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2012年大学生电子设计竞赛
（题）
【组】
2012年9月日
1
1.1基本要求： 2
1.2发挥部分： 2
二、系统方案设计： 3
2.1系统总体方案设计： 3
2.2小车系统硬件设计与比较： 4
三、硬件电路设计： 6
3.1单片机最小系统的设计： 6
3.2 光电传感循迹模块的设计： 6
3.3电机驱动模块的设计: 7
四、软件设计： 9
4.1程序总统设计说明： 9
4.2 PWM控制： 9
4.3总体软件流程图： 10
4.3小车循迹，加速，减速流程图: 11
4.4中断程序流程图: 12
4.4系统程序： 12
五、测试方法与测试结果： 13
5.1 测试方案与测试条件: 13
5.2 测试结果完整性: 13
六、结束语: 14
七、参考文献: 15
八、附录： 16
一、任务与要求：
设计并制作一个自平衡小车。两轮驱动、一轮为万向轮，如图1所示。车体重心必须在驱动轮轴与万向轮之间，小车可以按图3的所场地运行一周。
图1 小车结构示意
图2 小车直立状态示意
图3 场地示意图
1.1基本要求：
（1）三轮着地，万向轮在前，可沿引导线逆时针方向运行一周，全程时间不超过3分钟。
（2）引导线的A、B点之间为加速区，B、C区为减速区，车速应有明显变化（时间比约1:2）。
（3）D、E两点为引导线断开区域，小车经过D点时能正常运行，并能寻迹至E点后继续行驶。
（4）E点到F点区域必须按S形路线行驶。
1.2发挥部分：
由人手持小车为直立状态（两轮着地）开始保持平衡，放手后沿引导线逆时针方向运行一周。
（2）（3）（4）项与基本要求的（2）（3）（4）一致。
（5）其他创新功能。
二、系统方案设计：
2.1系统总体方案设计：
我们将系统分为电机驱动模块、小车控制模块、红外对管（ST178)循迹模块以及9轴气压指南针模块这四大模块。
方案一：
系统方块图如下：
方案二：
系统方块图如下：
鉴于该小车的功能与使用内存要求较高，为了制作的成本与方便，因此，选择方案一。
2.2小车系统硬件设计与比较：
2.2.1单片机芯片的比较与选择
方案一：
用STC89C52作为小车的主控制芯片，可以完成基本部分，可是其I/O的输入输出功能不大强，存在一定的局限性，较难扩展功能。
方案二：
用STC12C5A60S2作为小车的主控制芯片,该芯片有足够的存储，可以方便下载程序到该芯片，能够满足该系统软件的需要，该芯片提供了足够的计时器中断，采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片，能够准确的计算出时间，有很好的实时性。
基于以上分析，选择了方案二，采用STC12C5A60S2作为小车的主控制芯片。
2.2.2 电机的比较与选择
方案一：
采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车的前进路程和位置的精确定位，虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会几句下降，不适用与小车等一定速度要求的系统。
方案二：
采用直流电机作为该系统的驱动电机直流电机的控制方法比较简单，只需要电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，。电压越高则电机转速越快。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。。
基于以上的分析，选择方案二，采用直流电机作为该系统的驱动电机。
2.2.3电机控制模块的比较与选择
方案一：
采有SM6135W电机遥控驱动模块控制直流电机，SW6135W是专为遥控车设计的大规模集成电路，能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制，而不是电平控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。
方案二：
采有L298N芯片控制直流电机。L298N为单块集成电路，高电压，高电流 ，四通道驱动，可直接读一电机进行控制。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便。
基于以上分析，选择了方案二，采用L298N控制直流电机作为小车的电机控制模块。
2.2.4 红外避线模块的比较与选择
方案一：
采用通过5个红外光电开关传感器ST178对信号进行采集，采集到的信号经
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