本系統(tǒng)設(shè)計(jì)如何使小車穩(wěn)定地跟蹤黑線，并行駛至預(yù)先設(shè)置的里程值，。該系統(tǒng)以AT89C51為主控核心，依照賽題要求，充分利用小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)，巧妙構(gòu)思改造，使小車的整體架構(gòu)達(dá)到最佳性能。采用LED顯示和語音播報(bào)相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)測試性能優(yōu)異、穩(wěn)定。

　　根據(jù)賽題要求的功能及指標(biāo)，我們將整個(gè)系統(tǒng)劃分為七個(gè)基本模塊，如圖1-1所示。為了使各個(gè)模塊具有較好的性能，分別提出以下不同設(shè)計(jì)方案：

　　1、驅(qū)動模塊

　　方案一：如圖1-2所示，本設(shè)計(jì)方案較為簡單，即通過大功率電阻消耗功率來實(shí)現(xiàn)，通過對R1、R2的選擇能提供八種速度，可根據(jù)路面摩擦力大小來調(diào)節(jié)R1、R2的大小，使小車處于最佳行駛狀態(tài)。

　　方案二：采用數(shù)控電位器X9313集合NE555多諧振蕩器輸出PWM信號。通過單片機(jī)控制數(shù)控電位器來調(diào)整NE555多諧振蕩器的輸出方波的占空比，達(dá)到對電機(jī)速度的控制。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是控制比較方便、軟件資源消耗少。

　　方案三：可采用具有防止單邊短路保護(hù)設(shè)計(jì)。并由單片機(jī)直接產(chǎn)生PWM信號，控制H型橋式PWM電機(jī)驅(qū)動電路。通過單片機(jī)可精確調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于此電路中管子工作在飽和截止的狀態(tài)下，所以效率非常高，電子開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間很短，穩(wěn)定性極，驅(qū)動能力強(qiáng)。

　　方案一中采用電阻降壓來控制電機(jī)的速度，雖然電路簡單，但R1、R2的參數(shù)難以確定，速度無法細(xì)微調(diào)整，不能達(dá)到賽題要求的精度。方案二與方案三比較，軟件控制量相當(dāng)，但方案二的硬件電路較為復(fù)雜，驅(qū)動能力不如方案三。綜合考慮三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇方案三來實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)。

　　2、黑線檢測模塊

　　方案一：使用發(fā)光二極管和光敏二極管。此方案缺點(diǎn)在于環(huán)境的其他光源對光敏二極管的工作產(chǎn)生很大的干擾，一旦外界光強(qiáng)改變，很可能造成誤判和漏判，即使采用超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又增加額外的功耗。

　　方案二：采用紅外一體化傳感器。此方案可以降低可見光的干擾，靈敏度高，同時(shí)其尺寸小、質(zhì)量輕、價(jià)格也低廉。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。

　　方案三：利用激光。此方案雖然抗干擾性強(qiáng)、可靠性高，但其缺點(diǎn)在于體積大、功耗大、價(jià)格高。一般用在要求場合非常高的場合，本系統(tǒng)采用方案二已經(jīng)能夠勝任，無須采用此方案。

　　3、測速測距模塊

　　方案一：采用斷續(xù)式光電開關(guān)。由于該開關(guān)是溝槽結(jié)構(gòu)，可以將其置于固定軸上，再在電機(jī)軸上安裝圓片，均勻地固定多個(gè)遮光片，讓其恰好通過溝槽，產(chǎn)生一個(gè)個(gè)脈沖。通過脈沖的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)對速度的檢測。

　　方案二：采用霍爾器件。該器件內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成，當(dāng)磁鋼正對金屬片時(shí)，由于霍爾效應(yīng)，金屬板發(fā)生橫向?qū)ǎ虼丝稍陔姍C(jī)軸上安裝固定有磁片的圓片，而將霍爾器件固定在距圓片上方1cm3的范圍，通過對脈沖的記數(shù)實(shí)現(xiàn)對速度的檢測。

　　兩種方案都是可行的轉(zhuǎn)速檢測方案。考慮到光電開關(guān)有可能受外界光線影響且硬件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而霍爾器件使用方便、脈沖準(zhǔn)確。故擬采用方案二。

　　4、其他部分

　　電源采用7.2V和9.6V兩組共地的電源分別通過5V和8V的三端穩(wěn)壓器給系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動電路供電，這種方法可以有效的隔離電機(jī)開關(guān)時(shí)對系統(tǒng)所產(chǎn)生的沖擊干擾，并且穩(wěn)定的電壓提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　LED顯示模塊采用8位靜態(tài)串行顯示和8位動態(tài)顯示均可，但根據(jù)賽題的要求，為防止因程序沖突導(dǎo)致顯示不正常，故采用8位靜態(tài)串行顯示。并且我們降低了顯示模塊的電壓，既使數(shù)碼管的亮度沒有明顯的變化又有效地解決了靜態(tài)顯示耗電量大的問題。

　　采用11個(gè)發(fā)光二級管分別用來做紅外指示、開機(jī)起步指示和能源指示。

　　采用語音芯片1420P做語音播報(bào)模塊，用來做起步提示和里程及速度播報(bào)。