智能循迹小车
智能循迹小车___设计报告
智能循迹小车___设计报告设计报告：智能循迹小车一、设计背景智能循迹小车是一种能够通过感知地面上的线条进行导航的小型机器人。
循迹小车可以应用于许多领域，如仓库管理、物流配送、家庭服务等。
本设计旨在开发一款功能强大、性能稳定的智能循迹小车，以满足不同领域的需求。
二、设计目标1.实现循迹功能：小车能够准确地识别地面上的线条，并按照线条进行导航。
2.提供远程控制功能：用户可以通过无线遥控器对小车进行控制，包括前进、后退、转向等操作。
3.具备避障功能：小车能够识别和避开遇到的障碍物，确保行驶安全。
4.具备环境感知功能：小车能够感知周围环境，包括温度、湿度、光照等参数，并将数据传输给用户端。
5.高稳定性和可靠性：设计小车的硬件和软件应具备较高的稳定性和可靠性，以保证长时间的工作和使用。
三、设计方案1.硬件设计：(1) 采用Arduino控制器作为主控制单元，与传感器、驱动器等硬件模块进行连接和交互。
(2)使用红外传感器作为循迹传感器，通过检测地面上的线条来实现循迹功能。
(3)使用超声波传感器来检测小车前方的障碍物，以实现避障功能。
(4)添加温湿度传感器和光照传感器，以提供环境感知功能。
(5)将无线模块与控制器连接，以实现远程控制功能。
2.软件设计：(1) 使用Arduino编程语言进行程序设计，编写循迹、避障和远程控制的算法。
(2)设计用户界面，通过无线模块将控制信号发送给小车，实现远程控制。
(3)编写数据传输和处理的程序，将环境感知数据发送到用户端进行显示和分析。
四、实施计划1.硬件搭建：按照设计方案中的硬件模块需求，选购所需元件并进行搭建。
2.软件开发：根据设计方案中的软件设计需求，编写相应的程序并进行测试。
3.功能调试：对小车的循迹、避障、远程控制和环境感知功能进行调试和优化。
4.性能测试：使用不同场景和材料的线条进行测试，验证小车的循迹性能。
5.用户界面开发：设计用户端的界面，并完成与小车的远程控制功能的对接。
智能循迹小车
智能循迹小车的引言概述智能循迹小车是近年来兴起的一种智能机器人，它能够通过内置的传感器和程序，自动识别和跟踪预定的路径。
这种小车使用了先进的计算机视觉技术和控制算法，能够在各种环境中准确地进行循迹。
智能循迹小车在许多领域中都得到了广泛的应用，包括工业自动化、物流运输、仓储管理等。
本文将对智能循迹小车的原理、技术和应用进行详细阐述。
智能循迹小车的原理和技术1. 传感器技术a. 摄像头传感器：通过摄像头传感器，智能循迹小车可以捕捉环境中的图像，并进行图像处理和识别。
b. 距离传感器：距离传感器可以帮助智能循迹小车感知周围环境中的障碍物，并避免碰撞。
c. 地盘传感器：地盘传感器用于检测小车在路径上的位置和姿态，以便进行准确的定位和导航。
2. 计算机视觉技术a. 特征提取：通过计算机视觉技术，智能循迹小车可以从摄像头捕捉的图像中提取关键特征，例如路径轮廓、颜色等。
b. 物体识别：利用深度学习算法，智能循迹小车可以识别环境中的物体，例如道路标志和交通信号灯，以便做出相应的反应。
c. 路径规划：根据图像处理和物体识别的结果，智能循迹小车可以计算出最优的路径规划，以达到快速而安全地循迹的目的。
3. 控制算法a. PID控制算法：智能循迹小车使用PID控制算法来实现精确的速度和方向控制，以便按照预定的路径进行循迹。
b. 路径校正算法：当智能循迹小车发现偏离路径时，会通过路径校正算法对速度和方向进行调整，以便重新回到预定的路径上。
智能循迹小车的应用1. 工业自动化a. 生产线物料运输：智能循迹小车可以自动将物料从一个地点运输到另一个地点，减少人力成本和提高生产效率。
b. 仓储管理：智能循迹小车可以在仓库中自动识别货物并进行搬运和分拣，提升仓储管理的效率和精确度。
