2.1 整体设计思路
智能汽车比赛的目标是快速平稳的完成全部赛程，因此就要求智能车的控制系统必须协调运作，顺利完成从传感器接收、单片机判断计算到执行机构执行的全部过程，即系统能够快速准确的检测并识别跑道路径，并及时做出相应的方向控制和速度执行，要达到这个目标，必须在设计和制作过程中用硬件和软件两方面都能达到快速、平稳的要求来保证。根据上述目标该智能车的整体设计思路如下：智能车的工作模式采用了红外传感器探测赛道信息，转速传感器检测当前车速，并将这些信息输入单片机进行处理，最后通过控制算法对赛车发出控制命令，通过舵机和驱动电机对赛车的速度和运动轨迹实现实时控制。整个系统设计思路如下图所示：
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整个智能车主要有车模、舵机、直流电机、系统开发板、系统外围辅助电路板、电池等组成，电池固定在智能车自带的电池槽上，有大赛组委会提供的系统开发板直接插在我们自行设计的系统外围辅助电路板上，辅助电路板主要是由车模上辅助的三个支架用螺钉固定在电池的上方，舵机的安装时按照模型车说明书来完成的。为提高舵机的响应速度，我们加长了舵机的输出轴，起到了很好的效果，如下图所示。
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另外，我们通过更换长零件增大了4mm的后轮距，这样就减小了智能车在转弯时的侧向滑移，同时也增强了智能车的侧向稳定性。
2.3 光电传感器的安装
本方案所使用的光电传感器为电子市场中直接购买的集成产品。该传感器在5V电源下工作，正常检测照射前方距离为2~4cm。发射管和接收管集于一身，白色为发射管，黑色为接收管。该传感器对环境光较为敏感，当光线很强时，对检测效果影响很大，而环境光很弱时，由于其主动发射的特点，也能很好的识别路径。
2.3.1 传感器的横向间隔距离
传感器的横向间隔距离（即两个传感器中心线之间的距离）是传感器布置中的一个重要参数，它在很大程度上影响着模型车的行驶稳定性，也直接决定着控制算法的制定。不同的间隔距离，对应着具有不同特点的控制算法。使用集成光电传感器的缺点是它对路径的检测是离散的量，不能连续关注到黑线位置的变化。当传感器的横向间隔距离比较稀疏时，模型车行进方向纠正的时候会在黑线两侧产生较大的波动。所以传感器的横向间隔不能过大没，应当尽可能的缩小。
但是，传感器的布置过密也会有不足之处，会加大路径检测模块的质量，加大了模型车的转动惯量，不利于过弯。同时，由于比赛规则在传感器数量上的限制，如果在个体之间布置过密，则整体宽度会受到限制，监测范围缩窄，同样不利于模型车的稳定行驶。所以，传感器的间距应当根据实际情况，在各种利弊之间作合理的取舍，最终确定比较适中的间距。大赛组委会统一制定的赛道中心的黑色引导线宽度为25mm，通过试验发现，对于单个传感器，当其中心线位于黑线中部18mm内时，才能够检测到黑线。为了使相邻两个传感器能够同时检测到黑线，则必须保证传感器的间距小于18mm。综合考虑传感器的数量和整体检测宽度，最终确定模型车上的传感器间距为16.2mm。
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传感器的纵向伸出长度也是传感器布置的一个重要参数，对车辆行驶稳定性的最高车速都有很大影响。传感器的纵向伸出长度主要关系到模型车对未知赛道的预知能力。理论上讲，传感器伸出距离越长，越有利于模型车对赛道形状的突然变化作出响应，使得模型车有相对比较充足的时间进行转弯和减速，这样也在很大程度上提高了模型车在直线道路上的极限速度。但是同样，纵向伸出长度加长也会带来很多弊病。比如，重心前移增加了模型车不足转向的趋势，使得模型车横摆角速度响应不够迅速，大大增加了过弯的难度。在安装强度不够时，还会出现上下颤动，不仅增加了车身的不稳定性，还非常容易使传感器跳动出有效的检测距离之外，引入干扰信号。
2.3.3 传感器的排列方式和安装
传感器的排列方式为等间距“一”字形，相邻两个传感器之间的间隔为16.2mm，13个传感器安装在长230mm，宽40mm的PCB电路板上，将传感器上的弹性卡口，直接卡在PCB板上的13个长方形缺口上即可。路径检测电路板通过两条9cm长的铝条作的支架安装在模型车前部，改装后的车模总长38cm，宽23cm。传感器距离地面2.5cm~3cm，相对地平面有15°左右的倾角，尽可能的增大前瞻距离，如图2-4所示。
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图2.4 光电传感器安装示意图 |
