电动车跷跷板设计报告
基于单片机AT89S52的电动车跷跷板的系统设计
基于单片机AT89S52的电动车跷跷板的系统设计基于单片机AT89S52的电动车跷跷板的系统设计1．1 总体设计本系统采用单片机作为控制系统的主模块，实现系统控制与信号检测。
主要包括单片机模块、电机驱动模块、步进电动机、平衡检测模块、光电检测模块、液晶显示模块以及红外遥控模块。
系统通过平衡检测来判断电动车是否处于平衡状态，使电动车停留在C处附近，采用光电检测模块使电动车行驶至B处停止，采用寻黑线方法使电动车直线前行以及由末端B处能够直线后退到始端A处。
红外遥控启动系统，液晶显示各阶段用时以及温度时间。
在配重情况下通过黑线检测的方法使电动车在规定区域内的任意指定位置顺利驶上跷跷板。
此方案用平衡检测模块实现系统平衡，用寻黑线调整车身与跷跷板同向，总体设计完全达到题目要求，可行性很高。
1．2 硬件选型通过比较并结合自身优势最终选择AT89S52单片机作为本系统的核心部分。
该款单片机与MCS51系列完全兼容，易于开发调试。
其片内带有FLASH存储器且可在线下载程序，片上各种资源完全能满足本系统的要求。
本方案中选用普通反射式红外光电开关来检测跷跷板上黑线。
在没有探测到黑线时，探头输出始终保持低电平。
当检测到黑线时，输出立刻由低电平跳变到高电平。
红外光电开关送来的信号经放大整形后送单片机分析处理。
为保证小车在跷跷板上能严格地沿黑线前进和倒退，本方案共采用了前边8个探头，后面2个探头的方案。
前边8个探头可以保持小车在前进时完全保持车身在板内，高精度的转向使小车前进时距板边沿严格控制在4 cm以内；考虑到小车后退要求较简单，经实验和检测后边2个探头足以使小车保持在板内。
1．3 软件设计1．3．1 平衡检测模块方案设计方案一：采用角度传感器直接测量系统角度的变化，当角度变化不超过所定范围即认为达到平衡。
角度测量精确，灵敏度高，实时性强，构造简单。
方案二：置一装有适量水的小水罐于车上，当上坡时水体倾斜，当达到平衡状态时水体几乎水平，利用液位传感器检测液面高度实现系统平衡。
电动车跷跷板
电动车跷跷板摘要：根据题目要求，系统以STM32f103VET6为控制核心。
为了满足电动车跷跷板的设计要求，进行了各单元电路方案的比较论证及确定，系统以STM32位单片机作为电动车的控制核心,选用了adxl345型倾角传感器测量跷跷板水平方向倾角。
在循迹方面，我们采用红外对管来控制电动车走直线，接受制作起来更轻巧灵敏，性价比高。
关键词：STM32f103VET6、直流电机、 adxl345倾角传感器一、系统方案论证1.1 主控芯片的选择方案方案一：采用传统的51单片机，运用比较广泛，上手比较快。
但是本系统的程序量比较大，对传感器采集的信息处理不适合用此芯片。
方案二：采用MSP430F149低功耗单片机，其I/O口资源丰富，有12位AD转换、16位定时器、精密的比较器等，信息处理功能强大，能够很好的实现系统的要求。
但是目前水平有限，不能熟练的掌握它的全部应用。
方案三：使用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103VET6单片机。
STM32单片机中库函数很多，实用简单方便，片内资源丰富，运算速度快，使用方便且功耗低。
因此选择方案三。
1.2 小车电机模块方案一：直流调速电机。
直流调速电机方便驱动，操作简单，可用PWM波控制其速度，程序实现简单，而且价格便宜。
方案二：直流电机带动激光笔瞄准。
利用两个直流电机，采用全桥PWM控制直流电机正、反转，从而达到动态瞄准。
但该方案有许多不足之处，直流电机不易受单片机控制，旋转角度无法由程序有效控制且精度不高，对于固定角度旋转比较困难。
方案三：步进电机。
给步进电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角，步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，但是条件有限，小车上面装的是直流电机。
经比较，我们采用第一种方案。
1.3 定位循迹模块方案一：利用无线发射接受。
利用nRF2401芯片发射接收无线来计算距离，虽然接收信号好，但是唱本相对较大。
方案二：利用红外接收传感器。
跷跷板电动小车
电动车跷跷板摘要本设计主要由三部分构成：采用单片机灵活控制的电动车，测量角度的SCA61T集成倾角传感器，检测引导黑线的光电传感器电路。
电动车的制作采用了左右两轮分别驱动，后万向轮自由转向的方案，可做到小车平稳前进，灵活控制。
利用倾角传感器实时得到当前角度，并利用数字PID控制配合滑动滤波使平衡过程顺利快速地完成。
巧妙利用同一个A/D转换器采样两路光电检测管，并采用数字PID调节，很好地完成小车的前进、后退、目的地停止等任务。