2. 物流运输a. 快递配送：智能循迹小车可以在城市道路上按照预定的路径进行循迹，实现快递的自动配送和准时派送。
b. 高速公路货物运输：智能循迹小车可以在高速公路上准确无误地进行循迹，减少人为驾驶过程中的车祸风险。
《2024年自循迹智能小车控制系统的设计与实现》范文
《自循迹智能小车控制系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的不断发展，智能小车作为智能交通系统的重要组成部分，在日常生活和工业生产中得到了广泛的应用。
自循迹智能小车控制系统作为小车的核心部分，其设计与实现对于提高小车的自主导航能力和运行效率具有重要意义。
本文将详细介绍自循迹智能小车控制系统的设计与实现过程。
二、系统需求分析在系统设计之前，首先需要对自循迹智能小车控制系统的需求进行分析。
该系统需要具备以下功能：能够自主循迹、避障、路径规划以及实时反馈信息等功能。
此外，还需要考虑系统的实时性、稳定性和可靠性。
在明确了需求之后，我们才能有针对性地进行系统设计。
三、硬件设计自循迹智能小车的硬件设计主要包括传感器模块、控制模块、驱动模块和电源模块等部分。
传感器模块包括红外传感器、摄像头等，用于检测道路信息和障碍物信息；控制模块采用高性能的微控制器，负责处理传感器信息并发出控制指令；驱动模块根据控制指令驱动小车前进、后退、左转或右转；电源模块为整个系统提供稳定的电源。
四、软件设计软件设计是自循迹智能小车控制系统的核心部分，主要包括算法设计和程序编写。
算法设计包括循迹算法、避障算法和路径规划算法等。
循迹算法通过分析道路信息，使小车沿着预定路线行驶；避障算法通过分析障碍物信息，使小车能够及时避开障碍物；路径规划算法根据实时道路信息和障碍物信息，为小车规划出最优路径。
程序编写采用C语言或Python等编程语言，实现算法的逻辑控制和数据交互。
五、系统实现在硬件和软件设计完成后，开始进行系统的实现。
首先，将传感器模块与微控制器连接，实现传感器信息的采集与传输；其次，编写程序实现算法的逻辑控制和数据交互；最后，对驱动模块进行控制，使小车按照预定路线行驶。
在实现过程中，需要注意系统的实时性、稳定性和可靠性。
六、实验与测试为了验证自循迹智能小车控制系统的性能，我们进行了实验与测试。
首先，在室内和室外环境下进行循迹实验，测试小车是否能够准确沿着预定路线行驶；其次，进行避障实验，测试小车是否能够及时避开障碍物；最后，进行路径规划实验，测试小车是否能够根据实时道路信息和障碍物信息规划出最优路径。
基于STM32的智能循迹避障小车
基于STM32的智能循迹避障小车智能循迹避障小车是一种基于STM32微控制器的智能车辆，它可以根据预设的路径自动行驶并能够避开障碍物。
这种小车具有很高的自主性和智能性，非常适合用于教学、科研和娱乐等领域。
本文将介绍基于STM32的智能循迹避障小车的设计原理、硬件结构、软件开发以及应用场景。
一、设计原理智能循迹避障小车的设计原理主要包括传感器感知、决策控制和执行动作三个部分。
通过传感器感知车辆周围环境的变化，小车可以及时做出决策并执行相应的动作，从而实现自动行驶和避障功能。
在基于STM32的智能小车中，常用的传感器包括红外避障传感器、光电传感器和编码器等。
红外避障传感器可以检测到障碍物的距离和方向，从而帮助小车避开障碍物。
光电传感器可以用于循迹，帮助小车按照预定的路径行驶。
编码器可以用于测量小车的速度和位置，实现精确的定位和控制。
通过这些传感器的数据采集和处理，小车可以实现智能化的行驶和避障功能。
二、硬件结构基于STM32的智能循迹避障小车的硬件结构包括主控制板、传感器模块、执行器模块和电源模块。
主控制板采用STM32微控制器，负责控制整个车辆的运行和决策。
传感器模块包括红外避障传感器、光电传感器和编码器等，用于感知周围环境的变化。
