基于STC12C5A60S2的教育機器人的設計與實(shí)現

摘要：主要介紹以STC12C5A60S2單片機為核心的教育機器人設計，闡述了教育機器人的硬件電路設計、軟件模塊以及控制算法設計。系統設計的紅外光電檢測陣列和模糊自整定PID控制器，使教育機器人在行走時(shí)更平穩，且控制方法簡(jiǎn)單、實(shí)用。該系統可用于無(wú)人駕駛、自動(dòng)探測等人工智能等領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2；紅外光電檢測陣列；模糊自整定PID控制

0 引言
目前許多高等教育院校采用教育機器人進(jìn)行課堂教學(xué)和培養學(xué)生的創(chuàng )新能力。本文設計的教育機器人通過(guò)紅外光電傳感器陣列檢測路面信息并利用模糊自整定PID算法將采集的路面信息和電機運行數據進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現教育機器人的智能巡航并將機器人的狀態(tài)顯示輸出。

1 機器人的組成及工作原理
機器人由硬件和軟件兩部分組成。采用STC12CSA60S2單片機作為系統控制的核心部件，完成路面信息檢測、直流電機控制、電機轉速檢測、數碼管顯示、蜂鳴器報警以及鍵盤(pán)輸入等功能，硬件系統框圖如圖1所示。

軟件部分主要完成路況檢測、PID電機控制、輸入輸出人機接口，可實(shí)現各種機器人巡航動(dòng)作、智能循跡等功能。

2 STC12系列單片機
本文采用的STC12C5A60S2單片機是是宏晶科技生產(chǎn)的STC12系列單片機。該單片機是單時(shí)鐘／機器周期(1T)，具有高速、低功耗、超強抗干擾和無(wú)法解密諸多優(yōu)點(diǎn)。指令代碼完全兼容傳統8051，速度快8-12倍。工作電壓為3．3 V～5．5 V(5V單片機)，有6個(gè)16位定時(shí)器，兼容普通8051的定時(shí)器或4個(gè)外部中斷，具有看門(mén)狗和EEPROM功能，并且內部集成MAX810專(zhuān)用復位電路。

3 硬件設計
3．1 系統電源
由于電機在啟動(dòng)瞬間電流很大，要求電源有足夠大的驅動(dòng)能力，因此系統采用雙電源供電方式。利用LM7805將12 V鋰電池組電壓轉換為5 V穩壓電源給單片機最小系統電路、路面檢測電路、數碼管顯示電路和電機測速電路供電。而電機驅動(dòng)電路直接由另外一組鋰電池輸出的12 V電壓直接供電。
3．2 電機驅動(dòng)電路
本系統使用的直流電機額定電壓為12 V，額定轉速為300 rpm。電機驅動(dòng)電路采用專(zhuān)用芯片L298N作為電機驅動(dòng)芯片。用該芯片作為電機驅動(dòng)，不僅穩定性好，大大地簡(jiǎn)化驅電路，而且驅動(dòng)能力大，有利于電機轉速的穩定。電機驅動(dòng)電路如圖2所示。