1.1 方案选择及其论证

方案一：

采用现场可编程门列阵器件FPGA作为核心设计控制系统，利用CCD传感器来扫描路面障碍物，设计出一种可以通过实现寻迹、避让的小车；FPGA可以实现各种复杂的功能、可以把所有器件集中在一个超大规模的芯片上。具有控制精密，布线少，体积小、稳定性好优点。适应于大型高度精密的自动化器件设计。但是CCD传感器对图像的像素比对敏感，对路面黑线不灵敏；本系统功能和逻辑简单，考虑到浪费资源和经济，最终放弃了此方案。

方案二：

采用三凌PLC控制器作为控制模块，PLC在控制直流电机方面可以随意通过调整电流方向控制，可以取代继电器，实现顺序控制和开关控制上很方便。但是PLC多用于巨型电气设备的控制，且电路较为复杂，硬件多不兼容，编程有限制，需要高压作为驱动，价格太昂贵。最终放弃了此方案。

方案三：

采用单片机STC89C52作为系统处理器主要部分，利用RPR220型光电对管发射接收进行电信号寻迹。片内设置通用8位中央处理器和8K字节的闪存单元，功率损耗低、易与编程、接口资源丰富，体积小，经济廉价，市场资源丰富。RPR220型红外对管高灵敏度，完全能满足此次智能小车设计的要求[1]。

从节约成本和电路简易程度的角度综合考虑，最终选择了方案三。

1.2 整体方案概述

经过慎重分析，本设计采用以下方案实施：

（1）选取STC89C52单片机构建中心控制模块，其中电压选取LM7812稳压芯片构成电路稳压模块来对电源稳压。

（2）选取反射型红外线RPR220芯片构建寻迹模块，红外光线来扫描路面信息，并将检测的信息经过传感器、比对器，最终把数字信号传送到单片机。

（3）选取L298N芯片控制直流电机构建电路的驱动模块，经过单片机对数字信号的加工处理来控制小车的运动。

2 硬件设计

自动寻迹智能小车在设计中选取的是四个车轮支撑车身，其中前二个车轮是驱动轮，来控制小车的整体运动。后二个车轮安装可以360度旋转的车轮，两个驱动电机分别安装前轮的左右两侧，寻迹红外对管分别安装在前轮两侧边缘左右各一个。自动寻迹智能小车通过RPR220型光电对管用于检测地面黑线信号，将电信号经过单片机分析处理转化为数字信号来控制小车动作。两侧的红外管通过不断的扫描黑条轨迹，不断的纠正轨迹只有当左右车轮正好在黑线两侧时，小车才直行。

本系统硬件电路是由模块组建的，主要有模块有：控制、寻迹、驱动、遥控、寻光、稳压模块和外围设备等部分组成，各模块之间可以协同作用也可以独立进行。系统硬件方框图如图1所示。

图1 系统硬件方框图

2.1 控制模块设计

本设计选取STC89C52单片机作为中心控制模块，它有许多优点:STC89C52可以用串口直接下载程序,支持在线下载程序、不用ISP下载器；且结构简单，廉价实惠、编程简单适合初学者练习[2]。

2.1.1 晶振电路的设计

晶振电路是单片机最小系统不可缺少的时钟系统，有人称它是单片机的“心脏”，可谓至关重要，为单片机提供时钟计时。晶振电路实质上有内部石英晶体通电状态下产生的自激振荡，单片机运行速度与时钟频率息息相关，直接影响代码运行速率。

晶振的频率一般选用1.2兆赫到12兆赫之间，频率高低决定执行效率。一般电容选值20PF到100PF有较高的频率稳定性。多层陶瓷封装电容可以耐高温，增加稳定性。

本设计选用的是高频率12MHZ无源晶振作为时钟，单片机的工作速度就是每秒12M即时钟周期就是1μs；并联2个22PF陶瓷电容构成晶振电路。两个电容会在通电中产生并谐型振荡回路。在晶振两端有交变电压通过时，晶片会不断产生机械变形而发生振荡信号。晶振电路如图2所示。