执行器模块包括电机和舵机，用于控制车辆的速度和方向。
电源模块提供电能，为整个车辆的运行提供动力支持。
三、软件开发基于STM32的智能循迹避障小车的软件开发主要包括嵌入式系统的编程和算法的设计。
嵌入式系统的编程主要使用C语言进行开发，通过STM32的开发环境进行编译和调试。
算法的设计主要包括避障算法和循迹算法。
避障算法通过传感器的数据处理，判断障碍物的位置和距离，并做出相应的避开动作。
循迹算法通过光电传感器的数据处理，使小车能够按照预设的路径行驶。
四、应用场景基于STM32的智能循迹避障小车可以广泛应用于教学、科研和娱乐等领域。
在教学领域，可以用于智能机器人课程的教学实验，帮助学生掌握嵌入式系统的开发和智能控制的原理。
智能循迹小车 毕业论文
智能循迹小车毕业论文一、前言随着科技的发展，智能机器人已经成为人们关注的热门话题。
智能机器人的出现和应用，不仅可以提高生产效率，减少劳动强度，并且可以创造出很多新的应用领域。
其中，智能循迹小车作为一种基于仿生学和机器人学的新型机器人，已经逐渐应用到许多领域，如环境监测、病毒检测等。
本文着重介绍智能循迹小车的设计和实现，以期为相关研究提供参考。
二、智能循迹小车的需求分析智能循迹小车主要用于环境监测和物品巡检。
为了保证循迹小车的运转效果，需要进行以下需求分析：1.循迹精度高：循迹小车的自主导航是基于视觉和控制系统完成的，因此需要保证循迹精度高，以便更准确地定位目标位置。
2.交通状况适应性强：循迹小车需适用于不同的路况和环境，如转向直接性、弯道安全性、山地路段行驶性等。
3.控制系统稳定性高：为了确保循迹小车的运转稳定，控制系统需稳定、耐用。
4.多功能性：循迹小车需具备多种传感器和设备，以实现环境监测和物品巡检等多项功能。
三、智能循迹小车的设计方案1.硬件设计智能循迹小车由四个电动轮驱动，需要具备以下硬件配置：1) 微型处理器：采用单片机实现控制、通信等功能。
2) 直流电机：用于驱动小车前进和后退。
3) 舵机：控制小车方向。
4) 金属质量传感器：检测循迹目标的位置，并对小车进行控制。
5) 视觉传感器：采集路面图像，并进行图像处理。
6) 电源模块：提供小车稳定的电力来源。
2.软件设计1) 系统设计：采用嵌入式系统，将设备的物理特性和功能与程序环境相结合，实现对小车的控制和行为规划。
2) 控制算法设计：采用视觉处理和运动控制算法实现对小车的控制，并对其交通状况和循迹精度进行优化。
3) 通信协议设计：采用串口通信协议实现与上位机的数据传输。
四、智能循迹小车的实现演示智能循迹小车的实现演示中，需要注意以下几点：1. 使用电源模块为小车提供稳定的电力来源。
2. 通过视觉传感器采集并处理路面的图像信息。
3. 通过金属质量传感器检测循迹目标的位置。
智能循迹避障小车设计说明
智能循迹避障小车设计说明智能循迹避障小车是一种基于微控制器控制的智能小车，它能够根据预设程序进行自主行驶、循迹和避障。
下面是对智能循迹避障小车的设计说明：1.硬件设计智能循迹避障小车的硬件设计包括以下组成部分：1.1 微控制器：使用单片机实现小车的控制和决策，采用常见的单片机有STC、ATmega、STM32等。
1.2 传感器：使用光电传感器进行循迹，超声波传感器进行避障。
在循迹方面，一般采用两个光电传感器，安装在小车底部，分别检测黑线和白色地面；在避障方面，一般采用超声波传感器，安装在小车前方，检测前方物体距离。
1.3 驱动电机：小车驱动电机一般采用直流减速电机，通过H桥驱动电路实现正反转控制。
1.4 电源：小车电源采用锂电池或干电池供电。
1.5 其他：小车还需要一些辅助元件，如LED指示灯、蜂鸣器等。
2.软件设计智能循迹避障小车的软件设计包括以下几个方面：2.1 循迹算法：根据光电传感器检测到的黑线和白色地面的信号，判断小车当前位置，控制小车朝着黑线方向运动。
