1 總體方案

設計一個能自動往返於起跑線與終點線間的小汽車，從起跑線出發到達終點線後停留10 s，然後自動倒車返回起跑線。在要求的跑道範圍內完成加速
、減速
、限速、刹車
、倒車等功能。停車後顯示一次往返的時間和路程。

電路設計原理框圖如圖1所示，可分為MSP430F149、電路驅動模塊、黑線檢測模塊、測速測距模塊，顯示模塊等幾部分。

采用MSP430F149為核心芯片，選用雙全橋驅動芯片L298作為小車電機驅動
，利用PWM技術動態控製電動機的轉速，紅外線光電傳感器（LTH1550）檢測標識線
，U型紅外光電傳感器測量路程，在液晶顯示器上顯示行駛時間、行駛路程等相關數據。微處理器主要處理光電傳感器傳回的地麵檢測標誌信號和U型傳感器傳回的檢測路程信息，向電機驅動器發出指令，控製小車的加速、減速
、限速、刹車、倒車等狀態，在液晶顯示器上顯示行駛時間、行駛路程等相關數據。

2 各單元模塊設計

2.1 微處理器模塊

微處理器的主要任務是判斷和處理各種傳感器傳回的信息
，向電機驅動器發出指令
，控製小車在往返過程中實現自動加速
、限速
、減速、刹車
、倒車
，因為小車實現功能較少
，微處理器選用美國TI公司MSP430係列單片機。由於MSP430單片機具有低功耗、高速實時控製以及數據計算，並且擁有更多的片上資源供設計使用
，使得設計更加簡練更加有效。

2.2 電機驅動模塊

采用直流減速電機。直流減速電機轉動力矩大，體積小，重量輕
，裝配簡單；過載能力強，能承受頻繁的衝擊負載
，可實現頻繁的快速啟動和反轉
；能滿足自動往返過程中各種不同的特殊形式要求；可以很方便的實現通過單片機對直流減速電機前進、後退、停止等操作。

考慮到小車必須能夠前進

、倒退

、停止，並能靈活專性

，選用L298雙全橋步進電機專用驅動芯片。內部包含4信道邏輯驅動電路，可以方便的驅動兩個直流電機或一個兩相步進電機。為了能控製車輪的轉速，可以采取PWM調速法，即由單片機的P1.4和P1.5輸shu出chu一yi係xi列lie頻pin率lv固gu定ding的de方fang波bo，再zai通tong過guo功gong率lv放fang大da來lai驅qu動dong電dian機ji
，在zai單dan片pian機ji中zhong編bian程cheng改gai變bian輸shu出chu方fang波bo的de占zhan空kong比bi就jiu可ke以yi改gai變bian加jia到dao電dian機ji上shang的de平ping均jun電dian壓ya，從cong而er可ke以yi改gai變bian電dian機ji的de轉zhuan速su。左zuo右you兩liang輪lun兩liang個ge電dian機ji轉zhuan速su的de配pei合he就jiu可ke以yi實shi現xian小xiao車che的de前qian進jin
、倒退、等功能。

2.3 黑線探測模塊

黑hei線xian探tan測ce的de原yuan理li是shi光guang線xian照zhao射she到dao路lu麵mian並bing反fan射she

，由you於yu黑hei線xian和he白bai線xian的de反fan射she係xi數shu不bu同tong，可ke根gen據ju接jie收shou到dao的de反fan射she光guang強qiang弱ruo判pan斷duan是shi否fou到dao達da黑hei線xian。考kao慮lv到dao環huan境jing光guang幹gan擾rao主zhu要yao是shi直zhi流liu分fen量liang，如ru果guo采cai用yong帶dai有you交jiao流liu分fen量liang的de控kong製zhi調tiao製zhi信xin號hao
，則ze可ke大da幅fu度du減jian少shao外wai界jie幹gan擾rao
；另外，紅外發生管的最大工作電流取決於平均電流，如果使用占空比小的調製信號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流可以很大（50～100 mA）
，這樣也大大提高信噪比。設計采用紅外線光電反射傳感器，鑒於車底盤低
，采用近距離有效的光電傳感器（LTH1550），是由高發射功率紅外廣電二極管和高靈敏度光電體管組成。檢測距離可調整範圍為4～15 mm

；采用非接觸檢測方式。為了減少環境光的幹擾，需要調整傳感器的方位使環境光不能直接射到探測器。最佳探測距離為6～14 mm

，在安裝時應與地麵保持10 mm左右的距離。

2.4 測速
、測距傳感器

由於小車車輪較小，U型傳感器適用於精度較高的場合

，可以在車輪上加較多的黑線來滿足脈衝計數的精度要求。采用Uxinghongwaiguangdianchuanganqi，zaidianjizhuanzhoushangjiazhuangcesumapan，keyizaianzhuanghaoxiaochilunhou
，jiangcesumapananfangzaixiaochilunxia，dangzuoguangdianbianmapan，dangdianjizhuandongshi，daidongmapanzhuandong，liyonghongwaichuanganqiduibutongyansedewutifanshedeguangxianqiangdudebutong
，gaibianjieshouguandedaotonghejiezhi。yongwaibuzhongduanduijieshoudaodexinhaojinxingjishu。

U型傳感器可以精確的計算出小車的裏程。將碼盤固定於小車後輪上，將Uxingguangdiankaiguanjiayumapanzhishang。dianjixuanzhouzhuandong
，daidongcesumapanzhuandong，cesumapanshangkeyouxuduoxiafeng，mapanzhuandongshifasheguangtouguoxiafengbeijieshouyuanjianjieshou
，guangdiankaiguanjiuhuibuduandifashengdaotonghejiezhi。zheyangzaiguangdiankaiguandeshuchuduanjiuhuidedaomaichong，yongjishuqiduijieshoudaodexinhaojinxingjishu。

2.5 液晶顯示模塊

係統主要需要顯示小車運行時間、裏程等各個測量參數。采用LCD1602液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)
，用(yong)自(zi)帶(dai)中(zhong)文(wen)字(zi)符(fu)庫(ku)的(de)液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)模(mo)塊(kuai)，顯(xian)示(shi)方(fang)便(bian)美(mei)觀(guan)
，顯(xian)示(shi)信(xin)息(xi)量(liang)大(da)，顯(xian)示(shi)速(su)度(du)較(jiao)快(kuai)。采(cai)用(yong)串(chuan)口(kou)通(tong)訊(xun)的(de)顯(xian)示(shi)方(fang)式(shi)
，可(ke)以(yi)大(da)大(da)節(jie)省(sheng)單(dan)片(pian)機(ji)的(de)IO口。

3 主電路工作原理分析

小車開始置於快速前行狀態，紅外傳感器LTH1550檢測地麵黑線，信號通過單片機的P1.0傳回微處理器
，經處理器判斷分析，根據到達不同的信號，通過P1.4、P1.5輸出不同占空比的PWM波驅使電機，使小車置於不同的前行狀態，實現自動加速、限速、減速、刹車、倒車等功能。返回起跑線後微處理器從自身計時功能TBR取出行駛時間
，在LCD1 602顯示，同時經U型傳感器檢測的裏程信息經單片機的P2.3傳回微處理器處理後在顯示器上顯示。

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