2.1. 系统设计要求
本次比赛要求各参赛队伍利用竞赛秘书处统一提供的单片机MC9S12DG128开发板（也可以采用MC9SDG128自制控制电路板）、开发软件Code Warrior和在线调试工具，在统一的车模平台基础上，设计制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶。
小车按照黑线寻迹，决赛区比赛最终成绩由时间成绩和报告分数决定，成绩计算由下面公式给出：
比赛最终成绩(秒) = Ts * (1-0.01R)
式中Ts为赛车最快单圈时间（秒）；R为技术报告评分（分值范围0-10）。
智能竞赛车模的规定：
1.禁止改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎；
2.禁止改动驱动电机的型号及传动比；
3.禁止改造滚珠轴承；
4.禁止改动舵机，但可以更改舵机输出轴上连接件；
5.禁止改动驱动电机以及电池，车模主要前进动力来源于车模本身直流电机及电池；
6.为了车模的行驶可以安装电路、传感器等，允许在底盘上打孔或安装辅助支架等。
电路器件及控制驱动电路限制：
1.核心控制模块可以采用组委会提供的HCS12模块，也可以采用MC9SDG128自制控制电路板,除了DG128MCU之外不得使用辅助处理器以及其它可编程器件；
2.伺服电机数量不超过 3个；
3.传感器数量不超过16个（红外传感器的每对发射与接受单元计为1个传感器，CCD传感器记为1个传感器）；
4.直流电源使用大赛提供的电池；
5.禁止使用DC-DC升压电路为驱动电机以及舵机提供动力；
6.全部电容容量和不得超过2000微法；电容最高充电电压不得超过25伏。
2.2. 方案选择与论证
根据比赛要求，本智能车系统可分为引导线检测模块、车速检测模块、电机驱动模块和主控制模块。现分别对各模块的可行方案进行比较、论证，从中选出本智能车系统的实现方案。
2.2.1. 引导线检测模块
1、光敏管传感器介绍
光电传感器可分为：可见光传感器、红外光传感器、激光传感器以及紫外光传感器等。
可见光传感器是基于可见光源的传感器。它结构简单、设计成熟，但它工作于可见光区，抗干扰能力不强，容易被外界环境干扰。
红外线是波长为830nm－950nm的电磁波，自然环境中物体在该波段的辐射量是很微弱的，所以红外光敏传感器在自然环境中所受到的干扰小，可靠性比较高。
激光管发射的激光方向性好、自然环境中抗干扰能力强。但它价格昂贵。
紫外光在自然环境中抗干扰能力也强，可靠性高。但紫外光传感器的技术还不是很成熟，价格也昂贵。
2、摄像头介绍
市场上可买到的摄像头根据所使用的感光器件不同可分为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合组件）摄像头和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，附补金属氧化物半导体组件）摄像头。
CCD摄像头具有成像质量好，分辨率高等优点，适用于对视频图象质量要求较高的场合。但其价格昂贵，功耗也很大，需要12V供电，电流需求超过100mA。
CMOS摄像头由于自身物理特性的原因，成像不及CCD摄像头，只实用于对视频图象要求不是很高的场合。由于采用了CMOS器件，其显著的优点是功耗很低，电流需求一般不超过10mA。
3、引导线的检测方案
方案一：采用红外传感器。
优点：抗干扰能力强、可靠，不会因为周围环境不同而产生不同的结果，安装也比较简便。
缺点：作用距离有限，不能对黑色引导线进行远距离探测，车速快时很容易出现检测不及时而导致小车冲出赛道；并且由于传感器数量限制（最多不超过16个），它对黑线的探测覆盖面不是很广，很可能出现漏检，从而不能正确引导小车前进。
方案二：采用CMOS摄像头。
优点：采用6V-12V供电，功耗低（不超过10mA），节约电池能量，将有限的能量用于保持小车的高速前进。探测距离远，不易出现黑线检测不及时而导致小车冲出赛道的情况，且摄像头视角大，也不易出现漏检的情况。
缺点：抗干扰能力没有红外传感器好，受周围光线的影响大，并且视频处理还会占用大量的单片机资源。
方案三：采用红外传感器与摄像头结合。
优点：兼顾红外传感器抗干扰能力强和摄像头探测距离远、视角大的特点，确保黑色引导线的正确检测。