2.2 避障算法：根据超声波传感器检测到的前方距离信息，判断小车前方是否有障碍物，避免碰撞。
2.3 控制逻辑：根据传感器数据计算得出的小车状态，进行控制决策。
比如，避障优先还是循迹优先，小车如何避障等。
2.4 通信协议：如果需要远程控制或传输数据，需要设计相应的通信协议。
3.功能实现基于硬件和软件设计，实现智能循迹避障小车以下功能：3.1 循迹：小车能够自主行驶，按照预设的循迹算法进行路径规划和执行。
3.2 避障：小车能够根据预设的避障算法，自主避开前方障碍物，避免碰撞。
3.3 情境感知：小车能够通过传感器感知环境，根据感知到的信息做出相应的控制决策。
3.4 远程控制：如果需要，可以通过通信模块实现小车的远程控制和数据传输。
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REPORTING
THANKS
感谢观看
别和跟踪。
优化控制算法
采用PID控制、模糊控制等算法， 提高小车行驶的稳定性和准确性。
完善硬件设计
优化电路设计、电机驱动、电源 管理等硬件模块，提升小车性能。
拓展应用场景
将智能循迹小车应用于仓储物流、 智能家居等领域，验证其实用性
和可靠性。
未来研究方向探讨
多传感器融合技术
研究如何将多种传感器信息进行融合， 提高小车的环境感知能力和适应性。
调试技巧和优化策略
调试技巧
在调试过程中，可以采用分模块调试的方法，逐个验证每个模块的功能是否正常；同时，可以利用串口通信等手 段，实时输出调试信息，帮助定位问题。
优化策略
针对循迹算法的优化，可以采用动态阈值调整的方法，提高轨迹检测的准确性；针对电机控制的优化，可以采用 PID控制算法，提高小车的行驶稳定性和速度控制精度。此外，还可以通过硬件升级、算法改进等手段，进一步 提高智能循迹小车的性能。
深度学习技术应用
探索深度学习在智能循迹小车中的应 用，如通过神经网络实现更复杂的路 径规划和决策。
多车协同控制技术
研究多辆智能循迹小车之间的协同控 制策略，实现更高效、灵活的群体协 作。
智能化与自主化
进一步提升小车的智能化水平，如实 现自主导航、避障、路径规划等功能， 使其更加适应复杂环境。
2023
2023
REPORTING
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2023
目录
• 智能循迹小车概述 • 智能循迹小车硬件设计 • 软件编程与算法实现 • 性能测试与结果分析 • 挑战与解决方案探讨 • 总结与展望
2023
PART 01
智能寻迹小车
引言概述：智能寻迹小车是一种结合了人工智能和机械工程的创新产品。
它能够根据预设的轨迹自动行驶并进行导航，具有很高的便捷性和灵活性，适用于各种环境和任务。
在本文中，将对智能寻迹小车的设计原理、工作模式、技术优势和应用前景进行详细阐述。
正文内容：一、设计原理1.1 感知模块的设计智能寻迹小车的感知模块采用多种传感器进行环境感知，包括视觉传感器、红外线传感器和超声波传感器。
视觉传感器用于识别道路标志和障碍物，红外线传感器用于进行物体跟踪，超声波传感器用于进行距离测量。
1.2 控制模块的设计智能寻迹小车的控制模块采用嵌入式系统，实现对感知模块的数据处理和运动控制。
通过运用机器学习算法，控制模块能够学习和记忆不同轨迹的特征，从而实现自主导航和寻迹功能。
二、工作模式2.1 自主导航模式智能寻迹小车在自主导航模式下，可以根据预设的轨迹进行自动行驶，不需要人工干预。
它能够通过感知模块实时获得周围环境的信息，并根据这些信息做出相应的决策和控制。
2.2 手动遥控模式智能寻迹小车还可以切换到手动遥控模式，由人工遥控进行操作。
在这种模式下，小车的控制将完全依赖于操作者的指令，可以实时控制小车的速度和方向。
