自動尋跡車是一種具備自主判斷、決策能力的綜合智能系統。它的設計集機械、電子、檢測技術與智能控制于一體，在社會生活中有著廣泛的應用，例如自動化生產線的物料配送機器人，醫院的機器人護士，商場的導游機器人等。
　　全國“飛思卡爾”智能模型車大賽在這樣的背景下產生，智能模型車比賽要求利用車上的視覺裝置，使智能小車在給定的區域內沿著軌跡自動行進，在確保穩定性的情況下，速度最快者獲勝，根據路徑判別的原理不同，分為光電組、電磁組和攝像頭組三種類型。本文所述智能車為光電組設計，采用與白色地面顏色有較大差別的黑色線條引導和反射式激光管識別路徑，通過舵機驅動前輪轉向，采用直流電機驅動后輪前進，并采用PWM實現電機的調速，使智能車快速、平穩地行駛。
　　總體設計思想
　　為了能夠自主尋跡行駛，智能車應具有路徑識別、方向控制、速度檢測、驅動控制等功能，根據比賽規定，本設計以飛思卡爾公司提供的比賽專用車模為載體，以飛思卡爾16位微控制器MC9S12XS128單片機作為控制核心，用激光傳感器來進行路徑識別，采用前軸轉向后軸驅動方式。為了精確的控制賽車速度，在智能車后軸上安裝光電編碼器，采集車輪轉速的脈沖信號，由主控制器進行PID自動控制，完成智能車速度的閉環控制。整個智能車的設計可分為硬件設計與軟件設計兩部分。
　　硬件設計
　　硬件系統應包括主控制器選擇、電源管理模塊、尋跡傳感器模塊、測速傳感器模塊、舵機控制模塊以及電機驅動模塊。
　　主控制器模塊
　　本設計以16位微處理器MC9S12XS128為控制核心，最高總線速度40MHz，模數轉換器（ADC）轉換時間3μs，具有出色的EMC功能。主要I/O口的分配如下：PA0～PA7共8位用于小車前面路徑識別的輸入口，PT7用于速度傳感器檢測的輸入口；PWM1用于伺服舵機的PWM控制信號輸出；PWM3、PWM5用于驅動電機的PWM控制信號輸出。
　　電源管理模塊
　　電源管理模塊為各部分提供動力，全部硬件電路的電源由7.2V鎳鎘蓄電池提供，由于系統各模塊所需電壓和電流容量不同，采用芯片LM2940將7.2V蓄電池轉換為5V電源給單片機系統、路徑識別的光電傳感器、光電編碼器等供電，由芯片LM2941提供6V為舵機提供電源，而為了提高伺服電機響應速度，電機模塊直接由7.2V蓄電池提供電源。
　　路徑檢測模塊
　　
　　圖1 總體結構
　　
　　圖2 車體結構和傳感器布局及編碼
　　由于紅外光電傳感器價格便宜，電路設計簡單，所以被經常采用。RPR220是一種一體化的反射型光電探測器，可進行反光性差別較大的兩種顏色（如黑白兩色）的識別，從而判別賽道的方向。
　　本設計共采用8個RPR220型紅外傳感器，水平均布在賽車前部的傳感器板上，由于其前瞻性較差，通常只有3cm~5cm，所以將傳感器板懸伸在車頭前方，采用垂直檢測的方法，如圖2所示。傳感器間距為12mm，小于賽道黑線寬度，保證當賽車在賽道上行駛時始終有傳感器能檢測到黑線。賽車8個傳感器可以檢測到8個精確的位置，加上相鄰兩個傳感器同時檢測到黑線和沒有傳感器檢測到黑線的情況，一共有16種檢測狀態，這樣的橫向檢測精度可以達到6mm，基本滿足尋跡要求。
　　速度檢測模塊
　　測速模塊硬件的主要功能是將頻率隨轉速變化的模擬信號送入信號處理電路，最終轉換成數字脈沖信號。為了精確控制車模運動，我們采用的是單片機控制編碼器的方法來檢測小車的電機轉速。編碼器我們選用OMRON公司生產的一款100線旋轉編碼器OME-100-1N型光電編碼器，按1：1傳動比用一對齒輪與驅動軸連接，驅動軸旋轉一周，編碼器可獲得100個脈沖，單片機通過對脈沖計數就可以得到轉速的具體數值。
　　驅動電機與舵機模塊
　　本設計驅動電機選用直流電機，其控制效果直接影響小車的速度以及前行的穩定性。為了得到較大的驅動能力，最初選用兩片MC33886驅動芯片構成H橋驅動電路，單片機的PP3和PP5引腳輸出的PWM脈沖經6N137光耦隔離后，接入MC33886 H橋輸入端，但由于比賽電機內阻僅為430毫歐，而該集成芯片內部的每個MOSFET導通電阻在120毫歐以上，大大增加了電樞回路總電阻，驅動電路效率較低。后改為兩片BTS7960構成全橋驅動電路，內部MOSFET導通電阻為7+9毫歐，直接與單片機相連，提高了驅動效率。
　　舵機采用的S3010型電機實質是一個位置隨動系統，由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機和控制電路組成，通過內部位置反饋，可使它的舵盤輸出轉角正比于單片機PWM1通道給定控制信號。