功能划分
- 循迹功能：使用数字电路实现，通过红外对射管检测地面颜色变化（黑线与白纸），利用74HC00N与非门处理信号，控制电机驱动小车沿黑线行驶。
- 避障功能：采用模拟电路实现，利用LM393比较器搭配红外对射管检测前方障碍物，根据反射红外光的有无控制电机停止或转向。
- 电源与切换：采用两节5号干电池供电，通过三档滑动开关切换循迹、避障功能。
电路设计
- 电源电路：两节1.5V干电池串联提供3V电源，满足芯片最小供电需求。加入100uF滤波储能电容，应对电机启动时的瞬态大电流。
- 电机驱动电路：电池正极接电机正极，负极通过三极管控制导通。循迹或避障信号控制三极管基极，进而控制电机转动。
- 数字信号循迹电路：红外发射管与接收管安装在车前轮两侧。接收管导通截止状态变化，经74HC00N与非门处理，输出信号控制电机实现循迹。
- 模拟信号避障电路：红外发射管与接收管安装在车前两侧。接收管导通截止状态变化，影响LM393比较器输出，控制车轮停止或转向实现避障。
PCB设计
- 外形设计：根据元器件数量、大小及外壳尺寸设计PCB外形，考虑电机与轮胎位置，避免干涉。
- 元器件布局：将各电路模块器件分类放置，利用嘉立创EDA布局传递功能快速布局，红外对射管置于板边减少干扰。
- PCB走线：顶层走线优先，底层辅助；电源线40mil，信号线10mil；GND底层覆铜；走线以直线、钝角或圆弧拐弯为主，最后添加丝印标记。

二、设计原因

功能需求
- 循迹功能：采用数字电路实现循迹，因为数字电路处理信号稳定、可靠，能够准确判断黑线与白纸，从而实现精准的循迹控制。
- 避障功能：选择模拟电路实现避障，模拟电路对信号的处理较为灵活，能够实时感知红外光的变化，快速响应前方障碍物，实现及时的避障动作。
- 电源与切换功能：使用两节干电池供电，简单易得且成本低。设置三档滑动开关切换功能，方便用户根据需求选择循迹或避障模式，操作直观。
电路设计
- 电源电路：加入滤波储能电容，是因为电机启动时电流变化大，电容能够协助电池放电，保证电源稳定，避免因电流波动导致电路故障。
- 电机驱动电路：通过三极管控制电机，是因为三极管具有电流放大作用，能够根据输入信号有效控制电机的启动与停止，实现对小车运动的精准控制。
- 数字信号循迹电路：利用74HC00N与非门处理信号，是因为与非门能够对输入信号进行逻辑判断，将接收管的导通截止状态转换为适合控制电机的高低电平信号，从而实现循迹功能。
- 模拟信号避障电路：采用LM393比较器，是因为比较器能够快速比较输入信号的电平高低，根据红外光的有无准确判断障碍物，输出相应的控制信号实现避障。
PCB设计
- 外形设计：根据元器件和外壳尺寸设计外形，考虑电机与轮胎位置，是为了确保小车整体结构合理，避免元器件与轮胎相互干涉，保证小车的正常运行。
- 元器件布局：将各电路模块器件分类放置，是为了减少不同模块之间的干扰，提高电路的稳定性和可靠性。红外对射管置于板边，是为了减少其他元器件对红外信号的干扰，保证信号的准确性。
- PCB走线：采用特定的走线规则，是为了降低信号干扰，保证信号传输的完整性。电源线较粗是为了满足电机等大电流设备的需求，信号线较细则符合一般信号传输要求。GND底层覆铜能够提供良好的接地，进一步降低干扰。走线以直线、钝角或圆弧拐弯为主，是为了减少信号反射和传输损耗。添加丝印标记是为了方便用户了解PCB板的功能和接口，便于后续的使用和维护。

三、元器件选型

芯片
- 74HC00N与非门：用于数字信号循迹电路，能够对输入信号进行逻辑判断，将接收管的导通截止状态转换为适合控制电机的高低电平信号，实现循迹功能。
- LM393比较器：用于模拟信号避障电路，能够快速比较输入信号的电平高低，根据红外光的有无准确判断障碍物，输出相应的控制信号实现避障。
传感器
- 红外对射管：用于循迹和避障功能，能够发射和接收红外光，通过检测红外光的反射情况判断地面颜色变化（循迹）和前方障碍物（避障）。
控制元件
- 三极管：用于电机驱动电路，具有电流放大作用，能够根据输入信号有效控制电机的启动与停止，实现对小车运动的精准控制。
电源元件
- 5号干电池：作为电源，两节串联提供3V电压，简单易得且成本低，满足芯片和电机的最小供电需求。
- 100uF滤波储能电容：用于电源电路，能够协助电池放电，应对电机启动时的瞬态大电流，保证电源稳定。
其他元件
- 三档滑动开关：用于切换循迹、避障功能，方便用户根据需求选择模式，操作直观。