三、技术优势3.1 高精度的轨迹识别智能寻迹小车的感知模块采用先进的图像处理算法和目标识别技术，能够准确地识别出道路标志，并对轨迹进行跟踪，从而实现高精度的轨迹识别和导航。
3.2 自动避障和防碰撞智能寻迹小车的感知模块不仅可以识别道路标志，还能够探测到前方的障碍物，并实时进行避障和防碰撞。
这种智能寻迹小车能够确保行驶的安全性和可靠性。
3.3 强大的自学习能力智能寻迹小车的控制模块具有强大的自学习能力，可以通过机器学习算法不断学习和适应不同的环境和任务，提高智能寻迹小车的导航精度和性能。
四、应用前景4.1 物流领域智能寻迹小车在物流领域有着广阔的应用前景。
它能够自动化完成货物运输和仓储管理任务，提高物流效率和准确性。
4.2 安防领域智能寻迹小车可以在安防领域进行侦查和监控，通过自主导航和环境感知功能，实现对重要区域的巡逻和监测。
智能循迹小车实验报告
智能循迹小车实验报告一、实验目的本次实验旨在设计并实现一款能够自主循迹的智能小车，通过传感器检测路径信息，控制小车的运动方向，使其能够沿着预定的轨迹行驶。
通过本次实验，深入了解自动控制、传感器技术和单片机编程等方面的知识，提高实际动手能力和问题解决能力。
二、实验原理1、传感器检测本实验采用红外传感器来检测小车下方的黑线轨迹。
红外传感器由红外发射管和接收管组成，当发射管发出的红外线照射到黑色轨迹时，反射光较弱，接收管接收到的信号较弱；当照射到白色区域时，反射光较强，接收管接收到的信号较强。
通过比较接收管的信号强度，即可判断小车是否偏离轨迹。
2、控制算法根据传感器检测到的轨迹信息，采用 PID 控制算法（比例积分微分控制算法）来计算小车的转向控制量。
PID 算法通过对误差（即小车偏离轨迹的程度）进行比例、积分和微分运算，得到一个合适的控制输出，使小车能够快速、准确地回到轨迹上。
3、电机驱动小车的动力由直流电机提供，通过电机驱动芯片（如 L298N）来控制电机的正反转和转速。
根据控制算法计算出的转向控制量，调整左右电机的转速，实现小车的转向和前进。
三、实验器材1、硬件部分单片机开发板（如 STM32 系列）红外传感器模块直流电机及驱动模块电源模块小车底盘及车轮杜邦线、面包板等2、软件部分Keil 等单片机编程软件串口调试助手四、实验步骤1、硬件搭建将红外传感器模块安装在小车底盘下方，使其能够检测到黑线轨迹。
将直流电机与驱动模块连接，并安装在小车底盘上。
将单片机开发板、传感器模块、驱动模块和电源模块通过杜邦线连接起来，搭建好实验电路。
2、软件编程使用单片机编程软件，编写传感器检测程序、控制算法程序和电机驱动程序。
通过串口调试助手，将编写好的程序下载到单片机开发板中。
3、调试与优化启动小车，观察其在轨迹上的行驶情况。
根据小车的实际行驶情况，调整 PID 控制算法的参数，优化小车的循迹性能。
不断测试和改进，直到小车能够稳定、准确地沿着轨迹行驶。
智能循迹小车精讲PPT课件
可量化性
评估指标应具备可量化 性，方便进行客观、准
确的性能评估。
可比性
评估指标应具有可比性， 以便对不同循迹小车或 不同改进方案进行性能
对比。
实际意义
评估指标应具有实际意 义，能够反映循迹小车 在实际应用中的性能表
现。
结果分析与改进建议
结果分析
根据测试结果，对循迹小车的性能进行全面分析，找出存在的问题 和不足。
应用拓展 智能循迹小车将在更多领域得到应用，如仓储物流、智能 家居、医疗服务等，推动相关产业的智能化升级。
多车协同 未来智能循迹小车将实现多车协同作业，提高整体工作效 率，同时降低单个车辆的制造成本。
未来研究方向探讨
复杂环境适应性
人机交互优化
研究如何在复杂多变的环境中实现智能循迹 小车的稳定导航和定位，提高其环境适应性。
调试技巧与经验分享
调试技巧