关键字：倾角传感器；光电传感器；滑动滤波；PID一、方案论证、比较与选择根据题目要求，我们分以下几个重要部分进行方案的比较、论证与选择。
1．电动车车体的选择方案一：可以在车模店自己选购配件组装或自己加工制作，优点是这种方法能够制作出完全符合自己设计意图的车体，缺点是需要较多时间和高水平的加工工艺。
方案二：购置成品玩具电动小汽车，缺点是不可能完全符合使用要求，需要做大量修改。
根据实际情况，采用方案一自制小车。
2．电动车的动力方案选择方案一：采用普通直流电机驱动。
优点是价格便宜、动力大，缺点是转速大、难于准确控制，同时需要另配速度检测装置。
方案二：采用直流减速电机驱动。
优点是转速低，动力大，缺点同方案一，也需要额外安装速度检测装置。
方案三：采用双步进电机差速驱动。
特点是控制精度高、灵活。
根据分析，本题要求车子必须具备高度灵活性和精确控制，故设计小组采用方案三。
3. 电动车的倾角测量方案选择方案一：采用光电编码器。
需在其轴上安装重锤才能进行倾角检测，且进行小角度测量时需要克服较大的静摩擦力，灵敏度低。
同时电机振荡会使测量结果不稳定。
方案二：采用倾角传感器。
芬兰VTI公司生产的SCA61T是一款利用重力加速度测量倾角的集成芯片，使用方便，分辨率高（0.1度），低噪声，并且可采用数字SPI或模拟输出。
方案一安装复杂且测量精度不高，方案二则刚好相反，故我们采用了方案二。
4．电动车平衡控制方案选择方案一：模糊判断，根据不同倾角检测情况进行处理和多条件复杂判断。
电动车跷跷板 (电子设计大赛)
电动车跷跷板摘要本系统以freescale公司提供的DG128芯片作为核心控制芯片，且通过在白色衬底上贴一条长2.5cm的黑线作为小车的引导线，让小车在跷跷板上能稳定的行驶。
为实现题目所要求的功能，用角度传感器作为跷跷板角度反馈量，通过一定的算法控制小车的速度使小车能够在跷跷板上找到平衡点。
小车的设计包括如下几个模块：摄像头采集，角度传感器安装与采集，驱动和转向的控制，速度检测，液晶显示模块等。
一、系统方案（一）方案的论证与比较根据大赛题目的设计要求，跷跷板的尺寸规格已经在题目中规定好，只需按照规定自制一个就可，所以此次设计的主要精力放在小车的设计上。
1、小车的引导由于可以在跷跷板上加引导措施，受2003年简易智能小车启发，在跷跷板表面铺白色衬底，在中间贴2.5cm的黑线，用传感器检测中间黑线的位置即可使小车在板上能稳定的行驶。
方案一：红外管，即用红外管检测黑线，通过黑白线之间的电压值的变化识别黑线，此方案电路较为简单，处理数据也较简单，但是红外管受环境光的影响比较大，及容易出现偏离轨道等错误。
方案二：摄像头，受环境光影响比红外管小很多，但在光照很强的情况下也会有很大的影响。
但是由于这是室内的比赛，所以光照很强的情况可以不用太多考虑。
另一方面是摄像头照射范围宽并且广，所以采集的信息比红外管多，对黑线的识别更为精确和有效。
选取方案二。
2、驱动电路的选择采用专门的小功率电机驱动芯片MC33886，可用单片机PWM端口给直接控制，但一片发热量比较大，所以采用4片33886并联驱动，首先驱动能力加强，而且在不加散热片反压时的发热量也很低。
4片也有一定的缺点：一是所占面积比较大，二是对电池电压的损耗比较大。
3、检测角度传感器的选择由于小车需要在加重的情况下在木板上保持平衡，需要采用木板所倾斜的角度作为回馈量，理想状态下当木板的倾斜角度为0时表示木板已经平衡。
方案一：电位器电阻值法，即在电位器上挂一个重物，重物由于重力总是垂直与水平面，当角度变化时则可以带动电位器的中心抽头变化，从而通过电阻值变化计算出角度的变化。
电动车跷跷板的设计与制作
具有自平衡装置的电动车跷跷板摘要：电动车跷跷板是第八届全国大学生电子设计大赛的题目之一，本设计在四川赛区获得了一等奖，在全国竞赛中获得了二等奖。
本制作是一种能在跷跷板上行驶，并且可以在跷跷板上自动找到平衡点的电动车。
它以MC9S12DG128单片机作为控制核心，由驱动调速模块、路面检测模块、显示模块、电源模块等几部分组成。
本制作设计了平衡杆力矩补偿装置，使调节跷跷板的平衡精度更高。
