根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為幾個基本模塊，如圖 1所示。

　　對各模塊的實現(xiàn)，分別有以下一些不同的設計方案：

　　1. 電動機驅(qū)動調(diào)速模塊

　　方案一：采用電阻網(wǎng)絡或數(shù)字電位器

　　調(diào)整電動機的分壓，從而達到調(diào)速的目的。

　　但是電阻網(wǎng)絡只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字

　　電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大;分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)很困難。

　　方案二：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應時間慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較 短、可靠性不高。

　　方案三：采用由達林頓管組成的H型PWM電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效 率非常高;H型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制;電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。

　　基于上述理論分析，擬選擇方案三。

　　2. 路面黑線探測模塊

　　探測路面黑線的大致原理是：光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光強弱判斷是否到達黑線。

　　方案一：可見光發(fā)光二極管與光敏二極管組成的發(fā)射-接收電路。這種方案的缺點在于其他環(huán)境光源會對光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判;雖然采取超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。

　　方案二：不調(diào)制的反射式紅外發(fā)射-接收器。由于采用紅外管代替普通可見光管，可以降低環(huán)境光源干擾;但如果直接用直流電壓對管子進行供電，限于管子的平均功率要求，工作電流只能在1OM左右，仍然容易受到干擾。

　　方案三：脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射-接收器?？紤]到環(huán)境光干擾主要是直流分量，如果采用帶有交流分量的調(diào)制信號，則可大幅度減少外界干擾;另外，紅外發(fā)射管的最大工作電流取決于平均電流，如果使用占空比小的調(diào)制信號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流可以很大（50-100mA），這樣也大大提高了信噪比。

　　基于上述考慮，擬采用方案三。

　　3. 車輪檢速及路程計算模塊

　　方案一：采用霍爾集成片。該器件內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成，當磁鐵正對金屬板時，由于霍爾效應，金屬板發(fā)生橫向?qū)?，因此可以在車輪上安裝磁片，而將霍爾集成片安裝在固定軸上，通過對脈沖的計數(shù)進行車速測量。

　　方案二：受鼠標的工作原理啟發(fā)，采用斷續(xù)式光電開關(guān)。由于該開關(guān)是溝槽結(jié)構(gòu)，可以將其置于固定軸上，再在車輪上均勻地固定多個遮光條，讓其恰好通過溝槽，產(chǎn)生一個個脈沖。通過脈沖的計數(shù)，對速度進行測量。

　　以上兩種都是比較可行的轉(zhuǎn)速測量方案。尤其是霍爾元件，在工業(yè)土得到廣泛采用。但是在本題中，小車的車輪較小，方案一的磁片密集安裝十分困難，容易產(chǎn)生相互干擾。相反，方案二適用于精度較高的場合，可以車輪上加較多的遮光條來滿足脈沖計數(shù)的精度要求，因此擬采用方案二。

　　4. 電源選擇

　　方案一：所有器件采用單一電源（6節(jié)M電池）。這樣供電比較簡單;但是由于電動機啟動瞬間電流很大，而且PWM驅(qū)動的電動機電流波動較大，會造成電壓不穩(wěn)、有毛刺等干擾，嚴重時可能造成單片機系統(tǒng)掉電，缺點十分明顯。

　　方案二：雙電源供電。將電動機驅(qū)動電源與單片機以及其周邊電路電源完全隔離，利用光電藕合器傳輸信號。這樣做雖然不如單電源方便靈活，但可以將電動機驅(qū)動所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　我們認為本設計的穩(wěn)定可靠性更為重要，故擬采用方案二。

　　5. 小結(jié)

　　經(jīng)過一番仔細的論證與比較，我們決定了系統(tǒng)各個主要模塊的最終方案如下：電動機驅(qū)動與調(diào)速模塊：采用達林頓管的H型PWM電動機驅(qū)動電路。車輪檢速模塊： 采用光電斷續(xù)開關(guān)構(gòu)成的光電感應系統(tǒng)。路面黑線檢測模塊：采用調(diào)制的反射式發(fā)射-接收器。 電源：雙電源供電（6節(jié)M電池+1節(jié)9V方型電池）。