基于STC12C5A60S2的教育機(jī)器人的設(shè)計(jì)

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16位定時器，兼容普通8051的定時器或4個外部中斷，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)在啟動瞬間電流很大，要求電源有足夠大的驅(qū)動能力，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)動電路采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動芯片。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動，不僅穩(wěn)定性好，大大地簡化驅(qū)電路，而且驅(qū)動能力大，有利于電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。電機(jī)驅(qū)動電路如圖2所示。