2.1 总体方案论述
该比赛的精神在于不断提升赛车的速度，同时保证赛车的稳定性，不能冲 出跑道和碰撞赛道周围栏杆。所以在系统设计时，首先要在机械和电路上保证 赛车具有运行的稳定条件，然后充分挖掘主控芯片的潜能，在控制算法上力求 突破。 根据比赛规则，赛车的机械部分只能微调；硬件部分的设计要简单稳定， 尽可能的排除干扰因素，而同时又能够为赛车提供足够的发挥空间；软件部分 力求在经典算法与赛车实情结合中寻求创新。 我们设计了赛车整体的系统构架，系统框图如图2.1 所示：
下面两节就硬件模块和控制算法的实现方案进行论证和选择。
2.2 硬件各模块方案选择
由于电机、舵机和赛车机械结构在比赛规则允许范围内可以改动的地方较 少，电源模块的电路也都为经典电路，故只对路况识别模块、速度检测模块进 行方案的论证与选择。
2.2.1 路况识别模块
由于赛车是在循迹的前提下竞速，这就要求路况识别模块主要是实现赛车 对前方黑色引导线的识别，并反馈正确信息。
方案一：采用反射式红外光电管
这种方法常用来检测黑白颜色物体或检测障碍物。由于不同材料和颜色对 红外光的反射程度不同，则可以根据反射回来的红外光强，即通过红外接受光 敏二极管中的电流变化，判断出当前位置的材料或颜色。此方案对于检测路况 有如下优缺点：
优点：电路设计相对简单，检测信息速度很快，调试方便，成本较低。
缺点：道路检测精度低，道路信息检测种类少，传感器个数多，前瞻距离 较短，耗电量较大。
方案二：采用摄像头获取道路信息
图2.3 使用摄像头识别路径的韩国赛车
由于摄像头能够提供大量前方事物信息，更好的模拟周围环境，所以现经 常使用于模式识别和智能控制的复杂系统中。此方案优如下优缺点：
优点：前瞻性很好，检测范围大，能够检测多种路面信息，同时收光源的 影响较小。
缺点：软件计算量大，要能够从复杂的视频信号中提取出有用的信息，需 要大量的片内RAM 资源。由于视频信号有固定的扫描频率，且频率较低，再者 赛车所用单片机处理速度有限，使得赛车不能及时获得路面的信息。
方案三：两者结合
此方案虽然能结合了两者的优点，但是耗电量更大，且增加了赛车的重量， 增加了不稳定因素，故不采用。 纵上，采用红外或摄像头进行路况识别各具优势。通过对上届比赛的研究， 两者均有很好表现。所以我们分别制作了两套方案的赛车，并相互比较，尽量 发挥各自的长处，给出相关论文附于报告后。
2.2.2 速度检测模块
对赛车速度控制的好坏直接影响到赛车的过弯性能。故合适的速度检测对 于整个系统十分必要。
方案一：霍尔开关元件
导体中的载流子在强磁场中会受力洛仑兹力发生偏转，从而在导体的两侧 形成一定电动势。在霍尔开关中集成有放大电路，对该微弱信号进行放大，并 输出形成脉冲信号。使用霍尔开关元件外围电路简单，输出信号可直接输入单 片机进行脉冲捕捉。霍尔开关元件对环境的要求不高，可以工作在抖动、尘土 和任何光线下。
方案二：测速电机
测速电机可直接将机械转动快慢转换成连续的电压信号输出。我们可将该 信号直接进行AD 转换送入控制器，得到当前速度，这对于赛车速度的实时检测 很方便。但是测速电机适合于高速系统，当转动速度降低时，会使得输出电压 信号变小，信噪比变小，甚至完全湮没有用信号，而且转速电机一般比较重， 通过齿轮连接于电机上时，不仅增大了电机的负载，使得整体速度下降，同时 又增加了赛车的重量。故不采用此方案。
方案三：光电编码器
光电编码器的转动轴每转一圈将会输出成百上千的方波脉冲，单片机对这 些脉冲进行捕捉，同时配合内部计时器进行计算，也可精确的计算出当前速度。 但同样也存在方案二同样的问题，会增大赛车的负载和重量。故不采用此方案。
方案三：自制光电编码盘
采用红外对射管，扇叶固定在后轮的连动杆上，当红外发射管发出的红外 光被中间扇叶遮住与否时，接受管配合外围电路输出高低交替电平，再输入单 片机的捕捉模块。这样既不会对电机造成负担，也可以将扇叶做的很精细从而 提高精度。 综上可见，使用霍尔元件配合小磁钢和自制光电编码盘均可以达到效果。
2.3 控制算法方案的选择
在完成优秀的机械结构和硬件设计的同时，优化的控制方法就可以让赛车 更快更稳。 对整个赛车的控制，主要是舵机控制策略和速度控制策略，将在后面控制 策略与算法章节具体介绍。
2.4 本章小结
本章主要就赛车的设计方案进行总体规划，论证了各种方案的可行性，比 较优缺点，选择合适的设计方案，对后期的赛车设计的实现具有很关键的指导 作用。
