簡易智能電動車實(shí)現(xiàn)了路面標(biāo)識跟蹤、金屬探測、曲線行駛、躲避障礙物、尋找光源以及安全進(jìn)入車庫等功能，并且能夠在行駛過程中用語音、指示燈等方式提示電動車的行駛狀態(tài)。

　　采用左右獨(dú)立的傳動模式行駛，通過光電、紅外和接近開關(guān)等傳感器，由單片機(jī)系統(tǒng)來決策智能車的行駛狀態(tài)。采用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)的多級調(diào)速；采用硬件自學(xué)習(xí)電路提高對不同黑白程度路面的適應(yīng)能力。獨(dú)特的雷達(dá)掃描式光電探測裝置保證了光源探測的靈活性，提高了控制決策的有效性。

　　不同路段的軟件模塊對各個(gè)傳感器賦以不同的權(quán)值，提高了各個(gè)路段行駛策略的針對性。通過均值采樣算法降低了噪聲信號的干擾，通過模糊控制算法實(shí)現(xiàn)了智能避障和光源跟蹤。采用原子模塊循環(huán)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、處理和控制輸出。

　　一、方案選擇與論證

　　1、運(yùn)動方式的選擇

　　通常的運(yùn)動方法有輪式和履帶驅(qū)動式兩種，其選擇依賴于路面狀況、機(jī)械復(fù)雜性和控制復(fù)雜性。

　　方案一：采用四輪——常見的汽車結(jié)構(gòu)模式

　　特點(diǎn)是一個(gè)馬達(dá)作為動力，通過變速箱驅(qū)動后輪；另一個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)動導(dǎo)向輪來決定行駛方向。優(yōu)點(diǎn)是在直道行駛速度較快、方向和速度相互獨(dú)立。缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)彎半徑大、驅(qū)動輪易打滑、導(dǎo)向輪方向不易精確控制。

　　方案二：采用履帶式結(jié)構(gòu)

　　特點(diǎn)：兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動兩條履帶。優(yōu)點(diǎn)是可以在原地轉(zhuǎn)動；在不平的路面上性能穩(wěn)定，牽引力大。缺點(diǎn)為速度慢、速度和方向不能單獨(dú)控制摩擦力很大；能量損耗大，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

　　綜合考慮，我們將輪式和履帶式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，采用兩個(gè)大腳車的模型（見附圖三）拼接而成，達(dá)到了較好的機(jī)動性和可控性。

　　2、電機(jī)驅(qū)動調(diào)速方案論證

　　電機(jī)驅(qū)動調(diào)速方案的控制目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及調(diào)速

　　方案一：電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整分壓

　　采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器分壓調(diào)整電動機(jī)的電壓。但電動機(jī)工作電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。

　　方案二：采用繼電器開關(guān)控制

　　采用繼電器控制電動機(jī)的開或關(guān)，通過開關(guān)的切換調(diào)整車速。優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間慢、控制精度低、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性低。

　　方案三：H型PWM電路

　　采用電子開關(guān)組成H型PWM電路。H型電路保證了簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；用單片機(jī)控制電子開關(guān)工作的占空比，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。最終選擇方案三。

　　3、路面探測方案論證

　　探測路面黑線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷傳感器和黑線相對位置。

　　方案一：采用可見光發(fā)光二極管和光敏二極管

　　采用普通可見光發(fā)光管和光敏管組成的發(fā)射－接收電路。其缺點(diǎn)在于易受到環(huán)境光源的影響。即便提高發(fā)光管亮度也難以抵抗外界光的干擾。

　　方案二：采用反射式紅外發(fā)射－接收器

　　采用反射式紅外發(fā)射－接收器。直接用直流電壓對發(fā)射管進(jìn)行供電，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，對環(huán)境光源的抗干擾能力強(qiáng)，在要求不高時(shí)可以使用。

　　方案三：采用脈沖調(diào)制的紅外發(fā)射－接收器

　　在方案二的基礎(chǔ)上采用脈沖調(diào)制發(fā)射。由于環(huán)境光干擾主要是直流分量，因此如果采用帶有特定交流分量的調(diào)制信號，則可在接收端采用相應(yīng)的手段來大幅度減少外界干擾。缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜﹑成本高。

　　根據(jù)本題目中對探測地面的要求，由于傳感器可以在車體的下部，發(fā)射、接收距地面都很近，外界光對其的干擾都很小。在基本不影響效果的前提下，為了簡便起見，我們選用了方案二。

