本系統(tǒng)采用單片機(jī)C8051F005作為核心器件對(duì)小汽車行駛的自動(dòng)控制。控制過(guò)程是利用反射型光電傳感器識(shí)別路面黑線信息，保證小車能夠有效的尋跡和停止。采用角度傳感器測(cè)量坡度，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的處理，完成電動(dòng)小汽車在蹺蹺板處于任何角度時(shí)的速度及方向控制。利用PWM （脈寬調(diào)制）技術(shù)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，時(shí)間用數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)共使用五支反射型光電傳感器，其中利用四支控制車輪的轉(zhuǎn)向，一支控制前進(jìn)、停止。整個(gè)系統(tǒng)較好的實(shí)現(xiàn)了題目的要求，達(dá)到了較高的性能指標(biāo)。

　　根據(jù)題目的基本要求，分別對(duì)系統(tǒng)各模塊進(jìn)行論證。

　　1、 單片機(jī)的選擇

　　方案一： 采用傳統(tǒng)的89C51芯片作為小車的控制中心。51單片機(jī)具有價(jià)格低廉使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但其運(yùn)算速度較低。功能比較單一，內(nèi)部資源比較少，在對(duì)小車進(jìn)行控制時(shí)必須外擴(kuò)芯片， 且本系統(tǒng)需要A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊但89C51中沒(méi)有，需要外加，控制過(guò)程相對(duì)比較繁瑣。

　　方案二： 采用單片機(jī)C8051F005作為控制中心。C8051F系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)與傳統(tǒng)的80C51單片機(jī)完全兼容，且單片機(jī)C8051F005具有豐富的內(nèi)部資源，并且包含12位精度的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，方便了模擬、數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，不需要再外加A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，并且由于采用流水線技術(shù)，比標(biāo)準(zhǔn)51系列單片機(jī)快約12倍，除此之外C8051F系列單片機(jī)還具有操作簡(jiǎn)單，在線下載易于調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，完全適合于對(duì)小車的控制。尤其是其具有豐富的中斷源為接收傳感器的信息提供了很大的方便。

　　基于上述分析，所以選擇方案二。

　　2、 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速模塊的選擇

　　方案一： 采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，此種方案可以輕松地達(dá)到調(diào)速的目的，但是在原有的小車結(jié)構(gòu)上找到合適的步進(jìn)電機(jī)比較困難，同時(shí)也加大了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，更提高了硬件改造的困難程度，而且步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格也比較高。

　　方案二： 采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。PWM電路由四個(gè)大功率晶體管組成H橋電路構(gòu)成，四個(gè)晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整輸入控制脈沖的占空比，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于管子只工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài)下，效率非常高。H型電路使實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制簡(jiǎn)化，且電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性極強(qiáng)，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。

　　基于上述分析，擬采用方案二。

　　3、 路面黑線探測(cè)模塊的選擇

　　探測(cè)路面黑線的工作原理是：光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)弱判斷是否到達(dá)黑線

　　方案一： 不調(diào)制的反射式紅外發(fā)射—接收器。由于采用紅外管代替普通可見(jiàn)光管，可以降低環(huán)境干擾；但如果直接用直流電壓對(duì)管子進(jìn)行供電，限于管子的平均功率要求，工作電流只能在10mA左右，仍然容易受到干擾。

　　方案二： 采用電光開(kāi)關(guān)（E3F-DS0C4），此電光開(kāi)關(guān)默認(rèn)為低電平，當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)會(huì)輸出高電平給單片機(jī)，從而產(chǎn)生中斷。此電路有助于降低輸入阻抗且硬件電路簡(jiǎn)單易于軟件控制，還可以有效將光電檢測(cè)結(jié)果送入單片機(jī)處理。

　　基于上述考慮，擬采用方案二。

　　4、 顯示選擇

　　方案一：采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法。輸出一次顯示數(shù)據(jù)后，所有數(shù)碼管可以一直保持顯示，只需要改變顯示內(nèi)容時(shí)才重新發(fā)送一次顯示數(shù)據(jù)，但實(shí)時(shí)性差，不宜采用。

　　方案二：采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法原理。每只數(shù)碼管輪流顯示各自的字符。由于人眼具有視覺(jué)暫留特性，當(dāng)每只數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔小于1/16S時(shí)人眼感覺(jué)不到閃爍，看到的是每只數(shù)碼管常亮。

　　以上兩種方案綜合考慮，采用方案二。

　　5、 電源的選擇

　　方案一：雙電源供電。用兩個(gè)電源分別給控制系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)供電將兩個(gè)系統(tǒng)完全隔離，利用光電耦合傳輸信號(hào)，這樣做雖然可以將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾大大降低但操作復(fù)雜不如單電源方便靈活。

　　方案二：采用單一電源（6節(jié)AA電池）供電方案，并在單片機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路間采用了光電耦合器進(jìn)行連接，這樣既能簡(jiǎn)化電路，提高了電源的可靠性，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　基于上述分析，擬采用方案二。

　　二、系統(tǒng)框圖及工作原理

　　圖2-1給出了系統(tǒng)組成框圖，數(shù)據(jù)采集通過(guò)反射型光電傳感器完成對(duì)黑線的檢測(cè)，并以電信號(hào)脈沖的形式送入單片機(jī)的中斷源，五支反射型光電傳感器依圖由上至下順序分別與單片機(jī)的P1.6、P1.7、P0.2、P1.5、P1.4相接，單片機(jī)對(duì)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析、處理，角度傳感器將采集的信息通過(guò)A/D模塊進(jìn)行采集，經(jīng)處理后發(fā)出指令對(duì)小車實(shí)施控制，使電動(dòng)車在行駛中速度得以調(diào)整。另外，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部時(shí)鐘對(duì)行駛時(shí)間進(jìn)行記錄并顯示。