使用仿真工具进行前期验证，可以大大缩短开发周期；在实际调试过程中，可以采用分模块调试的方法， 逐一验证各个模块的功能和性能。
经验分享
在开发过程中要注重代码的可读性和可维护性，以便后期进行功能扩展和性能优化；同时要注意传感器的 选型和布局对循迹效果的影响，合理选择和布局传感器可以提高小车的循迹精度和稳定性。
循迹算法原理及实现方法
循迹算法原理
通过检测小车与路径之间的相对位置关系，控制小车的运动方向和速度，使小 车能够沿着预定路径行驶。常见的循迹算法有PID控制算法、模糊控制算法等。
实现方法
通过传感器（如红外传感器、超声波传感器等）检测路径信息，将检测到的路 径信息输入到控制器中，控制器根据预设的循迹算法计算出控制量，控制小车 的电机转动，实现小车的循迹行驶。
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目录1.第一章绪论1.1循迹小车的发展现状1.2 选题意义1.3本设计的工作1.3.1设计要求1.3.2设计思路2.第二章硬件部分简介2.1 具体方案论证与设计2.2 主控芯片的简介2.2.1 光电反射式传感器（ST178）2.2.2低功率低失调双比较器LM3933.第三章光电循迹小车的原理3.1原理3.2 传感器电路3.2.1红外反射式光电传感器原理3.2.2黑线检测电路3.3核心控制电路3.3.1模数转换电路（比较器电路）3.3.2数字逻辑电路3.4驱动电路3.5 拓展功能“防撞”3.6PCB制板3.7作品展示3.8原件清单4.第四章结论5.参考文献6.课程设计心得绪论1.1循迹小车发展现状与趋势智能汽车作为一种智能化的交通工具，体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。
寻迹小车可以看作是缩小化的智能汽车，它实现的基本功能是沿着指定轨道自动寻迹行驶。
就目前智能小车发展趋势而言：相比价格昂贵、体积大、数据处理复杂的传感器CCD反射式光电传感器以其价格适中、体积小、数据处理方便等更具有发展优势。
1.2 选题意义汽车电子迅猛发展，智能车产生和不断探索并服务于人类的趋势将不可阻挡。
智能车的研究将会给汽车这个产生了一百多年的交通工具带来巨大的科技变革。
人们在行驶汽车时，不再只在乎它的速度和效率，更多是注重驾驶时的安全性，舒适性，环保节能性和智能性等。
各国科学家和汽车工作人员以及汽车爱好者都在致力于智能车的研究，研究的成果有很多都已应用于人们的日常生活生产之中，例如在2005年1月美国发射的“勇气”号和“机遇”号火星探测器实质上都是装备先进的智能车辆。
因此，研究智能车的实际意义和取得的价值都非常重大。
本课题利用传感器识别路径，将赛道信息进行识别处理，利用主控芯片控制小车的行进进而完成循迹。
1.3本设计的工作1.3.1设计要求要求：设计并制作一个简易光电智能循迹电动车，其行驶路线示意图如图1-1：（其中粗黑些为光电寻迹线）要求智能循迹小车从起点出发，沿粗黑色引导线到达终点后立即停车但行驶全程行驶时间不能大于90s。
图1-11.3.2设计思路基于红外反射式光电传感器（ST178P）的寻迹原理，采用LM393、74LS00、74LS08、74LS32系列芯片构成核心控制电路。
通过红外传感器（ST178P）检测路面信息、LM393数字化采集到的模拟信号、核心控制电路获取路面信息后，进行分析、处理，最后控制直流电机转停，利用左右车轮差速完成智能循迹。
为保证小车在行驶的过程中具有良好的操纵稳定性和平顺性，本文针对道路特点对小车的差速控制，以及传感器的安装都提出了较为理想的解决方案，同时采用PCB制板。
实验表明：该系统抗干扰能力强，能够准确实现小车沿指定路径（黑线）快速、平稳行驶。
硬件部分简介2.1 具体方案论证与设计方案１：采用纯模拟电路设计。
本方案采用2个光电反射式传感器，（ST178P）分别安装在循迹黑线两侧。
