編碼器直流電機(jī)

　　用這種方法就是簡單，直接計(jì)算出，而且精度高。缺點(diǎn)在于這種電機(jī)非常貴，自己需求大。

　　但根據(jù)我們的實(shí)際狀況，我們決定采用第三種方案。

　　1.2.5 剎車機(jī)構(gòu)功能設(shè)計(jì)與比較

　　方案一：自然減速式

　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出停止信號時停止給驅(qū)動電機(jī)供電，小車在無動力狀態(tài)因阻力而自然變?yōu)殪o止。由于慣性，小車全速行駛時需1.8秒后才能停止，因車輪滑行造成的誤差較大。無法實(shí)現(xiàn)精確制動的目標(biāo)。

　　方案二：反轉(zhuǎn)式

　　當(dāng)小車需要停車時給驅(qū)動電機(jī)以反轉(zhuǎn)信號，利用輪胎與跑道的摩擦力抵消慣性效應(yīng)。由于車速是漸減的，反向驅(qū)動信號長度也要漸減，否則小車可能反向行駛。使用此方案后全速剎車反應(yīng)時間減少為0.5s。

　　由于需要對小車進(jìn)行剎車，從而更加準(zhǔn)確的計(jì)算路程，故本系統(tǒng)中采用方案二。