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创新制作循迹小车制作报告

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一、设计方案

路面检测模块电路检测路面信息，区分黑色与白面，并形成相对应的高电平与低电平提供给单片机；单片机对路面循迹模块提供的高低电平进行分析，并形成相应的对策（直行、左转、右转和停止等），并将其转化成对应的电压输出给电机驱动模块；电机驱动模块根据单片机提供的电压信号驱动对应的电机，得到与对策相同的执行动作；电源模块电路为三个模块提供所需要的电。电路框图如下图所示：

路面检测模块电路电机驱动

路面检测

模块电路

电机驱动

模块电路

单片机控制

模块

电源模块

电源模块

电路框图

二、路面检测模块工作原理

一对光电开光的发射管不停的发射红外光，经过路面发射回来的被接受管接收到。因为白色路面和黑线对光的反射不同，所以正对白色路面的光电对管的接收管接收到更多的红外光，而正对黑线的光电对管的接收管收到较少的红外光。经过光电开关的接收电路将接收到红外光的多少转化为正相关的电流大小，并进一步转化成接收电路的输出电压（A点电压）的较小值和较大值。

输出电压的较小值和较大值进一步与一个居中的基准电压分别进行比较，对应比较器的输出端（C点）分别为高电平还是低电平，并进一步输出给单片机，同时对应指示发光管的不亮与亮。路面循迹模块电路如下图所示：

路面循迹模块电路

三、单片机最小系统

单片机最小系统包括了时钟电路和复位电路。时钟电路为单片机工作提供基本时钟，复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到初始值。单片机是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号下严格地按时序进行工作。时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。

时钟信号的产生是在MCS-51系列单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端引脚为XTAL1，其输出端引脚为XTAL2。只要在XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，就可以构成一个稳定的自己振荡器。

复位电路由一个按键、电解电容和电阻组成，它是使CPU和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机复位的条件是必须使RST（第9引脚）加上持续两个机器周期（即24个脉冲振荡周期）以上的高电平。我们在循迹小车的制作中使用的是按键复位电路，它不仅具有上电复位功能，还可以按RESET键实现复位，此时电源Vcc经两个电阻分压，在RST端产生一个复位高电平。

时钟电路及复位电路如下图所示：

单片机时钟电路单片机复位电路

四、电机驱动模块电路

电机驱动模块电路就是为小车提供运动的动力，并根据路面循迹模块电路返回的路面情况信号来驱动对应的电机，使小车能够沿着黑色的道路前进到终点，不过由于驱动电机需要电压信号，而路面循迹模块电路不能提供给电机驱动模块所需要的电压信号，所以要先将路面循迹模块电路输出的信号提供给单片机做作出分析后，再由单片机输出相应的电压信号供给电机驱动模块电路，实现相应的功能。电机驱动模块电路如下图所示：

电机驱动模块电路

五、路面循迹模块电路测试

1.设置光电开关距离路面约10mm，测试光电开关对准黑线与白色地面时其对应的支路上的测试点B点的电位。

2.将电路板平放于台面上，用螺丝刀调节电位器，使得测试点C的电位约等于上一步测得的两个电位的平均值，将5路都调试好。

3.将电路板上的光电开关对准黑白路面，测试光电开关对准黑线与白色地面时其对应的发光二极管的状态是亮还是不亮，测试能区分黑白地面的最长与最短距离。

4.用台式万用表测试不同高度的情况下，黑白面上电路中A、B、C、D点的电位。测试结果如下表所示。

当距离为10mm时：

各点点位

A

B

C

D

对准黑色

1.1678

2.64

1.4010

0.8285

对准白色

1.1677

146mV

1.4010

3.7752

当距离为15mm时：

各点点位

A

B

C

D

对准黑色

1.1655

2.8159

1.4010

0.8278

对准白色

1.1654

168mV

1.4008

3.7753

当距离为5mm时：

各点点位

A

B

C

D

对准黑色

1.1655

2.5224

1.4009

0.8279

对准白色

1.1653

126mV

1.4008

3.7788

六、总结

在这次制作循迹小车的过程中，我们的第一块板子由于计算上的失误出了些问题以至于不能正常工作。最后我们使用了老师给我们的印制电路板进行路面检测模块的制作。经过最后的检测都能正常的起到循迹的功能，并通过试验记录了相应的数据。之后每人做了单片机最小系统及电机驱动部分。了解的单片机的时钟电路及复位电路，焊接就不是什么大问题了，主要