一、实现方案
自制铝合金车体采用L298驱动直流减速电机实现行进，光电传感器结合寻迹算法完成电动车寻线功能。利用角度传感器的测量作为被控量，实现电动车的闭环反馈控制，根据PID控制算法找到平衡点，同时LCD显示模块实现了良好的可视化界面。我们确定的最终方案为：
1．小车模块：采用自制三角形车体结构。
2．控制模块：采用凌阳公司的SPCE061A单片机。
3．电源模块：采用锂电池结合DC-DC芯片供电。
4．电机模块：采用直流减速电机，由L298驱动。
5．测角模块：采用ZCT245AL-485角度传感器。
6．微调模块：采用舵机控制一重物在车上平滑缓慢移动来实现。
7．寻迹模块：采用反射式光电传感器。
8．计时模块：采用开2Hz中断方式。
9．显示模块：采用L-CD显示时间、路程、角度及小车状态。
10.语音模块：采用凌阳自带语音功能。
11.测距模块：采用CCD鼠标测距。
系统的结构框图如下图所示：
二、理论分析与计算
1．寻迹测量与控制
本系统中要考虑三种状态下的寻迹算法：第一，小车怎样实现自动驶上跷跷板；第二，前进过程寻迹算法；第三，逆向行驶时寻迹算法。其中，登陆跷跷板的控制最为复杂。为此，我们分别在车头、电机轴上、车尾处安装了3、2、3个对管。寻迹线的铺设完全与算法相结合。然后根据读入的对管状态值来调节小车的行驶状态。寻迹线的铺设如上图所示，对管安装如下图所示。
真值表如下表所示。
2．时间测量与计算
本系统对于时间的计量是通过开2Hz中断的形式实现的，不需要任何硬件设施。具体实现方法就是每进入一次中断，则计数值加一。通过该计数值就可方便的计算出时间。
3．平衡位置计算、寻找及判定方法
计算：设配重质量为Mp(kg)，重心距离转轴Sp(m)，距板面hp(m)；小车重为Mc(kg)，重心距板面h(cm)；微调物为Mm(kg)，重心距板面hm(m)旋转半径为R(m)。如下图A所示，小车的最终理论平衡点距转轴S．的计算式为：Mp．Sp=(Mc+Mm)．Sc，由此可得Sc=Mp．Sp/(Mc+Mc)。但由于跷跷板存在倾角θ，使得物体重心偏移，如下图B所示。在有倾角θ情况下，力矩平衡计算式变为：Mp．g．cosθ（Sp-hp．tgθ）=Mc．g．cosθ(S'-hc．tg0)+Mm．g．cos(S’-hm．tgθ)，从而可得S'=(Mp'Sp+(Mc.hc+Mm.hm-Mp'hp)'tgθ)/(Mc+Mm)；到达该点后，小车再稍向前移动，跷跷板开始振荡。
寻找：由上述计算过程可知，小车在超出了理论平衡点后跷跷板开始振荡。综合分析各种常用控制算法和现有测试仪器，角度传感器的响应频率较低，在小车速度较高时、不能得到实时准确的角度值，我们在跷跷板平衡时小车重心位置前一点用黑线作了标记，以便更有效地寻找平衡点。基本部分：检测到黑线后，打开角度传感器，根据其值决定小车需移动的距离；发挥部分：检测到黑线后，小车减速，同时打开角度传感器寻找角度的突变点刹车，接着重复基本部分过程。同时考虑到有些特定情况下，小车将不适合移动，我们特别增加了步进电机带动齿条的微调装置。
根据要求计算出角度值在1.43。以内，则可判定跷跷板平衡。小车由不平衡到平衡突变的过程中，跷跷板一定是处于振荡状态的，我们将六次测量角度（干扰值滤波后）取绝对值相加再求平均，当其小于0.7。时即判定跷跷板平衡。实际应用中，这种判定方式很好地发挥了作用，在跷跷板来回小幅振荡中就可作出对平衡的准确判断。
三、电路与程序设计
电机驱动模块：一片L298N可控制两个直流电机，用PWM输出来调制车速，为了防止电机模块对前级的干扰，加了光电耦合级，电路连接如下图所示。
寻迹模块：我们采用反射式光电对管，其输出接比较器，由地面反射状况的不同而输出1，O信号予以反馈。其电路连接如下图所示。
角度传感器模块：ZCT245AL-485角度传感器为485接口，故应将其先与485转换电路连接，然后再与单片机相连。电路连接如下图所示。
显示模块：采用LCD的串口模式来显示小车状态、时间、路程和角度。
四、总体电路图
单元电路确定后，对单片机端口进行了合理的分配，整个系统的总体电路如下图所示。
五、软件设计与工作流程图
因为小车要进行前进、平衡调节、延时、语音播报、后退等一系列活动，所以对于程序的安排结构要求严格。在此，采用模块化设计方法，将整个程序分为以下几个模块：主程序；电机驱动子程序；寻找平衡点子程序；上线子程序；LCD显示子程序；角度传感器子程序等。
