1.1.3系统的设计方案
1.路面轨迹检测系统，轨迹检测系统主要实现对路面轨迹线的检测，即利用红外传感器对电动车行驶路径上的黑色导线进行读取判断，并把实时数据通过高低电平的方式传回单片机，以供单片机处理作出判断，输出结果。
光线检测的原理：
本系统采用反射式红外线光电传感器用于检测路面的引导轨迹（2.5cm宽的黑线），
经LM394电压比较器和可变电阻进行微调，整形后送单片机控制。
图1-2 行车方向检测电路原理图
行车方向检测电路如图1-2所示。电路采用反射接收原理配置了一对红外线发射、接收传感器。该电路包括一个红外发光二极管、一个红外光敏二极管及其上拉电阻。红外发光二极管发射一定强度的红外线照射路面，红外光敏二极管在接收到反射回来的红外线后导通，若没有接受到反射的红外线则截止。而路面的轨迹是黑色的，可以吸收掉发射出的红外线，因此传感器接触到黑线就会截止、未接触黑线而是照射地面就导通。
本系统共设计四个红外线传感器，分别放置在电动车的左、右两个方向，红外光电传感器固定在底盘前沿，贴近地面。正常行驶时，发射管发射红外光照射地面，光线经白纸反射后被接收管接收，经过lm324的整形输出高电平信号。电动车经过黑线时，发射端发射的光线被黑线吸收，接收端接收不到反射光线，经过lm324整形输出低电平信号。然后，高低信号送至51单片机处理，判断执行哪一种预先编制的程序来控制小车的行驶状态。当行车方向偏离轨迹的时候，通过这四个红外线感应装置就
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可以判断出行车偏离的方向，将实时信息以高低电平的方式传送回单片机，然后通过单片机的处理，相应的控制直流芯片就可以修正行车路线，最终完成自动寻迹的任务。直行时，驱动两个直流电机正转,左右转向时,由单片机控制进行PWM变频调速,通过软件改变脉冲调宽波形的占空比,实现调速，让左右两个电机转速不同。
图1-3 红外检测电路红外线传感器分布图
由于在Proteus仿真软件上无法演示红外传感器TRCT5000，所以我们用四个开关代替了红外传感器检测采样地面经过LM324比较器的信号，已达到软件仿真的目的。部分仿真原理图如下
图1-3 红外检测电路红外线传感器仿真分布图
红外线传感器的工作过程如下：当行车方向向右偏离轨迹线的时候，所以根据这些不同的状态可以列出小车行车的修正状态表。
表1-1 小车行车方向修正状态表：
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左1光电管P2.3 左2光电管P2.2 右2光电管P2.1 右1光电管P2.0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 行动修正状态 直行 小右转 大右转 小左转 大左转 停车 注：表中0，1表示经过lm324比较器处理过后的电平信号，检测到黑线为高电平1、白色为低电平0
这四个传感器作为行车数据的输入信号由单片机的I/O口输入，那么就需要一个TTL的电压，而且要根据需求可以对传感器的灵敏度进行微调，满足灵敏度的需要。所以可以把这三路信号引入由LM324组成的电压比较器进行电平的整形，最终给单片机使用。
2. 使用电压比较器对信号的整形输出。
图1-4 LM324引脚图
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
每一组运算放大器可用图1-4所示的逻辑图来表示，它有2个引入脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为同相、反相端口，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
在这里把检测电路的原理过程总述一遍。首先，通过放置在小车底部的4个红外
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线光电管检测路面上的黑色轨迹线，这里利用了红外线被黑色线吸收而不能使接收管导通进而光电管输出高电平、遇白底时红外线反射使接收管导通进而输出低电平这一原理，把轨迹信息以电平信号方式送入lm324集成电路组成的电压比较器进行电平信号的整形调整。其中可变电阻接入lm324与由传感器送来的电压进行比较，并且可以通过调节可变电阻来改变传感器的灵敏度。通过这4个管子的不同状态反映出的电平信号最终传送到单片机进行预先程序的选择处理，就可以实现对电动机的可控。
由上一部分所讲的红外线检测电路引出的输入端到由lm324集成电路组成的电压比较电路进行整形并输出最终的电平信号给单片机进行处理。这两部分的电路最终就构成了寻迹小车的路面检测系统。
1.2 直流调速系统
由于小车由两个直流电机分别驱动左右轮，要使小车的行车方向改变则需要
使左右轮的转速不同，而负责改变两个电机转速就需要单片机的控制，但是单片机输出电压电流不足以驱动两个直流电机。所以需要另外使用一个芯片，让单片机的弱电控制该芯片的工作状态而强电又可以从该芯片中输给直流电机。且单片机改变直流电机的转速是通过调节占空比的方式进行的，要求下一级的芯片也能工作在一个比较高的频率下。所以，选择了以晶体管开关特性为原理的L298N驱动芯片。
可以通过脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。使脉冲周期不变，改变L298N使能端导通时间，即通过改变脉冲宽度来对进行加到电动机上的电流多少进行控制，从而实现直流调速。
PWM调速系统有下列优点：
（1）由于PWM调速系统的开关频率较高，可以获得脉动很小的直流电流，电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽。同样由于开关频率高，与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。且电动机的损耗和发热都比较小。
（2）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。 根据以上的信息，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用脉宽调速系统的主电路是通过单片机产生的pwm波形对H型桥式驱动芯片进行控制。进而对电动机的运动状态实现可控。
脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有限。为顺利
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实现小车行车方向的控制。本设计采用了常用的双极式H型变换器L298N，示意图如图1-8所示。它是由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。
图1-8 l298n原理图
L298N电路由四个大功率晶体管组成H型桥式电路构成，四部分晶体管以对角组合分为两组：根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。4个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用。4个电感在电路中是起防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大的保护作用。
这里我们采用了让单片机控制两个电机导通和截止的管脚上产生PWM波，先控制l298n芯片的工作状态，再间接去控制直流电机的转速。最后达到以小电流控制大电流的目的。让小车可以正常运行。
原理图如图1-14：
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基于单片机C语言的巡线小车设计论文
