本小車采用自制車體，四輪驅動，差動轉向，動力裝置為兩減速電機，以ATmega16為主控芯片，用兩水銀開關作為平衡檢測單元，用RPR220光電對管作為邊緣檢測傳感器，并結合合理的電路設計與編程，能夠實現(xiàn)使蹺蹺板平衡等功能。

　　方案論證與分析

　　本次競賽的F題要求制作一個電動車蹺蹺板，使小車可在蹺蹺板上運動并保持蹺蹺板平衡等任務。根據(jù)題目的要求，我們組設計了以下幾種方案并對各方案進行了論證與分析。

　　1.1 車體部分論證與分析

　　方案一：采用三輪小車

　　用兩獨立電機分別帶動兩車輪，再加一個萬向輪，機械加工簡單，成本低，但該小車不適合爬坡、倒退行駛。

　　方案二：采用四輪小車

　　采用四輪驅動，用兩獨立電機分別帶動兩前車輪，后車輪與前車輪通過皮帶連接，利用兩電機差動轉向，控制時只需要考慮兩輪的轉速比即可，不但控制簡單，而且靈活度高，適合轉向和倒車，非常符合本題的要求。

　　綜上所述，我們決定采用方案二。

　　1.2 電機的論證與分析

　　方案一：采用直流電機

　　直流電機速度快，價格便宜，通過調節(jié)電流來改變速度，驅動電路簡單，調速范圍廣，調速特性平滑。但其轉距小，帶有大負載時很容易堵轉；而且由于其速度較快，不易控制，精確度低，不適合應用在本題。

　　方案二：采用步進電機

　　步進電機是一種能將電脈沖轉化為角位移的機構，通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，其精確度高，但控制相對較繁瑣。

　　方案三：采用減速電機

　　減速電機也是通過控制電流來改變速度的，而且其內部有減速齒輪箱，轉距大，非常適合爬坡，而且易控制，速度較步進電機快。通過分析題目要求，減速電機可以達到題目要求的精度，而且價格適中，控制簡單。

　　綜上所述，我們決定采用減速電機。

　　1.3 微控制器模塊論證與分析

　　方案一：采用可編程邏輯器件CPLD

　　CPLD可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進行功能擴展。其采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高，且從使用及經(jīng)濟的角度考慮，我們放棄了此方案。

　　方案二：采用MCS-51系列單片機

　　采用MCS-51系列單片機，經(jīng)典的MCS-51單片機功能和速度有限；而高檔的MCS-51系列衍生產(chǎn)品價格昂貴、冗余資源較多、使用范圍較窄，價格較貴。

　　方案三：采用AVR系列單片機

　　AVR系列的ATMEGA16單片機是一款具有增強型內置Flash的高速8位單片機。其采用精簡指令集，低功耗，性價比高，并且具有16K字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash，512字節(jié)的EEPROM，1K字節(jié)的SRAM，完全可以勝任本系統(tǒng)的控制工作。

　　綜上所述，我們決定采用方案三。

　　1.4 電機驅動模塊論證與分析

　　方案一：采用大功率三極管，二極管，電阻電容等元件

　　采用上述元件搭建兩個H橋，通過對各路信號放大來驅動電機，原理簡單。但由于放大電路很難做到完全一致，當電機的功率較大時運行起來會不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復雜。

　　方案二：采用L298N驅動芯片

　　L298N芯片是較常用的電機驅動芯片。該芯片有兩個TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性能；其輸出電壓最高可達50V，可用單片機的I/O口提供信號，而且一塊L298芯片可一驅動兩個減速電機，電路簡單、易用、穩(wěn)定，具有較高的性價比。

　　綜上所述，我們決定采用方案二。

　　1.5 顯示模塊論證與分析

　　方案一：使用液晶屏顯示

　　液晶屏具有顯示質量高，數(shù)字式接口，體積小，質量輕，功耗功率小的特點，但是其價格較高，在遠距離顯示效果較差，不適合我們使用。

　　方案二：使用數(shù)碼管顯示

　　數(shù)碼管具備數(shù)字接口，顯示清晰，價格較低，性價比非常高，方便易行基本滿足本題目的要求。

　　綜上所述，我們決定采用方案二。

　　1.6 平衡檢測模塊分析與論證

　　方案一：采用角度傳感器

　　通過角度傳感器檢測到車體的傾角，并把數(shù)據(jù)傳給主控芯片，進而用合理的算法編程來保持車體平衡。但普通的角度傳感器性能一般，而且漂移過大，而性能好的角度傳感器價格太高，考慮到性價比等原因，我們放棄此方案。

　　方案二：采用水銀開關

　　水銀開關輸出的是一個開關量，用其檢測車體是否發(fā)生傾斜，再結合合理的編程來保持車體的平衡。市面上水銀開關單價不到一元，而且經(jīng)過實驗，用兩個水銀開關自制一個平衡檢測傳感器，其反應時間能夠滿足題目的要求，性價比高。

　　綜上所述，我們決定采用方案二。

　　1.7 邊緣檢測模塊分析與論證

　　方案一：用光敏電阻組成光敏探測器

　　用光敏電阻組成光敏探測器，光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。

　　方案二：采用RPR220型光電對管。

　　RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。

　　綜上所述，我們采用方案二。

　　2. 系統(tǒng)硬件設計

　　2.1 系統(tǒng)總體設計

　　基于上述各方案的論證與分析，我們確定了最終方案。整個系統(tǒng)采用12V鋰電池供電。系統(tǒng)的總體結構框圖如圖1所示。