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電機數量方案

方案一：采取四驅驅動方案，因其動力輸出以及重力配比均衡，行駛穩定性好，但是由于循跡小車對于車體的靈活性以及方向可控度要求都比較高，所以四驅驅動并不是特別合適。

方案二：采取二驅加雙萬向輪驅動方案，這種驅動方案可以最大限度的保持整個系統的靈活性，在小車的循跡過程中保持小車最大靈活的方向實時調整以及小車的穩定行駛。但這種方案限制了小車的動力空間。同時通過調整電機型號，最大程度的改善了本方案限制電機動力空間的弊端。

綜上所述，本系統采用方案二。

控制器模塊方案

方案一：采用傳統的 51 單片機，運用比較廣泛，有良好的知識作為基礎，上手很快。但是本系統的程序量較大，要求數據處理能力高，需要的I\O 口資源較多，51單片機難以勝任。

方案二：采用ST公司的STM32F103單片機，ARM高速內核，超強性能，片內資源非常充足，雖然STM32操作比傳統51單片機復雜的多，但是STM32有豐富的庫函數資源，操作方便，功能強大，能非常良好的完成任務。

綜上所述，在保證系統穩定性，以及滿足任務要求的情況下，本系統采取方案二。

電機驅動模塊方案

方案一：利用 H 橋電路的電機驅動模塊。此種電路包含若干個三極管及外圍電阻等器件，通用性強， 功能強大。 通過對相關端口的寫入， 能夠實現兩電機正反轉和PWM調速。 但是，由于三極管本身工作電流的限制，此電路不能夠驅動大功率電機，并且電路暴露在外部導致穩定性不高，所以放棄使用該方案。

方案二：基于 L298N 的電機驅動模塊。 L298N 是一款專門用于驅動電動機的芯片，具有高集成度、高功率的特點，其輸出電流為2A ，最高電流 4A ，最高工作電壓 50V ，可以驅動感性負載，如大功率直流電機，步進電機，減速電機，伺服電機，電磁閥等，較少的外圍電路（僅需要保護用的二極管和濾波電容）便可以很好地驅動大功率的電機。其輸入端可以與單片機直接相聯，從而很方便地受單片機控制。當驅動直流電機時，可以直接控制兩路電機，并可以實現電機正轉與反轉，實現此功能只需改變輸入端的邏輯電平。而且模塊體積小，穩定性高。

綜合上述兩個方案，本系統選擇方案二

1金屬探測模塊采集與計算

金屬探測LDC1314是根據電磁感應原理制成的，將一金屬置于變化的磁場當中時，根據電磁感應原理就會在金屬內部產生渦流，渦流產生的磁場反過來又影響原磁場，這種變化可以轉換為電壓幅值的變化，供相關電路進行檢測。通過改變金屬和線圈之間的距離得到不同的值，對前端探測到的數據進行再處理和分析，當其中一個線圈探測到鐵絲則讓小車向相反方向前進，若發現附近有硬幣存在該探測器發出聲音警報。

LDC1314可以同時測量阻抗和頻率。LDC1314是通過調節振蕩器的幅度同時檢測LC的諧振損耗來實現這個測量的。通過檢測注入到LC諧振單元的能量，可以計算出RP。在LDC1000中RP值被轉化為數字量，數值跟RP的值成反比。LDC1314可以檢測到LC的諧振頻率。諧振頻率用于計算LC中的L值。頻率值也有LDC1314轉換為數字量。諧振LC中的C是已知的（電板上焊接），所以根據諧振頻率就能計算出L值。根據衰減振蕩的曲線可以計算出RP。

采用高精度的LCD1314電磁傳感器，不斷采集由傳感器的通道1和通道0采集的諧振頻率的數據。LCD1314和所有設備寄存器之間的通信采用400kHz的I2C接口，實現高速連信，精確測量采集的諧振的頻率，在通過內部的12位AD的轉換將其測量的模擬量轉化為可輸出的數字量讀取測量數據，然后通過輸出到STM32單片機自帶的LCD，實時的檢測數據。但由于LCD1314的傳感器受到電流、溫度的影響，因此需要一定的補償X。小車采用了兩只5V 2.5A直流電機，作為運動系統的驅動，傳感器實時檢測諧振，并且轉換成數據量，單片機處理傳來的數據量，調節輸出PWM占空比，控制兩只電機的運動的狀態。從而實現小車的尋跡。