当传感器未检测到黑线时，驱动电机转动，否则停止。
此方案的优点在于电路结构简单，但是不能满足小车完成全程后立即停车的要求。
方案原理如图2-1、图2-2：图2-1图2-2方案2：采用数字电路、模拟电路设计相结合。
本方案采用3个光电反射式传感器，（ST178P）分别安装在循迹黑线两侧和中间。
依据小车所处状态进行编码，利用数字逻辑电路控制小车进而循迹。
此方案的优点在于能够较好的完成课程设计要求，但是电路结构复杂,需要一定的动手能力。
方案原理如下图2-3、图2-4：图2-3图2-4考虑课程设计的实际情况，最终选择方案2进行光电循迹小车设计。
2.2 主控芯片的简介2.2.1 光电反射式传感器（ST178）光电反射式传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。
其检测距离可调整范围在 4-10mm均可用。
其内结构如图2-5：图2-52.2.1 低功率低失调双比较器LM393LM393是由两个独立的，高精度电压比较器组成的集成电路，其失调电压低。
它专为获得宽电压范围单电源供电设计，也可双电源供电设计，而且无论电源电压大小如何电源消耗的功率都很低。
即使单电源供电比较器的共模输入电压也接近地电平。
关键在于LM393可以用于简单的数模转换并直接驱动TTL、CMOS。
在此课程设计中就利用其特性。
其内部结构图如图2-6：图2-6光电循迹小车的原理3.1原理光电循迹小车电路由传感电路、核心控制电路、驱动电路三部分构成，如图3-1所示。
光电循迹小车的工作过程如下：3个光电传感器探测路径信息，并将这些信息输入到核心控制电路：LM393先进行模数转换，74LS系列芯片再对其进行数字化逻辑处理，并将控制电信号传给驱动电路，进而驱动两个步进电机，使小车完成循迹。
图3-13.2 传感器电路3.2.1红外反射式光电传感器原理红外发射管竖直发射红外线，红外接收管接收反射回的红外线。
光电传感器根据接收到红外光将光信号转化为相应的电信号。
当红外线照射到白色地面时，白色地面吸收较小，如果距离取值合适，红外接收管接收到反射回的红外线强度就较大，转化为电信号也较强；如果红外线照射到黑色引导线，黑色引导线会吸收大部分红外光，红外接收管接收到红外线强度就较弱，转化为电信号也较弱。
寻迹时，黑色引导线吸收大部分的红外线而白色地面则相反，利用其转化为电信号强弱差异就可以判断小车是否沿着黑色引导线行驶。
3.2.2黑线检测电路利用红外反射式光电传感器原理，设计传感器电路如下图3-2：图3-2图3-2中st178P红外反射式光电传感器工作时，理想的工作状态是输出部分处于饱和导通，查阅参数得到：UCES为0．1～0．3 V，此时IF=8 mA，IC=0．25 mA，二极管的导通电压大约为1 V，可以计算得到：R1=(Vcc-1)/IF=500ΩR2=( Vcc-Uces)/Ic=20kΩVo1为传感器的输出电压，其值不仅与红外反射式光电传感器接收到的红外光强度有关，还与传感器和地面之间的距离密切相关。
为测得传感器与地面之间的最佳距离（在红外线收发一定的情况下，电信号差异最大，对黑白地面最为敏感）。
进行实际测量如下图3-3：图3-3从图3-3看出，黑白相差的电压值最大时，离反射面的最佳距离为 6 mm，距离的调节范围也比较大。
经过测试得到：此传感电路应用时，红外反射式光电传感器距反射面的距离调节范围比较大，能够满足光电循迹小车的要求。
3.3核心控制电路3.3.1模数转换电路（比较器电路）在传感器电路中输出为Vo1,是模拟量。
为使得传感电路获得的电信号能够被核心控制电路处理，先要进行模数转换。
其转换原理如图3-4：Vo2图3-43脚输入为传感电路的输出Vo1, Vo1与一个标准电压相比较。
