所示上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作[6] [7]。
图3.3 单片机复位电路图
3.2 光电传感器模块
循迹光电传感器原理，就是利用黑线对红外线不同的反射能力通过光敏二极管或光敏三极管，接收反射回的不同光强信号，把不同光强转换为电流信号，最后通过电阻，转换为单片机可识别的高低电平。光电传感器实现循迹的基本电路如3.4所示。
图3.4 循迹传感器电路图
循迹传感器工作原理：TC端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极管不工作，传感器休眠，为低电平时，传感器启动。Signal端为检测信号输出，当遇到黑线，
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黑线吸收大量的红外线，反射的红外线很弱，光敏三极管不导通，Signal输出高电平；当遇到白线，与黑线相反，反射的红外线很强，使光敏三极管导通，Signal输出低电平。
这种探测方法，即利用红外线在不同颜色的表面特征，具有不同的反射性能，汽车行驶过程中接收地面的红外光。当红外光遇到白色路线，地板发生漫反射，安装在小型车的反射光接收器接收；如果是遇到黑色路线，红外光将被黑线吸收，安装在小车上的接收管没有收到红外光。控制器会根据是否收到反射的红外光为判断依据来确定的黑线的位置和小车的路线。红外探测器距离通常是不应超过15厘米的。红外发射和接收红外线感应器，可以使自己或直接使用集成红外探头。调整左右传感器之间的距离，两探头距离约等于黑线宽度最合适，选择宽度为3 – 5厘米的黑线。该传感器的灵敏度是可调的，传感器有时遇到黑线却不能送出相应的信号，通过调节传感器上的可调电阻，适当的增大或减小可改变灵敏度。另外，循迹传感器的放置也是有讲究的，有两种方法，一种是两个都是放置在黑线内侧紧贴黑线边缘，第二种是都放置在黑线的外侧，同样紧贴黑线边缘。本设计采用第二种方法。
单片机烧录程序后，就可以执行循迹指令了。如果小车向前行驶时向左偏离了黑线，那么右边传感器会产生一个高电平，单片机判断这个信号，然后向右拐回到黑线。两传感器输出信号为低电平时，小车前进。如果小车向右偏离黑线，左边传感器产生一个高电平，单片机判断这个信号，然后向左拐。这样，小车一定不会偏离黑线。若两个光电传感器同时输出的信号为高电平，即单片机判断的都为高电平时，小车向前直走。 3.2.1 传感器分布
传感器通过信号采集，向单片机提供信息。因此传感器合理的布局很重要，传感器布局需要考虑小车行驶过程中信息检测的准确度和前瞻性，能使在相同数量的传感器下，获得更多的数据。传感器的布局一般有以下三种：一字型布局，M型布局和活动型布局。
一字型布局即所有传感器在同一直线上。一字型布局分为等距排布型和非等距排布型。等距排布型不利于采集准确的弯道信息。考虑到弧度信息采集的连贯性，非等距排布采用等角原则，即在垂直平分线上方处某点，以等角的引射线与直线的交点就是传感器的分布点，此种方法检测连贯简单，更容易控制小车。
M型布局即传感器的布局成M型，M型布局最适合检测多弯道的轨迹。由于传感器不在同一直线上，故小车转弯时，左右两边后部的传感器有较大的采样空间，两边前端的传感器则对采集的信号有更好的前瞻性，M型中间底部的传感器择更好的确定小
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车的位置。整个布局有利于在弯道处提高小车速度。但相对一字型布局，M型布局容易产生不稳定信号，从而产生信号震荡，影响小车行驶的稳定性。
活动型布局采用矩阵模式，将传感器排布成矩阵形状，通过对不同位置传感器采集到信息的选择来适应各种不同的跑道。这样对不同路况有更强的适应性。 此种方案可调性大，但此种方法需要较多传感器，冗余较大，比较笨重，增加小车的重量，不利于小车的加减速。
最终决定采用M型布局方法来对4个传感器进行布局，这种布局方法的前瞻性最好。
3.3 电机驱动电路
本设计采用L298N电机专用驱动芯片带动两个12V的直流电动机。
直流电机由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器等组成。
其中L298N是ST公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部包含4通道逻辑驱动电路。可以驱动两个直流电机或驱动两个二相电机，也可单独驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V。直接通过电源来调节输出电压，直接通过单片机的IO端口提供信号，使得电路简单，使用更方便。L298N可接受标准的TTL逻辑电平信号VSS，VSS通常接4.5~7V的电压。4脚VS接电压源，VS可接电压范围VIH为2.5~46V。L298N芯片输出电流可达2.5 A，可驱动电感负载。
L298N是一个内部有两个H桥的高电压大电流全桥式驱动芯片，可以用来驱动直流电动机、步进电动机。使用标准逻辑电平信号控制，直接连接单片机管脚，具有两个使能控制端，使能端在不受输入信号影响的情况下不允许器件工作。L298N有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作。
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3.3.1 L298N引脚结构
图3.5 L298N 驱动芯片 表3.3 L298N引脚编号与功能
引脚编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
名称 电流传感器A 输出引脚1 输出引脚2 电机电源端 输入引脚1 使能端A 输入引脚2 逻辑地 逻辑电源端 输入引脚3 使能端B 输入引脚4 输出引脚3 输出引脚4 电流传感器B
功能
在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流 内置驱动器A的输出端1，接至电机A 内置驱动器A的输出端2，接至电机A 电机供电输入端,电压可达46V 内置驱动器A的逻辑控制输入端1 内置驱动器A的使能端
内置驱动器A的逻辑控制输入端2 逻辑地
逻辑控制电路的电源输入端为5V 内置驱动器B的逻辑控制输入端1 内置驱动器B的使能端
内置驱动器B的逻辑控制输入端2 内置驱动器B的输出端1，接至电机B
内置驱动器B的输出端2，接至电机B
在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流
3.3.2 电机驱动原理
电路的形状很像字母H。四个三极管就是H桥的四条垂直线，而电机就是H中的横线。
图3.6 L298N内部H桥驱动电路
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图3.6为一个典型的直流电机的控制电路。被命名为“H桥驱动电路”主要是因为电路的形状很像字母H。四个三极管就是H桥的四条垂直线，而电机就是H中的横线。
如图所示，H桥电机驱动电路包含四个三极管和一个电机。电机运转，必须遵循导通对角线上的一对三极管。基于不同三极管对的导通情况可以控制电机的转向，电流可可以从左至右流过电机，也可以从右至左流过电机。
如图3.6所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右流过电机，然后再经Q4回到电源负极，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。
下面分析另一对三极管Q2和Q3，当两个三极管同时导通的情况下，电流将从右至左流过电机。从而驱动电机沿逆时针方向转动。
驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值，该电流仅受电源性能限制，可能烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。
图3.7 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了四个二极管来保护电路。四个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。
采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果DIR－L信号为“0”，DIR－R信号为“1”，并且使能信号是“1”，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机；如果DIR－L信号变为：“1”，而DIR－R信号变为“0”，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。
图3.7 L298N驱动芯片和直流电机接线图
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