用STC12C5A60S2的智能循迹小车
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2020-07-30
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用用STC12C5A60S2的智能循迹小车的智能循迹小车
本设计中的智能循迹小车，采用 TＲCT5000 红外传感器为循迹模块，单片机 STC12C5A60S2 为控制模
块，L298N 为电机驱动模块，LM2940 为电源模块。
引 言
自动循迹小车控制系统，也就是最简单的轮式机器人，适合在一些特殊环境中工作，因其成本低廉，目前已在许多工业场合获
得广泛应用。例如在高温高压环境、有毒有害气体环境以及外星探测等都有机器人的应用，所有这些应用正逐步渗入到工业生
产和我们日常生活的各个层面。智能小车是一个集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了
计算机、传感、信息、通讯及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。本文采用红外传感器 TCＲT5000，单片机
STC12C5A60S2 为控制核心，设计了一种具有自动循迹功能的小车系统，该智能循迹小车能沿黑色引导轨迹前进。通过构建
由单片机最小系统、电源电路、电机驱动电路、循迹电路等组成的智能小车系统，实现小车智能循迹的功能。
1 系统结构设计
1． 1 智能循迹小车系统整体结构
智能循迹小车系统以模块化的设计思想为主导，主要包括供电电池、稳压电源模块、电机驱动模块、STC12C5A60S2 单片机
最小系统模块、循迹传感器模块等。智能循迹小车的工作过程是: 8 个光电传感器探测路径信息，并将这些信息输入到单片机
控制系统，
单片机进行分析处理，通过控制算法对驱动系统发出控制命令，驱动小车左、右轮的电机使小车沿着指定的黑线轨迹前进。系
统结构如图 1 所示。
1．2智能循迹小车系统原理
本设计中，智能小车采用后轮驱动，后轮左右两边各用一个电机驱动，由单片机输出PWM调制信号控制后面两个轮子的转速
从而达到控制转向的目的，前轮是万向轮，起支撑的作用。循迹的路径是用黑色胶带在白色地板上黏出一条首尾相连的跑道，
黑色胶带的宽度为2cm左右。循迹传感器采用TＲCT5000红外对管反射式光电传感器，呈“一字型”安装在车的前端。循迹是指
小车在白色的地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不一样，控制芯片根据循迹传感器模块返回的信号来
判断“道路”的情况。小车在行驶过程中，红外对管传感器地发射管不断的发射红外光，当红外光遇到白色地板产生漫反射，反
射光被红外对管的接收管接收;如果遇到黑线则红外光被吸收，红外对管的接收管接收不到红外光，该信号的变化通过电路转
化为高低电平的变化，单片机检测传感器信号的变化，进行分析再做出相对应的响应。本设计中采用了8对红外对管传感器，
采用“一字型”分布，当中间的传感器检测到黑线时，小车直线前进;当靠左边的传感器检测到黑线时，小车向左拐;当靠右边的
传感器检测到黑线的时候，小车向右拐。采用多个红外对管传感器可以使小车的行驶更加灵活，拐弯时更加顺畅。另外，红外
对管传感器离地面垂直距离为4cm左右，能在没有强光的干扰下，完全满足自动循迹的要求，具有很好的可靠性与抗干扰能
力。
2硬件电路设计
2．1STC12C5A60S2单片机最小系统模块
单片机是整个智能循迹小车的核心，控制系统的所有模块工作。本系统中，考虑到小车的控制系统需要用到两路的PWM脉冲
调制、较大的Flash存储空间和较快的数据处理能力，所以采用的是STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2使用宏晶科技
高密度非易失性存储器技术制造，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051，但速度快
8 ～ 12 倍。片上具有 8 kbyte 在系统可编程 Flash 存储器，Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯
片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统可编程 Flash ，使得 STC12C5A60S2为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活超有效的
解决方案。
STC12C5A60S2 具有以下标准功能: 8 kbyte Flash，256 byte ＲAM，32 个 I /O 口线，看门狗定时器，8 路 10位精度的 AD
转换，2 路 PWM，2 个数据指针，4 个 16位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电
路。另外，STC12C5A60S2可降至 0 Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许
ＲAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ＲAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，
直到下一个中断或硬件复位为止。所以本设计采用该芯片作为控制处理器。
2． 2 稳压电源模块
在本设计中，因为考虑到小车电机的灵活工作需要较大的驱动能力，系统供电需要较高的电压和较大的驱动电流，所以系统的
供电采用的是 7． 2 V 的镍镉充电电池。
在该智能小车系统中，除了电机的工作电源使用7． 2 V 镍镉电池直接供电外，系统各模块的工作电压都是 5 V。稳压模块的
原理图如图 3 所示，采用的是LM2940 低压差三端稳压器，LM2940 具有大电流、低功耗、电路简单可靠等优点。该稳压芯片
输出电压 5V，最大电流可达 1 A，最小输入输出电压差小于 0． 8V，最大输入电压 26 V，内含有电流限制、过热保护、电池
反接保护电路。
2． 3 电机驱动模块
资源评论
谭隽2021-01-22参考价值一般
Nebulaoffire2023-05-17毫无参考价值