关键词：MC9S12DG128单片机单轴倾角传感器SCA61T 摄像头 PWM调速Abstract: The electric car seesaw is one of eighth session of national university student electron design big game topics, this design has won the first award in the Sichuan contest area, has won the second prize in the national competition. This manufacture is one kind can go on the seesaw, and may find the balance point automatically on the seesaw the electric car.It by the MC9S12DG128 monolithic integrated circuit took the control core, by the actuation velocity modulation module, the road surface examination module, the demonstration module, the power source module and so on several parts is composed. This manufacture has designed the equalizing bar moment of force compensation system, causes the adjustment seesaw the balanced precision to be higher.Key word: MC9S12DG128 monolithic integrated circuit Single axle inclination angle sensor SCA61T camera PWM velocity modulation汽车作为人们交通的工具，随着计算机技术、通信技术、传感器技术等的发展，智能汽车的研究成为汽车发展的一大趋势。
电动车跷跷板设计
57科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 工 业 技 术1 设计任务与要求1.1设计任务在给定条件的翘翘板上,小车主要完成从一端出发行驶至平衡点附近,停留一定的时间后开始寻找平衡点,达到平衡点之后行驶至终点,停留一定的时间后返回终点。
如图1所示。
2 方案比较与论证2.1各种方案比较与选择电机选择:为实现小车的运动,还有完成跷跷板的平衡调节,电机应该具有较好的灵敏度和动力。
方案一:直流电机,直流电机响应比较快,调节起来比较方便,价格也比较便宜,可以实现高速的选择。
但是力矩有一定的限制。
方案二:减速电机,减速电机驱动能力强,制动性也好,调节平衡比较方便,但是响应比较慢。
通过实践,直流电机速度快但是动力不强,制动性比较差,不能较好的实现平衡的调节,减速电机虽然反应慢,但是可以满足平衡的调节要求,因此选择减速电机。
倾角测量传感器:倾角是小车运行的控制量,它的准确获取才能使小车能够稳定地达到平衡,并且能够准确测量倾角,还能加大控制量。
方案一:倾角传感器,经测量倾角传感器灵敏度高,跷跷板两端采样值的差值20。
方案二:MMA7260三轴加速度计,该传感器可以测量重力延竖直方向上的分量,但是通过实际的检测发现其灵敏度低,且不稳定。
控制器的选择:对于一个不稳定系统,要控制系统达到平衡位置,需要加入一个控制器。
方案一:采用PID控制器。
PID控制器是一种适应范围广的控制算法。
可以达到一般的控制要求。
跷跷板的平衡是要达到两边的力矩平衡。
小车行驶到某一个特定的位置才能使跷跷板平衡。
方案二:采用步进法不断搜索平衡点,使系统达到平衡。
步进调节比较稳定。
由于倾角传感器的灵敏度的限制,控制量太小用PD控制器实现起来比较麻烦,而且参数的调节也不好控制,因此我们采用步进控制。
2.2控制算法设计采用步进控制,角度的变化量和长度的变化量均随时间而变,并且和各自速度相关,因此,引入小车每个控制周期的步进量 v ,和角度每个控制周期的变化量 ,假设速度控制的周期为T(ms),那么就有下面的式子合力钜: ()cos(T)f M G L v T M 合 (1)每个控制周期,先让小车走一段距离,停止一定时间测量角度,然后以这个角度为依据进行下一次平衡调节,如果所调的参数满足式子(1),那么跷跷板最终可以达到平衡。
电动车跷跷板运动控制系统设计
第５期（总第２２２期）２０２０年１０月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５Ｏｃｔ．文章编号：１６７２ ６４１３（２０２０）０５ ０１４３ ０２櫜电动车跷跷板运动控制系统设计杜金祥１，岳 光２（１．太原工业学院自动化系，山西 太原 ０３０００８；２．中北大学机电工程学院，山西 太原 ０３００５１）摘要：设计实现了以ＡＴ８９Ｓ５２为核心的跷跷板控制系统，由三维陀螺仪加速度计传感器集成模块ＭＰＵ ６０５０、ＬＥＤ显示屏、人机交互系统等组成闭环控制系统。
陀螺仪为控制系统提供最优ＰＩＤ整定算法的电机转速数据，Ｌ２９８Ｎ集成模块驱动电机，实现对电动小车位置的精确控制。
实验结果表明：该控制系统具有控制精度高、灵活性好、实时性强、鲁棒性强等优点。