LM393充当电压比较器，且为单电源比较器：当Vo大于标准电压时输出为VCC(5V)；当Vo小于标准电压时输出为地（0V）。
此外LM393的另外有一个作用是模数转换：由于LM393输出电压Vo2为0V或者5V，且其负载可直接为CMOS管或者TTL管，因此利用其进行驱动TTL 管。
当输出Vo2为0V时表示逻辑0，当输出Vo2为5V时表示逻辑1。
值得注意的是：LM393不同于一般比较器，输出端必须接上拉电阻，否则不能进行正常工作。
其内部结构图如图3-5：图3-53.3.2数字逻辑电路对LM393输出的电平信号Vo2进行编码。
其行驶原理如下：图3-6当只有2号传感器检测到黑线时，小车直走，如图3-6图3-7当只有1号传感器检测到黑线时，小车左拐，如图3-7图3-8当只有3号传感器检测到黑线时，小车右拐，如图3-8图3-9当3个传感器均未检测到黑线时，小车停止运动，如图3-9注意：当光电小车行驶初速度较大、弯道也较大时，可能出现1号传感器和2号传感器同时检测到黑线，小车左拐；2号传感器和3号传感器同时检测到黑线，小车右拐。
编码如图3-10图3-10对其进行化简分别得到M1=A’B+CM2=C’B+A其数字逻辑电路如图3-11图3-113.4驱动电路直流电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。
与其他驱动元件相比，有明显优点：通常不需要反馈就能对位移或速度进行精确控制；输出的转角或位移精度高，误差不会积累，价格便宜。
本系统采用直流电机驱动小车两前轮，作为主动轮；用一个万向轮作后轮，作为从动轮。
为满足步进电机的输出功率要求，利用三极管8090对核心控制电路输出的电流进行放大，其放大后的电流最大可达1A，足以驱动步进电机。
驱动电路图如图3-12图3-123.5 拓展功能“防撞”为避免光电循迹小车在循迹的途中因撞击障碍物而损毁，增设防撞功能。
其设计思路如下：防撞检测传感器安装在小车正前方，如若小车在行进途中检测到前方障碍物，则立即停止；否则继续前进。
由于在本次设计中采用数字电路与模拟电路相结合的方案2，因此只需在之前设计基础上将控制M1和M2电机信号分别和检测到的防撞信号做逻辑与运算，也即只要防撞信号有效两电机制动，否则继续行驶（设防撞传感器编号为D）。
拓展后的M1的表达式： M1=（A’B+C）DM2=(C’B+A)D原理图如图3-13图3-133.6 PCB制板经过前期电路理论分析，依据其原理在Altium Desiginer连接原理图如图3-11：图3-14经过多次实践和线路的布局，最终PCB制板的布局如图3-14图3-143.7作品展示图3-15本设计红外放射式循迹小车如图3-15，完成规定S赛道所需的时间统计如下：图3-16该小车行驶平稳，所用时间远远少于题设要求90s，此外还增加防撞功能，可有效避障，其防撞探头安装如图3-17：图3-173.8原件清单1.ST178反射式红外传感器，若干2.74ls04,若干3.74ls08, 若干4.74ls32, 若干5.干电池（1.5V），若干6.万向轮车模一辆（配套有直流电机、底板等）7.焊锡、万用焊板、导线、双面PCB印制板，若干结论本文论述了基于红外反射式光电传感器智能循迹小车的实现原理，着重介绍了光电小车的传感电路、核心处理电路和驱动电路。
循迹小车通过对地面黑色引导线的识别，进而将其转换为核心控制电路的输入信号，最后再由核心控制电路控制电机的转停从而实现循迹。
此外还增设了循迹小车防撞的功能，能够有效的防止小车不必要的损毁。
整个系统的稳定性高，红外反射式光电传感器布局合理、LM393和74系列芯片以及三极管0805工作稳定。
本文实验的基础上对循迹小车进行了测试，事实表明：光电循迹小车在以宽度为2.5cm、路径呈s形状的黑色引导线高速而稳定行驶，并且在无黑色引导线时循迹小车可自动停止兼具有避障功能。