基于STC12C5A60S2的教育機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：主要介紹以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的教育機(jī)器人設(shè)計(jì)，闡述了教育機(jī)器人的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件模塊以及控制算法設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的紅外光電檢測陣列和模糊自整定PID控制器，使教育機(jī)器人在行走時(shí)更平穩(wěn)，且控制方法簡單、實(shí)用。該系統(tǒng)可用于無人駕駛、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(jī)器人進(jìn)行課堂教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。本文設(shè)計(jì)的教育機(jī)器人通過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(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)教育機(jī)器人的智能巡航并將機(jī)器人的狀態(tài)顯示輸出。

1 機(jī)器人的組成及工作原理
機(jī)器人由硬件和軟件兩部分組成。采用STC12CSA60S2單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心部件，完成路面信息檢測、直流電機(jī)控制、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測、數(shù)碼管顯示、蜂鳴器報(bào)警以及鍵盤輸入等功能，硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

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

2 STC12系列單片機(jī)
本文采用的STC12C5A60S2單片機(jī)是是宏晶科技生產(chǎn)的STC12系列單片機(jī)。該單片機(jī)是單時(shí)鐘／機(jī)器周期(1T)，具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾和無法解密諸多優(yōu)點(diǎn)。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8-12倍。工作電壓為3．3 V～5．5 V(5V單片機(jī))，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，具有看門狗和EEPROM功能，并且內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。

3 硬件設(shè)計(jì)
3．1 系統(tǒng)電源
由于電機(jī)在啟動(dòng)瞬間電流很大，要求電源有足夠大的驅(qū)動(dòng)能力，因此系統(tǒng)采用雙電源供電方式。利用LM7805將12 V鋰電池組電壓轉(zhuǎn)換為5 V穩(wěn)壓電源給單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、路面檢測電路、數(shù)碼管顯示電路和電機(jī)測速電路供電。而電機(jī)驅(qū)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(jī)驅(qū)動(dòng)電路
本系統(tǒng)使用的直流電機(jī)額定電壓為12 V，額定轉(zhuǎn)速為300 rpm。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不僅穩(wěn)定性好，大大地簡化驅(qū)電路，而且驅(qū)動(dòng)能力大，有利于電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。