关键词：三维角度陀螺仪传感器；控制系统；循迹原理；电动车跷跷板中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：櫜Ａ山西省重点研发计划（指南）项目（２０１６０３Ｄ１２１０４０ １）收稿日期：２０２０ ０５ １５；修订日期：２０２０ ０８ １１作者简介：杜金祥（１９６３），男，山西沁源人，副教授，本科，研究方向：通信与控制工程、测量技术。
０ 引言智能控制技术在当今社会方兴未艾，各种高科技也广泛应用于智能小车和机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。
智能小车是一种多种高新技术的集成体，它融合机械、电子、传感器、单片机等多学科知识，涉及当今许多前沿领域技术。
本文针对国内传统电动车跷跷板玩具小车控制系统的控制缺陷，如运动的不稳定性、低可靠性，设计出一款新颖的基于最优ＰＩＤ整定算法的电动车跷跷板运动控制系统。
其采用美国ＡＴＭＥＬ公司专门应用于控制领域的ＡＴ８９Ｓ５２芯片为控制系统核心，通过采集陀螺仪传感器ＭＰＵ ６０５０精确测量电动车运行姿态数据，精确控制驱动４个电机的运转速度，以达到对电动车跷跷板运动精确控制，在完成指定任务后报警模块给予任务完成提示，同时ＡＴ８９Ｓ５２芯片外扩ＬＥＤ显示屏，方便用户读取数据。
基于单片机的电动车跷跷板系统设计
移动机器人 的姿 态控 制技术在诸 如航 空、航 海等许 多领 域有着广泛 的应 用 ，各种类 型 的数 字倾 角传感 器 应 运而生 。 本设计 以此为背 景 ，设 计 了一个 电动车 ，可 以 自动侦 测 到跷 跷板并驶上板面 ，找 到平 衡位 置 。跷 跷 板平衡 后 ，任 意投 放 另 一 配 重 物 体 ，电 动 车 能 找 到 并 指 示 新 的 平 衡 点 。 设 计 采 用 步进电机驱动 、倾 斜角检测模块 、路面 黑线检 测模块 、显示 模 块设计实现 了电动车跷跷板 自平衡 工作系统。
【参考文献 】 ［１］金琪．装配钳工的 主要技 能及设备操 作研 究分 析 ［Ｊ］．南 方 农 机 ，２０１７，４８（２０）：５２ ［２］高磊．装配钳工应具 备 的基 本技 能及 配备研 究［Ｊ］．中 国 高新 区 ，２０１７，１６：１５２，１５４ ［３］黄路 明．浅谈 装配钳工 中三 角 Ｒ合套加 工测 量技术 ［Ｊ］． 黑 龙 江 科 技 信 息 ，２０１６，２９：５１
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｒｉｂｕｎｅ
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２０１ ８ 年 第 １７卷 第 １ ３ 期
（三 ）路 面 黑 线 检 测 模 块 。采 用 可 见 光 检 测 法 。 电 路 较 红外测距检测法简易 ，实现更为简单 。该方案 的最 大优势 在 于成本十分低廉 。
（四 ）倾 斜 角检 测模 块 。由 于本 项 目设 计 对 角 速 度 测 量 精 度要求较高 ，并且车 体的抖动会 对单 加速度测 量角度 带来 较 大 干扰 ，因 此选 用 角 速 度 测量 可 以对 此矫 正 的 ＭＰＵ６０５０模 块 。 ＭＰＵ６０５０模块具有三轴加速度数字量输出和三轴角速度数 字 量输出 ，输出数据频 率可达 ５００Ｈｚ以上 ；并采 用标准 ＩＩＣ通 信 协议 ，芯片内置 １６ｂｉｔＡＤ转换器 ，１６位数据输 出；陀螺仪范 围 ： ±２５０ ５００ １０００ ２０００。／ｓ；加速 度 范 围 ：－４－２±４±８±１６ｇ。
电动车跷跷板
提要：本系统以STC12C2052和89C52 为核心，使用MMA7361高精度倾角传感器作为监测装置。
以L298为直流电机驱动，车身前后各加装了一排红外传感器，以保证其能够在贴有黑线引导线的跷跷板上平衡行驶。
本系统通过STC12C2052对小车运动，超声波，测速光电门进行管理。
89C52对红外对管，无线，平衡模块进行管理控制。
两单片机通过SPI通信，实时分工控制各部份。
1系统方案设计与论证设计并制作一个电动车跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。
配重可拆卸。
电动车从起始端A出发，可以自动在跷跷板上行驶并达到平衡状态。
电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图如下图2系统实现方法通过车载倾角传感器对跷跷板的高精度测量，实时地控制系统反馈当前跷跷板的倾斜状态，系统根据跷跷板的状态作出前进或者后退的动作，调整跷跷板的状态作出前进或者后退动作，调整跷跷板两端的力矩，使跷跷板保持平衡实现所要求的其他功能。
