1.前 言
本规划为参与电子规划比赛而作，较好地处理了电动车在跷跷板上的运转和操控问题，体系结构比较简略，操控比较准确。
2.体系计划规划、比较与证明
依据标题的根本要求，规划使命首要完结电动车在规则时刻内按规则途径安稳行进，并能具有坚持平衡功用，一起对行程中的有关数据进行处理显现。为完结相应功用，体系能够划分为以下几个根本模块：电动机驱动模块、寻迹线勘探
模块、平衡状况检测模块、信息显现模块。见图1
图1 体系框图
2.1寻迹线勘探模块
勘探路面黑色寻迹线的原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可依据接遭到反射光强弱由传感器发生凹凸电平并终究经过单片机判别是否抵达黑线或违背跑道。
计划一：由可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射-接纳电路，如图2所示。该计划本钱较低，易于制造，但其缺陷在于周围环境光源会对光敏二极管的作业发生很大搅扰，一旦外界亮光条件改动，很或许形成误判和漏判;假如选用超高亮发光管和高灵敏度光敏管能够下降必定的搅扰，但又将添加额定的功率损耗。
图2 计划一电路
计划二：克己红外探头电路。此种办法简略，价格便宜，灵敏度可调，但易遭到周围环境影响，特别是较强光照对检测信号的影响，会形成体系不安稳。再
加上时刻有限，制造分立电路较繁琐。
计划三：集成式红外探头。能够选用集成断续式光电开关勘探器，它具有集成度高、作业功用牢靠的长处，只须调理探头上的一个旋钮即能够操控探头的灵敏度。此种探头还能有用地避免一般光源（如日光灯等）的搅扰。红外勘探器E3F-DS30C4见图3。
图3 集成红外勘探头
依据上述考虑，为了进步体系信号收集检测的精度，咱们选用计划三。
2.2平衡状况检测模块
计划一：断续式光电开关。在跷跷板两端的地上上各放置一个，调理灵敏度使其在必定规模内接纳不到反射光发生低电平，然后以为到达平衡状况，由单片机操控小车运动状况使跷跷板到达动态平衡。可是此计划平衡操控不灵敏，难以调理，还需用导线与单片机传输信号，使小车失掉独立性。
计划二：选用视点传感器。该集成芯片为专用的水平倾角丈量芯片，具有体积小、灵敏度高、简略、牢靠等长处，可高度满意该题对平衡视点的准确要求。
经过以上两个计划比较，计划二显着优于计划一，故选用计划二。
2.3 电动机及其驱动模块的挑选
依据标题中小车行进全程的时刻要求，可知小车的行进速度很慢，一般的电机很难满意此速度要求，而直流减速电机能够满意此要求，且具有很大的滚动力矩，不会在倾斜面呈现堵转状况。故咱们选用直流减速电机。
在选用驱动模块方面有以下两种计划：一是选用专用驱动芯片。该芯片集成度高，占用空间小，首要应用于电机调速场合，但价格较高。二是选用晶体三极管驱动电路。由于电动车所要求的功用比较简略，用晶体三极管驱动就能够了，故咱们终究决议用第二种计划。
2.4 信息显现模块
2.5电源挑选
计划一：一切器材选用单一电源（5节五号电池）。这样供电比较简略，可是由于电动机发动瞬间电流很大，会形成电压不稳、有毛刺等搅扰，严峻时或许会形成单片机体系掉电，使之不能完结预订行程。
计划二：双电源供电。电动机驱动电源选用5节5号电池（大容量2.3Ah电池），单片机及其外围电路电源选用另一组3节5号电池（大容量2.3Ah电池）供电，两路电源彻底分隔，这样做尽管不如单电源便利灵敏，但能够将电动机驱动所形成的搅扰彻底消除，进步了体系安稳性。
咱们以为本规划的安稳牢靠性更为重要，故拟选用计划二。
经过一番细心的证明比较，咱们终究确认的电动车跷跷板体系框图如图4所示。
图4 电动车跷跷板体系框图
3.体系分立模块规划及作业原理
3.1寻迹线勘探电路
