一、 设计任务

设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。允许用玩具汽车改装，但不能用人控括有线和无线遥控）。跑道宽度0.5m，表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低于20cm。在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线，各段的长度如图1所示。 二、设计的基本要求

（1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留1

0秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）。 （2）到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以 线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值）；

（3）D～E间为限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8秒，

但不允许在限速区内停车；

（4）自动记录、显示当前的行驶距离（记录显示装置要求安装在小车上）； （5）自动记录、随时显示当前的行车时间（记录显示装置要求安装在小车上）； （6）其它特色与创新。

图1 预设跑道的视图

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三、方案的选择与论证

根据题目要求，系统可以划分为几个基本模块，如图 2所示。

图 2

对各模块的实现，分别有以下一些不同的设计方案: 1. 电动机驱动与调速模块

方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大;分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。

方案三:采用由达林顿管组成的H型PWM电路。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高;H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制;由于在本设计中小车速度有两种情况，可以采用不同的直流电源来控制电动机的驱动。 基于上述理论分析，拟选择方案三。 2. 路面黑线探测模块

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探测路面黑线的大致原理是:光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可根据接收到的反射光强弱判断是否到达黑线。

方案一:可见光发光二极管与光敏二极管组成的位置传感器。在安装时，发光二极管与光敏二极管应互成45度角。可采取超高亮发光管可以降低一定的干扰。 方案二:不调制的反射式红外发射-接收器。由于采用红外管代替普通可见光管，可以降低环境光源干扰;但如果直接用直流电压对管子进行供电，限于管子的平均功率要求，工作电流只能在1OM左右，仍然容易受到干扰。 基于上述考虑，拟采用方案一较为简单。 3. 车轮检速及路程计算模块

方案一:采用霍尔传感器。当磁铁正对金属板时，由于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可以在车轮上安装磁片，而将霍尔传感器安装在固定轴上，小汽车车轮没转一圈，霍尔传感器便输出一脉冲，通过对脉冲的计数进行车速测量。

方案二:受鼠标的工作原理启发，采用断续式光电开关。由于该开关是沟槽结构，可以将其置于固定轴上，再在车轮上均匀地固定多个遮光条，让其恰好通过沟槽，产生一个个脉冲。通过脉冲的计数，对速度进行测量。

以上两种都是比较可行的转速测量方案。尤其是霍尔元件，在工业土得到广泛采用，并且安装也较简单，因此采用方案一。 4. 电源选择

方案一:所有器件采用单一电源(6节M电池)。这样供电比较简单;但是由于电动机启动瞬间电流很大，而且PWM驱动的电动机电流波动较大，会造成电压不稳、有毛刺等干扰。

方案二:双电源供电。将电动机驱动电源与单片机以及其周边电路电源完全隔离，利用光电藕合器传输信号。这样做虽然不如单电源方便灵活，但可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统稳定性。

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