基于STC12C5A60S2智能小車控制系統設計

【摘要】本設計的智能電動小車，由主控模塊，超聲波傳感器模塊，光電尋跡傳感器模塊，舵機驅動模塊等組成，以STC12C5A60S2單片機為核心，完成路面信息檢測、尋跡避障、可程控行駛速度、準確定位停車等功能這種方案能實現對電動車的運動狀態進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高。

【關鍵詞】光電檢測；電動小車；智能控制；超聲波測距

自第一臺智能小車誕生以來，智能小車的發展已經遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領域。一方面由于智能小車的智能水平不斷提高，人們在不斷探討、改造。認識自然的過程中，制造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。本文介紹了基于STC12C5A60S2單片機控制的智能小車控制系統。

1.智能小車總體設計

該智能小車由兩個舵機、超聲波傳感器、顏色傳感器、光電尋跡模塊、晶振、蜂鳴器、尾輪、車輪、及電路板等組成。該小車由前左右兩輪和尾輪組成三角支撐點，使小車在行進中更加穩固，不容易傾斜、翻倒。尾輪轉動方向能夠隨時改變，增加了小車的靈活性。通過觀察發光二極管的個數，可以知道光電尋跡模塊的工作狀態，結構簡單，操作便捷，節能。

智能小車控制選用STC12C5A60S2單片機。在賽道的出發位置由手動啟動小車，小車的蔽障功能是由于小車上裝有超聲波傳感器和紅外光電傳感器，所以賽道用黑色膠帶布置，方便檢測。小車啟動后單片機開始計數顯示蔽障、調速功能。智能小車在行駛過程中，采用雙極式H型PWM脈寬調制技術，以提高系統的靜動態性能，小車結構圖如圖1所示。

2.系統硬件構成

根據設計要求，系統可以劃分為控制部分和信號檢測部分。其中控制部分包括：控制器模塊，舵機驅動模塊，顯示模塊。信號檢測部分包括：黑帶檢測模塊，距離檢測模塊和障礙物檢測模塊，模塊框圖如圖2所示。

2.1 中央處理器模塊

小車采用STC12C5A60S2單片機為控制核心控制小車全程行駛，包括尋跡，躲避障礙物，車調速等功能。是高速/低功耗/超強干擾的新一代8051單片機，此單片機幾乎包含了數據采集和控制中所需的所有的單元模塊，可稱的上是一個片上系統。指令代碼完全兼容傳統的8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，在工作中在內部R/C振蕩器頻率，針對電機控制，避免強干擾場合。

2.2 光電尋跡模塊

尋跡采用反射式光電傳感器，反射式光電傳感器具有一對紅外信號發射與接收二極管，發射管發射一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當紅外的檢查方向遇到障礙物（反射面）時，紅外信號反射回來被接收管接收。經處理之后，通過數字傳感器接口返回微控制器，微控制器可利用紅外波的返回信號來識別周圍環境的變化。如圖3所示，當遇到黑線時，圖中三極管C9012導通，反相器輸入口處檢測到低電平，經反相器后變為高電平，供單片機識別，同時指示燈被點亮，圖中滑動變阻器，可方便改變光電傳感器的輸入電流，從而改變靈敏度，圖中0.1uF電容，可減少電路中“毛刺”，以增加電路的抗干擾能力。系統尋跡圖如圖3所示。

2.3 超聲波障礙檢測

本設計探測小車前方障礙物的檢測元件是T/R-40-12小型超聲波傳感器，中心頻率為40Hz，單片機STC12C5A60S2發出的40KHz脈沖信號可以驅動超聲波傳感器發出40KHz的脈沖超聲波信號，當智能小車前進時前方遇到障礙物，超聲波信號被障礙物反射回來，由接收器接收，反射回來的信號經LM318兩級放大，再經過有鎖相環的音頻解碼芯片LM567解碼，當LM567的輸入信號大于25mV時，輸出端由高電平變為低電平，送STC12C5A60S2單片機處理。超聲波檢測如圖4所示。

2.4 顯示模塊

采用8位LED七段數碼管，4位數碼管顯示時間，4位數碼管顯示路程，采用ZLG7289驅動，實現單片機I/O口的并用，電路結構簡單，模擬顯示屏可以提供各種全彩效果及動態顯示圖像字符，可以采用脫機控制或計算機連接實行同步控制。數碼管控制器可以單獨控制，也可多臺聯機控制，數碼管安裝編排方式任意，適合各種復雜工程需求。

2.5 電源模塊

使用兩節3.2V鋰離子電池供電，鋰電池電壓平臺高，單體電池的平均電壓為3.7V或3.2V，約等于3只鎳鎘電池或鎳氫電池的串聯電壓，便于組成電池電源組。相對鉛酸電池而言鋰電池重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產品的1/5-6，重量輕有利于電動小車在行進過程中節省電能，為小車完成其他功能提供充足的電能。自放電率低，無記憶效應。

3.系統測試

對各個模塊的功能進行調試，主要調試各模塊能否實現指定的功能，查看硬件電路的連接是否與邏輯圖一致，用萬用表檢測有無短路或斷路現象，器件的規格、極性是否有誤。檢查完畢，用萬用表測量一下電路板正負電源兩端之間的電阻，排除電源短路的可能性。如圖5所示系統程序邏輯框圖。圖6所示為智能小車測試。

4.結論

這次設計的智能小車系統基本達到了預期目標，實現了既定功能。這次系統設計深入的了解STC12C5A60S2系統單片機的工作原理，提高了對其的運用能力。總體設計合理，是主流的智能化的信息融合技術的設計理念，功率較低，有廣闊的發展前景，其中也有不足之處，有待改進。

參考文獻

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作者簡介：孫學智（1982—），男，吉林長春人，碩士，吉林工業職業技術學院自動化系助教，研究方向：電氣自動化。