    本系統對比控制法，和軟件濾波。當兩個通道不接觸鐵絲是，測得數據居為date0 和

date1.由于傳感器的收到干擾。補償為實時檢測的數據為date0(t),date1(t)。采用軟件濾波，對date0和date1采樣十次測平均值。

date0(t)>=date0+MA[N] ：則控制左邊的電機速度減慢，右邊加快

date1(t)>=date1+MA[N] :   則控制右邊的電機速度減慢，左邊加快

date0(t)<=date0 +MA[N] && date1<=date1+MA[N] :  則左右前進

其中，MA[N] :新的平均值；MA[n-1]:上一個移動的平均值；N：要求的平均值的樣本；X[n]：當前LDC樣本。

2循跡小車運動控制分析

采用了占空比可調的周期矩形信號控制。脈沖頻率對電動機轉速有影響，脈沖頻率高連續性好，但帶帶負載能力差脈沖頻率低則反之。經試驗發現，脈沖頻率在40HZ以下，電動機轉動平穩，但加負載后，速度下降明顯，低速時甚至會停轉;脈沖頻率在10HZ以下，電動機轉動有明顯跳動變化。

  理論計算后得，脈沖頻率在15HZ到30HZ時效果最佳。而具體采用的頻率可根據個別電動機性能在此范圍內調節。通過第一端口輸入信號，第二端口輸入低電平與第一端口輸入低電平，第二端口輸入信號分別實現電動機正轉與反轉功能。通過對信號占空比的調整來對車速進行調節。速度微調方面，可以通過對占空比跨度漸增或漸減分別對速度的逐加和逐減。

 因為本系統采用了四個金屬探頭來探測跑道鐵絲標識，所以采用了5種行駛模式:前進模式，左轉模式，右轉模式，行駛左轉模式，行駛右轉模式來解決應對跑道中不同類型的道路，前進模式，行駛左轉模式，行駛右轉模式，以前面兩個金屬探頭為主，后面兩個金屬探頭為輔助，而左轉模式和右轉模式以后面兩個探頭為主，前面兩個探頭作為輔助；這樣做的好處在于能夠更好的適應跑道，加強小車的行駛穩定性，當在直道行駛過程中，一旦當小車因為速度過快慣性跑出，前面的探頭檢測不到跑道時候，而后面探頭卻能檢測到跑道，此時調用行駛左轉或者右轉模式來迅速校正小車頭向，最大限度避免慣性的影響，而正常情況下采用前進模式，而左轉模式與右轉模式剛好與之前相反，當前面探頭一側檢測到跑道另一側卻沒有，而后面探頭不能檢測到鐵絲的時候(鐵絲在兩個探頭中間)，此時可以確定為彎道，此時調用左轉模式與右轉模式；這樣用不同的模式在加上PID算法來應對不同的情況，能夠最大限度的提升小車的行駛穩定性的情況下，還能夠加強小車的行駛速度。

3控制算法分析

   在模擬控制系統中，控制器最常用的控制規律是PID控制。PID控制器又稱PID調節器，是工業控制中系統中常用的有源校正裝置。可以用軟件實現PID控制算法，而且可以利用計算機的邏輯功能，使PID控制更加靈活。數字PID控制生產過程是一種最普遍采用的控制方法

系統的傳感器得到的測量結果 控制器作出決定 通過一個輸出設備來作出反應 控制器從傳感器得到測量結果，然后用需求結果減去測量結果來得到誤差。然后用誤差來計算出一個對系統的糾正值來作為輸入結果，這樣系統就可以從它的輸出結果中消除誤差。

最為理想的控制當屬比例-積分-微分控制規律。它集三者之長：既有比例作用的及時迅速，又有積分作用的消除余差能力，還有微分作用的超前控制功能。

當偏差階躍出現時，微分立即大幅度動作，抑制偏差的這種躍變；比例也同時起消除偏差的作用，使偏差幅度減小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制規律，因此可使系統比較穩定；而積分作用慢慢把余差克服掉。只要三個作用的控制參數選擇得當，便可充分發揮三種控制規律的優點，得到較為理想的控制效果。

本方案采用單回路PID控制方案，選取電機轉動值作為反饋信號，此方案間接對電機進行控制