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(duì)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(lái)判斷“道路”。通常采取的方法是紅外探測(cè)法。

　　紅外探測(cè)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(guò)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(shí)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(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)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(duì)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(hào)是發(fā)射管發(fā)出的紅外光經(jīng)過(guò)反射物的反射后得到的，所以使用紅外對(duì)管進(jìn)行循跡時(shí)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(cè)，故采用紅外對(duì)管來(lái)完成數(shù)據(jù)采集。由于紅外光波比可見(jiàn)光長(zhǎng)，因此受可見(jiàn)光的影響較小。同時(shí)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(cè)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(jiǎn)單，安裝起來(lái)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(jiǎn)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(gè)電源供電，將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(guò)高而損壞，使用兩個(gè)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(shí)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(guò)單片機(jī)的IO口連接到電動(dòng)機(jī)上，這樣輸出的電壓穩(wěn)定，同時(shí)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(xiǎn)。

　　從安全性考慮，我們選擇方案一。

　　1.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)與比較

　　方案一：33886驅(qū)動(dòng)

　　采用飛思卡爾公司的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886。其驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，有過(guò)流保護(hù)功能，狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，通過(guò)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(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。缺點(diǎn)：芯片驅(qū)動(dòng)電流小，內(nèi)阻大，可能存在發(fā)熱嚴(yán)重的問(wèn)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(dòng)能力，減少單片機(jī)發(fā)熱量。缺點(diǎn)：存在均流不佳的問(wèn)題，有礙提高整個(gè)裝置的輸出，甚至造成器件和裝置的損害。

　　方案二：L298N驅(qū)動(dòng)

　　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(dòng)兩個(gè)電機(jī)，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)電壓；可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號(hào)，而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。

　　經(jīng)經(jīng)驗(yàn)比較，L298N驅(qū)動(dòng)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(dòng)模塊。

　　1.2.4 智能小車測(cè)距模塊設(shè)計(jì)與比較

　　方案一：用霍爾元件檢測(cè)小磁片

　　利用霍爾元件檢測(cè)裝在小車輪子上的小磁鐵（放置的小磁鐵個(gè)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(gè)脈沖后，小車輪子周長(zhǎng)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(dòng)態(tài)性好，對(duì)外圍電路要求簡(jiǎn)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(cè)。用這種方法進(jìn)行檢測(cè)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(huì)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(jiǎn)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(hào)時(shí)停止給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，小車在無(wú)動(dòng)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(shí)需1.8秒后才能停止，因車輪滑行造成的誤差較大。無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確制動(dòng)的目標(biāo)。

　　方案二：反轉(zhuǎn)式

　　當(dāng)小車需要停車時(shí)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)以反轉(zhuǎn)信號(hào)，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(dòng)信號(hào)長(zhǎng)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(shí)間減少為0.5s。

　　由于需要對(duì)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。