为了保证小车能在跷跷板平稳行驶/后退，以及在任意位置找到跷跷板起点，在小车前后各安装了一排红外光电传感器，与跷跷板上的黑色引导线配合，完成对小车行驶的引导。
根据题目要求，系统分为角度检测、路面引导、电机驱动及实时显示数据。
为了使系统更加完善，我们还加入了红外遥控功能，并构建了基于射频无线通讯的主从机监控系统。
3方案论证与选择（1）核心控制模块是系统的大脑，控制着系统的所有输入和输出、计算、判断与决策。
“电动车跷跷板”精度要求高，选合适的控制模块，选择合适的控制模块，能确保其快速实现稳定及达到系统要求的其他功能。
方案一：使用传统51系列单片机。
传统51单片机价格便宜、控制简单，但运行速度慢，片内资源少，存储器容量小，难以存储大体积程序和实现复杂的算法。
方案二：使用STC12系列的单片机出了8051的数字外设，片内还集成数据采集和控制系统中常用的模拟部件，如PCA、PWM、ADC、SPI，而且STC12系列单片机时钟频率最高可支持48MHZ，并且1T指令模式，即执行指令时，一个时钟周期就是一个机器周期，比通用8051内核单片机执行速度快12倍。
电动车跷跷板
五、测试方案及测试表
A-C T(s) 达到 平衡 时间 (s) ＜60
C点附近 平衡两 端高度 差(mm) ≤40 平衡 维持 时间 (s) 5
C-B T(s)
B
B-A
距离 停车 T(s) 末端 (s) (mm) ≤50 5 ＜60
＜30
＜30
五、测试方案及测试表
达到平衡 能否上 板 高度差 维持时 (mm) 间(s) ≤40 ≥5
四、实验步骤及内容
四、实验步骤及内容
2 PWM控制和模糊控制算法 PWM即通过对占空比的控制达到改变速度 的目的。所以很容易地实现了上坡和粗调时行驶 速度快，而接近平衡和细调时速度中等。 采用模糊控制算法分段逐次逼近平衡点。假设 目标角度值为E0，当前角度值EN。与目标值的 差值为：E=EN-E0，与目标值的差值的绝对值为： ABS(E)=|E|。
重新达到平衡 高度差 (mm) ≤40
运行总时 间s） 维持时间 (s) ≥5 ≤180
LOGO
二、实验原理
系统实现方框图
三、实验器材
直流稳压稳流电源
SG1733SB3A
双踪数字示波器 Tektronix TDS1002
实 验 器 材
数字信号源
Agilent 3息采集和电机驱动 角度测量电路主要由角度传感器和A/D组成， 用于实时角度信息采集；光电检测电路主要由光 电检测器ST188和电压比较器LM339组成，用于 小车的循迹、定位和保护；电机驱动电路由L298 和光耦隔离芯片TLP521-2组成，用于提供一个低 干扰的强劲动力系统。
四、实验步骤及内容
编号 1 2 3 4 5 6
控制条件 IF(E>0) IF(E<0) IF(ABS(E) >=A1) IF(ABS(E) >=A2) IF(ABS(E) >=A3) IF(E=0) || (E<DELTA_E))
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电动车跷跷板摘要：本系统采用AT89S52作为主控制芯片，再加上黑白传感器、角度传感器等传感器，完成了规定时间内定点停车、保持平衡，倒车至指定位置、能够沿直线行进基本的功能。
关键词：AT89S52，黑白传感器，角度传感器。
Abstract: This system with AT89S52 for core controller, realization pass to add Black-and-white sensor, Angle Sensors and LCD. To spread feeling to equip completion provision time to be a little bit already decided parking and hold the balance in refit behind small car bodywork towards refitting behind commonly the intelligence of the car control, reverse the car to appointed position, advance along the straight lineof essential function.Keyword: AT89S52, Black-and-white sensor, angle sensor.目录1.系统方案 (4)1.1 微控制器模块 (4)1.2车体设计 (4)1.3电机模块 (5)1.4电机驱动模块 (5)1.5寻迹传感器模块 (5)1.6 角度传感器模块 (6)1.7电源模块 (6)1.8显示模块 (6)1.9最终方案 (6)2.主要硬件电路设计 (7)2.1电机驱动电路的设计 (7)2.2黑白线检测电路的设计： (7)2.3角度检测电路的设计： (8)3.