　　4、障礙物探測模塊

　　方案一：超聲波探測

　　采用超聲波器件。超聲波波瓣較寬，一個(gè)發(fā)生器就可以監(jiān)視較寬的范圍。其優(yōu)點(diǎn)為抗干擾能力強(qiáng)，不受物體表面顏色的影響。缺點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)電路復(fù)雜，且用通常的測量方法在較近距離上有盲區(qū)。

　　方案二：光電式探測

　　采用光電式發(fā)射、檢測模塊。由于單個(gè)發(fā)射器的照射范圍不能太小，因此不使用激光管。用波瓣較寬的脈沖調(diào)制型紅外發(fā)射管和接收器。其優(yōu)點(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)簡單，抗干擾性較強(qiáng)。

　　由于題目中已知障礙物外表為白色，有利于紅外線的反射。同時(shí)從電路實(shí)現(xiàn)的難易程度上考慮，我們最終選擇了方案二。

　　5、尋光定向模塊

　　題目條件是在終點(diǎn)線后放置200W白熾燈用以指向，因此采用普通光敏三極管進(jìn)行檢測。

　　方案一：車轉(zhuǎn)式安裝

　　采用固定方向安裝方式。將兩個(gè)光敏三極管固定在車頭的左右兩邊指向前方，當(dāng)車頭對準(zhǔn)光源時(shí)，兩傳感器輸出平衡；當(dāng)車的方向不準(zhǔn)時(shí)，通過兩傳感器輸出的差別控制車原地轉(zhuǎn)向來尋找光源。

　　方案二：模擬雷達(dá)掃描

　　用裝在車底盤上的步進(jìn)電機(jī)帶動圓盤左右掃描，裝在圓盤上的光敏傳感器通過掃描，可以準(zhǔn)確定位光源。

　　方案一實(shí)現(xiàn)簡單，其缺點(diǎn)為尋找光源較麻煩，需要驅(qū)動整輛智能車轉(zhuǎn)動，功耗多且浪費(fèi)時(shí)間；方案二實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，但是其定位準(zhǔn)確，僅轉(zhuǎn)動圓盤而不用轉(zhuǎn)動智能車，節(jié)省了電源和時(shí)間?？紤]到題目的指標(biāo)要求及系統(tǒng)性能要求，我們采用了方案二。

　　6、車輪檢速及路程計(jì)算模塊

　　方案一：磁感應(yīng)式

　　采用霍爾元器件（霍爾元器件應(yīng)用霍爾效應(yīng)，輸出量與磁場的大小有關(guān)）并在車輪上安裝磁片，利用位置固定的開關(guān)型霍爾元器件來檢測車輪的轉(zhuǎn)動，通過單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)進(jìn)行車速測量。

　　方案二：光反射式

　　采用反射式紅外器件。在車輪輪輻面板上均勻畫出黑底白線或白底黑線，通過正對線條的反射式紅外器件，產(chǎn)生脈沖。通過對脈沖的計(jì)數(shù)測速。

　　方案三：光對射式

　　采用對射式紅外傳感器。在輪輻面板上均勻刻出孔，在輪子兩側(cè)固定相對的紅外發(fā)射、接收器件。在過孔處接收器可以接收到信號。從而輪子轉(zhuǎn)動時(shí)可以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號，通過對脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行車速測量。

　　以結(jié)構(gòu)簡單和輸出精確作為選擇標(biāo)準(zhǔn)，我們認(rèn)為使用方案一的工作量最小。方案二、三雖然可以達(dá)到較高的精度（磁片不可能放置太密），但安裝較麻煩。由于題目中對路程的記錄沒有較高的精度要求，因此選擇了方案一。

　　7、供電電源選擇

　　方案一：單電源供電

　　優(yōu)點(diǎn)是供電電路簡單；缺點(diǎn)是由于電機(jī)的特性，電壓波動較大，嚴(yán)重時(shí)可能造成單片機(jī)系統(tǒng)掉電。

　　方案二：雙電源供電

　　將電機(jī)驅(qū)動電源其它電路電源分離，利用光電耦合器傳輸信號。優(yōu)點(diǎn)是減少耦合，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；缺點(diǎn)為電路較復(fù)雜，電池占空間較大。

　　由于車耗電量較大，用3節(jié)鋰電池（每節(jié)3V）或6節(jié)5號堿性電池串聯(lián)供電，可以滿足電量要求，為了節(jié)省有限的空間，選用單電源供電。又考慮到鋰電成本較高，且車體需要電池來配平重心，最終選用6節(jié)堿性電池裝到車體后部。電流分為兩路，一路通過7805穩(wěn)壓后向控制系統(tǒng)和傳感器供電，另一路加到電機(jī)驅(qū)動電路，并在電機(jī)端口兩端加上了0.1uf去耦電容。