2。1 系统方案确定

本次课题研究主要实现小车循迹和避障两个功能，以三轮小车（前轮为万向 轮）为基础机械部分，主要包括避障模块，驱动模块，红外检测模块，电源模块 等，系统框图如图 2。1 所示。运行时，直流电机驱动，红外传感器感知路况，超 声波测距，最后通过 STM32F103 主控，配合软件编程实现这两项功能。

系统总体框

2。2 主要元件的选择

2。2。1 机械载体

由于水平与可选择的材料有限，所以整个机械载体选用三轮小车，方便实用， 在左右两个主动轮各安装一个直流电机驱动，调制两轮转速起停以达到控制小车 转向的目的。

2。2。2 主控器

通常情况下，控制器主要用于控制电机，接收各个传感器检测到的周围环境 的各种信息然后加以分析处理，并将处理好的信号传输给控制器，最后控制器做 出相应的处理，实现电机的前进和转向，保证在允许范围内实线寻迹避障。

主控器的选择有很多种，各种资料显示 AT89C51 单片机是最常用的主控芯 片，因为 51 单片机具有算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，功耗低等 优点，但最后在朋友建议下选择了 STM32F103 微处理器为主控。首先，32 位 ARM 微处理器 STM32F103 是基于 ARMv7-M 体系结构的 32 位标准 RISC（精简指令集） 处理器，性能远高于 51 系列单片机，并且代码执行效率高，开发过程也更简洁， 它的工作频率为可达 72MHz，内置高达 512K 字节的 Flash 存储器和 64K 字节的 SRAM，还有丰富的通用 I/O 端口和外设，成本相对于同等性能的微处理器更低， 有效节约了开发时间和成本。

2。2。3 供电单元

方案一：采用单电源供电，利用单个电源同时对微处理器和直流电机进行供 电，这种方式的优势在于能够避免整个小车负担过重，设计方式相对简单，操作 便捷且节约成本，而缺点则在于这样会使主控器的不够稳定，易受影响造成较大 的波动，影响其工作性能的稳定性。

方案二：采用双电源供电，利用两个独立的电源对主控器和直流电机分别进 行供电，此方案的优势在于能够减少波动，工作时稳定性比较好，可以让小车更 好的运作。但这样做就将设计复杂化，还给机身造成一定的负担。

方案三：采用 LM2596sDC-DC 降压电源模块，虽然是同时对主控器和直流电 机进行供电，但它的稳定性好，功耗小，成本低，操作便捷，只要注意一下散热 问题，并不存在什么缺点。因此是本次设计最好的选择。

2。2。4 电机驱动

方案一：可以用简单的继电器电路来控制电机的开关，但这种方式可靠性并 不高，响应速度慢而且容易损坏，使用寿命较短。

方案二：采用数字电位器调节电动机的电压，以达到分压的目的。我们先不 讨论数字电阻元件相对较贵的价格，但就他的调速而言就比较有限，不一定能够 完全支持电机驱动。最重要的是，一般而言，电动机都是电阻都比较小，但是相 对的电流都比较大，分压降低工作效率不说，而且就操作来说就很不易实现。

方案三：使用 L298N 电机驱动芯片，它是一种高电压大电流双 H 桥式驱动 芯片，可以用来驱动直流电动机和步进电动机等多种电机。之所以说他是高电压 大电流，是因为它的最高输出电压可以到达 50V，输出电流的瞬间峰值电流最高 可达 3A，额定功率为 25W。L298N 驱动的控制端也比较有特点，它具有两个使 能控制端，且都在标准逻辑电平信号的控制下，在没有输入信号等因素影响的情 况下允许或禁止模块工作在一个逻辑电源输入端，控制内部逻辑电路在低电压环 境下下工作，为了及时将变化量反馈给控制电路以便于控制部分及时给出指令，