软件实现 (9)3.1理论分析 (9)3.2总体流程图 (9)3.3直线调节流程图 (10)3.4平衡调节流程图 (11)3.5返回流程图 (12)4 .系统理论分析及计算.................. . (12)4.1小车角度的计算.................. .. (12)4.2 小车平衡角度的分析 (12)4.3 小车从停车5s后到达B点的分析 (13)5．系统功能测试： (13)5.1测试方案 (13)5.2测试仪器及设备 (13)5.3测试结果 (13)5.4测试分析及结论 (14)6.结束语 (14)1.系统方案：系统总体设计框图如下图所示1.1 微控制器模块方案一：采用可编程逻辑期间CPLD作为控制器。
CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。
采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。
但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。
且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。
方案二：采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器。
AT89S52是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器。
且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。
我们自己制作51最小系统板，体积很小，下载程序方便，放在车上不会占用太多的空间。
从方便使用的角度考虑，我们选择了方案二，采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器。
1.2车体设计方案一：购买玩具电动车。
购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。
但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。
再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。
而且这种电动车一般都价格不扉。
因此我们放弃了此方案。
方案二：自己制作电动车。
经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱动，前万向轮转向的方案。
即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，后部装一个万向轮。
当小车前进时，左右两驱动轮与前万向轮形成了三点结构。
这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。
对于车架材料的选择，我们铝合金车架，轻便，美观。
综上考虑，我们选择了方案2，自己动手制作一辆电动车。
1.3电机模块方案一：用步进电机。
步进电机可以精确地控制角度和距离。
步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在转速较高时会急剧下降，故其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统，并且它的体积大，价格高，质量大，另外步进电机的编程复杂，增加了编程的难度。
方案二：采用直流电机。
直流电机运转平稳，精度也有一定的保证，虽然没有步进电机那样高，但完全可以满足本题目的要求。
通过单片机的PWM输出同样可以控制直流电机的旋转速度，实现电动车的速度控制。
并且直流电机相对于步进电机价格经济。
综合性价比和功耗等方面的考虑，我们选择方案二，使用直流电机作为电动车的驱动电机。
1.4电机驱动模块方案一：采用继电器对电机的开关进行控制，可以完成电机的正转，反转，调速，但继电器响应时间慢，使小车运动灵敏度降低，增加了避障的难度。
而且机械结构易磨损，可靠性不高。
它适用于大功率电机的驱动，对于中小功率的电机则极不经济。
方案二：采用SM6135W电机遥控驱动模块。
SM6135W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。
方案三：采用集成的驱动电路芯片L298N。
L298N驱动芯片具有体积小，可靠性安全性高，抗干扰能力强等优点，适合控制智能小车的运动。
且有较大的电流驱动能力，连接方便简单。
综合以上考虑，我们选择方案三，使用L298驱动直流电机。