缺点：占用比只采用摄像头更多的单片机资源，且从采集红外传感器和摄像头的信号到数据处理、执行相应控制动作需要更为复杂的软件算法。
经过我们综合考虑，要想利用有限的单片机资源获得很好的道路信息，我们只有折中选择方案二用来实现引导线的检测。
2.2.2. 车速检测模块
方案一：基于遮光盘的红外对射式速度传感器。
优点：测量精度高。
缺点：自己制作高精度的遮光编码盘比较难，由于遮光盘安装在驱动轴上，机械安装还要拆卸轮胎，安装麻烦。
方案二：采用霍尔效应传感器。
先必须在车轮上嵌入若干永磁铁，然后才能用霍尔效应传感器检测磁场的变化得到电脉冲进行速度检测。
优点：检测速度快，不受光、温度等周围环境的影响。
缺点：在车轮上嵌入永磁铁比较困难，且嵌入永磁铁后也可能会改变车轮原有的平衡性（车轮质地变得不均匀，影响小车的行进）。
方案三：基于差速器侧面卡盘的红外反射式速度传感器。
在差速器侧面的塑料卡盘凹陷部分贴上锡箔纸，使之成为强烈的反光区，再用反射式一体红外对管检测。
优点：这种方法对小车的机械改动最小，从而保证了小车原有的良好机械性能。
缺点：精度受到光电管体积和车模自身卡盘上可贴锡箔数量的限制。
方案四：专用光电编码器。
另外购买专业光电编码器安装在主驱动齿轮上，通过齿轮传过来的转动信息，获取后轮转角。
优点：获取信息准确，精度高，搭建容易。
缺点：增加后轮负载；光电编码器体积较大，导致车重增加。价格昂贵。
比较以上四种方案，考虑到系统的可靠性以及速度检测的准确性，首先排除霍尔元件方案，因主后轮传动齿轮为塑料质地，打孔比较危险。同时排除光电传感器的反射型方案，因为反射型方案速度检测精度不高，加减速时不能实现对小车速度很好的控制。之后，通过对市场的调查，发现很难购买到体积足够小的光电编码器，而且考虑到车重的任何增加都有可能影响到车速，因此放弃光电编码器方案。最终，我们决定采用方案一对射型光电传感器方案。至于安装问题，只需要我们不怕麻烦就可以解决了。
2.2.3. 电机驱动模块
本智能车系统仅使用了舵机和赛车驱动电机两个电机，由于舵机不需要专门的驱动电路进行驱动，所以我们这里只讨论赛车驱动电机的驱动。
小车行驶的动力来源于电机的旋转，要实现对小车速度的控制，就必须使用驱动电路来驱动电机，使其按照我们的要求旋转。
方案一：采用由达林顿管或MOS管组成的H型驱动电路。用单片机控制达林顿管或MOS管使之工作在占空比可调的开关状态，从而控制电机的转速。
优点：这种电路由于管子工作在饱和和截止模式下，故效率比较高。
缺点：由于此电路完全采用分离元件构成，分离的MOS管或达林顿管加上散热器后整个驱动电路体积、总量都比较大，这样对小车的重心、重量影响都比较大，不利于小车的快速行驶（详见机械系统设计及实现部分）。
方案二：采用大赛组委会推荐的集成电机驱动芯片MC33886。
优点：驱动能力强、内阻小、体积小、外围电路简单、方便易用等特点，很符合本系统的需要。
缺点：价格比较贵，不太好购买。
因为车模套件中自带了两片MC33886，再加上上述理论分析，我们电机驱动就采用方案二。
2.2.4. 主控制模块
此次比赛中限定使用单片机MC9S12DG128作为主控制模块的唯一处理器，可以使用大赛组委会统一提供的HCS12单片机模块，也可以采用MC9SDG128自制单片机控制电路板。
方案一：使用HCS12模块 。
优点：HCS12模块技术成熟，使用方便可靠。
缺点：体积大，不利于机械改装。
方案二：采用MC9S12DG128自制控制电路板。
优点：可以根据自己的机械改装的需要设计相应形状的电路板，可以对小车实现很好的机械结构改装。
缺点：单片机工作起来可能没有HCS12模块稳定。
经过我们实际测试，机械上的改装对小车行驶的性能影响不容忽视，甚至可以所是至关重要，所以我们要很好地改进我们的机械结构。因此我们决定选用方案二，根据机械结构需要自制控制电路板，通过对PCB进行合理地布局、布线以及铺地设计，使单片机稳定工作。
2.3. 系统最终方案
综上述，最终系统各模块的实现方案如下：
1. 采用CMOS摄像头检测赛道引导线。
2. 采用对射式红外传感器检测车速。
3. 采用MC33886集成电机驱动芯片驱动后轮驱动电机。
4. 采用自制的单片机系统板控制智能车系统。
