1.小車控制及驅動單元的選擇
此部分是整個小車的大腦，是整個小車執行的核心部件，起著控制小車所有執行狀態的作用。通常選用微控制器作為小車的核心控制單元，本文以台灣凌陽公司的 spce061a微控制器為例予以介紹。spce061是一款擁有2k ram、32kflash、32 個i/o 口，並整合了ad/da功能強大的16位微處理器，它還擁有豐富的語音處理功能，為小車的功能擴充套件提供了相當大的空間。只要按照該微控制器的要求對其編制程 序就可以實現很多不同的功能。
小車驅動電機一般利用現成的玩具小車上的配套直流電機。考慮到小車必須能夠前進、倒退、停止，並能靈活轉向，在左右兩輪各裝乙個電機分別進行驅動。當左輪 電機轉速高於右輪電機轉速時小車向右轉，反之則向左轉。為了能控制車輪的轉速，可以採取pwm調速法，即由微控制器的iob8、iob9輸出一系列頻率固定 的方波，再通過功率放大來驅動電機，在微控制器中程式設計改變輸出方波的占空比就可以改變加到電機上的平均電壓，從而可以改變電機的轉速。左右輪兩個電機轉速的 配合就可以實現小車的前進、倒退、轉彎等功能。
2.小車循跡的原理
這裡的循跡是指小車在白色地板上循黑線行走，通常採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的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發生漫反 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。微控制器就是否收到反射回來的紅外光為依據來確定黑線的 位置和小車的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應超過15cm。對於發射和接收紅外線的紅外探頭，可以自己製作或直接採用整合式紅外探頭。
(1)自製紅外探頭電路如圖1所示，紅外光的傳送接收選用型號為st168的對管。當小車在白色地面行駛時，裝在車下的紅外發射管發射紅外線訊號， 經白色反射後，被接收管接收，一旦接收管接收到訊號，那麼圖中光敏三極體將導通，比較器輸出為低電平；當小車行駛到黑色引導線時，紅外線訊號被黑色吸收 後，光敏三極體截止，比較器輸出高電平，從而實現了通過紅外線檢測訊號的功能。將檢測到的訊號送到微控制器i/o口，當i/o口檢測到的訊號為高電平時，表 明紅外光被地上的黑色引導線吸收了，表明小車處在黑色的引導線上；同理，當i/o口檢測到的訊號為低電平時，表明小車行駛在白色地面上。此種方法簡單，價 格便宜，靈敏度可調，但是容易受到周圍環境的影響，特別是在圖1較強的日光燈下，對檢測到的訊號有一定的影響。
2016-2-25 22:22 上傳
(2)整合式紅外探頭可以採用型號為e3f－ds10c4整合斷續式光電開關探測器，它具有簡單、可靠的工作效能，只要調節探頭上的乙個旋鈕就可以 控制探頭的靈敏度。該探頭輸出端只有三根線(電源線、地線、訊號線)，只要將訊號線接在微控制器的i/o口，然後不停地對該i/o口進行掃瞄檢測，當其為高 電平時則檢測到白紙，當為低電平時則檢測到黑線。此種探頭還能有效地防止普通光源(如日光燈等)的干擾。其缺點則是體積比較大，占用了小車有限的空間。
3.紅外探頭的安裝
在小車具體的循跡行走過程中，為了能精確測定黑線位置並確定小車行走的方向，需要同時在底盤裝設4個紅外探測頭，進行兩級方向糾正控制，提高其循跡的可靠 性。這4個紅外探頭的具體位置如圖2所示。圖中循跡感測器共安裝4個，全部在一條直線上。其中infraredmr與infraredml 為第一級方向控制感測器，infraredsr 與infraredsl 為第二級方向控制感測器。小車行走時，始終保持黑線(如圖2 中所示的行走軌跡黑線)在infraredmr和infraredml這兩個第一級感測器之間，當小車偏離黑線時，第一級探測器一旦探測到有黑線，微控制器 就會按照預先編定的程式傳送指令給小車的控 制系統，控制系統再對小車路徑予以糾正。若小車回到了軌道上，即4個探測器都只檢測到白紙，則小車會繼續行走；若小車由於慣性過大依舊偏離軌道，越出了第 一級兩個探測器的探測範圍，這時第二級動作，再次對小車的運動進行糾正，使之回到正確軌道上去。可以看出，第二級方向探測器實際是第一級的後備保護，從而 提高了小車循跡的可靠性。
2016-2-25 22:22 上傳
4.軟體控制
其程式控制框圖如圖3。小車進入循跡模式後，即開始不停地掃瞄與探測器連線的微控制器i/o口，一旦檢測到某個i/o口有訊號，即進入判斷處理程式 (switch),先確定4個探測器中的哪乙個探測到了黑線，如果infraredml(左面第一級感測器)或者infraredsl(左面第二級感測 器)探測到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身向右偏出，此時應使小車向左轉；如果是infraredmr(右面第一級感測 器)或infraredsr(右面第二級感測器)探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應使小車向右轉。在經過了方向調整後，小車 再繼續向前行走，並繼續探測黑線重複上述動作。
由於第二級方向控制為第一級的後備，則兩個等級間的轉向力度必須相互配合。第二級通常是在超出第一級的控制範圍的情況下發生作用，它也是最後一層保護，所 以它必須要保證小車回到正確軌跡上來，則通常使第二級轉向力度大於第一級，即level2>level1(level1、level2為小車轉向力 度，其大小通過改變微控制器輸出的占空比的大小來改變)，具體數值在實地實驗中得到。
專家點評：根據本文所講述的方法，我們可以較容易地做出按照一定軌跡行走的智慧型電動小車。但是按照該方法行走的小車如果是走直線，有可能會是蛇形前進。為 了使小車能夠按軌跡行走的更流暢，可以在軟體程式設計時運用一些簡單的演算法。例如，在對小車進行糾偏時，適當提前停止糾偏，而不要等到小車完全不偏時再停止， 以防止小車的過衝。
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