选用型号为E3F-DS30C4集成断续式光电开关勘探器，该探头输出端只要三根线（电源线、地线、信号线），只要将信号线接在单片机的I/O口，然后不停地对该I/O口进行扫描检测，当其为高电平时则检测到白纸，当为低电平时则检测到黑线区域。小车行进（撤退）时，始终坚持黑线在车头（车尾）两个传感器之间，当小车违背黑线时，勘探器一旦勘探到有黑线，单片机就会依照预先编定的程序发送指令给小车的操控体系，操控体系再对小车途径予以纠正。当小车回到了轨迹上时，车头（车尾）两个勘探器都只检测到白纸，则小车继续直线行走，不然小车会继续进行方向调整操作，直到小车康复正常。
3.2平衡状况检测电路
图5 分压比较式平衡检测电路
在平衡检测电路中，咱们运用了高精度视点传感器，此传感器经过对本身违背水平视点的丈量，对应线性输出必定规模内的电压值。依据标题的要求，咱们剖析得出小车随跷跷板上下摇摆起伏在正负4度角时即以为其处于平衡状况。而此视点传感器在此区间内的灵敏度最高，其输出电压为2.45-2.55伏之间。将此输出电压经比较扩大，然后经过A/D转化器转化成数字量通入到单片机中。可是由于整个改变规模只要0.1度角，任何细微的搅扰都会使丈量成果发生严峻的误差。用A/D转化又会使精度下降，搅扰过大，又由于实践中很难做到真实的静态平衡，所以咱们终究决议选用动态寻觅平衡的方法，因而用分压电路和电压比较器制造信号电路，依据信号端的改变操控小车，使视点传感器的电压输出坚持在2.45-2.55伏之间，经屡次测验与精心调试，该电路可很好的满意要求。平衡检测电路如图5所示。
3.3 电动机驱动电路
电动机驱动电路如图6所示。该驱动电路中的J1接电机，MOT1和MOT2接凹凸电平来操控电机的正回转，从而操控电机的行进和撤退以及左右转向。
图6 电动机驱动电路
4. 软件规划
软件结构如图7所示。（具体软件流程图见附录）
图7 软件结构
当开机时，体系复位，然后体系判别作业形式，当选定作业形式1或作业形式2后，体系等候5秒钟，然后进入主动计时运转状况。
形式1为电动车运转及方向调整程序，使电动车按预订道路运转，而且在小车违背轨迹后主动调整走向使小车主动回来预订道路，而且操控LCD实时显现运转时刻。形式2为平衡检测及平衡坚持程序，在此程序操控下小车主动寻觅平衡点，并在平衡点邻近进行正向或反向运转，终究到达动态平衡。
5.体系测验
5.1 测验仪器
克己跷跷板：长1600mm、宽300mm，跷跷板底距地上或桌面的间隔为70mm。中心画有50mm宽的黑色寻迹线。
卷尺：精度1mm。
秒表：精度0.01s，两块。
5.2 测验成果与剖析
5.2.1跷跷板水平状况时丈量往复一次全程的时刻。测验数据如表1：
表1 跷跷板水平状况检测数据
剖析：实践测得的时刻与显现时刻有误差，或许是人的反响时刻误差。
5.2.2 跷跷板自在状况下丈量往复一次全程的时刻。测验数据如表2：
表2 跷跷板往复一次时刻检测
剖析同上。
5.2.3跷跷板自在状况下小车坚持平衡测验。（配重200克） 测验成果如表3：
表3 跷跷板坚持平衡测验
剖析：由以上数据可得，跟着配重物距A端间隔的不断添加体系进入平衡态所需的总时刻逐步减小，而平衡态时最大振幅根本不变。这是由于配重物向中心挨近，关于支点的力矩不断减小，惯性亦减小，致使平衡态所需的总时刻逐步减小。
5.2.4 压线定位测验。测验数据如下表：
表4 跷跷板压线定位测验
剖析：绝大部分定位都是小车行进方向的前头两个探头悉数压上定为线刚才刚好泊车，在极少数状况下（跷跷板上寻迹线弯度较大时），小车前方探头还未触摸定位线乃至刚开始起跑就会泊车，调查现象剖析原因，当寻迹线弯度较大，小车不能有用纠正过大误差时，导致前方两探头有或许先后一起检测到黑色寻迹线，致使小车泊车。
检测成果表明本规划成功地完成了标题的要求，具有较好的使用价值。