1.5寻迹传感器模块方案一：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。
红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。
这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。
方案二：用黑白传感器测量。
黑白传感器是专门检测白底黑线或黑底白线的传感器，黑白线只出现高低电平变化，变化明显，易于区别，且传感器接线简单，信号稳定，非常适合小车的寻迹。
所以我们选择了择方案一，采用黑白传感器作为寻迹模块。
1.6 角度传感器模块方案一：采用水银开关和编码器。
控制精度很低，不易实现题目要求。
方案二：采用AME-B001角度传感器。
AME-B001，0－360度测量范围，同步串行接口，绝对角位置输出，但是安装非常不方便，而且电压输出信号，采集不便方案三：采用ZCT245AL-485-BUS双轴倾角传感器。
ZCT245AL-485测角范围在±45度之间，分辨率能达到0.1度，可以工作在半双工方式下，能准确测量小车与平面的夹角，易于单片机控制。
选用MAX485芯片实行与51板通信，电路简单，由于跷跷板最大倾角为5度左右，角度变化范围较小，因此要求角度传感器精度高，频率快。
总上考虑我们选择此方案3，采用ZCT245AL-485-BUS双轴倾角传感器。
1.7电源模块在本系统中，需要用到的电源有单片机的5V，L298N芯片的电源5V和电机的电源7-15V。
所以需要对电源的提供必须正确和稳定可靠。
方案一：用9V的锌电源给前、后轮电机供电，然后使用7805稳压管来把高电压稳成5V分别给单片机和电机驱动芯片供电。
这种接法比较简单，但小车的电路功耗过大会导致后轮电机动力不足。
方案二：采用双电源。
为了确保单片机控制部分和后轮电机驱动的部分的电压不会互相影响，要把单片机的供电和驱动电路分开来，即：用直流电12v供给单片机，后轮电机的电源用5V供电，这样有助于消除电机干扰，提高系统的稳定性。
基于以上分析，我们选择了方案二，采用双电源供电。
1.8显示模块方案一：用LED显示。
数码管能显示数字和符号，颜色鲜艳，易于观察，可实时动态显示，编程简单，易于控制，优点亮度高、成本低，但不能显示汉字，显示内容较少，人机关系较差。
方案二：：采用带字库的LCD显示。
LCD可以用全中文界面显示，显示内容丰富，易于人机交流，且可以串行接口，节省I/O资源，显示简单。
考虑到本题的要求，只需要一片LCD就可以实现，故我们选择方案二。
1.9最终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案：1采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器。
2电机采用直流减速电机。
3采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。
4采用黑白传感器作为寻迹模块。
5采用ZCT245AL-485-BUS双轴倾角传感器。
6采用双电源供电。
7采用12864液晶显示行进中的倾角。
2主要硬件电路设计2.1电机驱动电路的设计L298N驱动直流电机，它靠两个引脚控制一个电机的运动。
智能寻迹小车采用后轮驱动，左右后轮各用一个直流减速电机驱动，通过调制后面两个轮子的转速或正反转来达到控制小车转向的目的。
图2 驱动电路图2.2黑白线检测电路的设计：通过光电检测器来实现黑白线的监测，当检测到黑线时输出端为低电平，白线时为高电平。
两个TCRT5000来实现小车走直线。
输出端要加上拉电阻，才能得到稳定信号，其原理图如图所示。
2.3角度检测电路的设计：角度传感器ZCT245AL-485通过MAX485完成与单片机的半双工通讯方式。
ZCT245AL-485的绿线和蓝线分别接MAX485的11脚，12脚，单片机的P11,P12分别接MAX485的1脚和5脚，P13,P14接3脚和4脚。
其原理图如图所示。
3软件实现3.1理论分析通过题目可知小车与水平面的夹角从arcsin(7/80)到-arcsin(7/80)之间变化，当为0度角时跷跷板处于平衡状态。
在不加配重的情况下，小车应在C点保持平衡。
小车要在30S内到C附近，则小车速度等于路程和时间的比值，可知小车速度在2cm/s到4cm/s之间。
当为0度角时跷跷板平衡，此时延时5s，并报语音。
30s到B点和小车到C点的速度相同。
倒车行程程序和从开始到B点的类似。
3.2总体流程图3.3直线调节流程图3.4平衡调节流程图3.5返回流程图4 系统理论分析及计算4.1小车角度的计算4.2 小车平衡角度的分析通过题目可知小车与水平面的夹角从arcsin(7/80)到-arcsin(7/80)之间变化，当为0度角时跷跷板处于平衡状态，这是理想状态。