2路红外循迹小车

《人工智能导论》期末课程项目 — 基于 STC89C52RC 的双红外传感器循迹小车

项目简介

本项目实现了一台能够沿黑色轨迹线自动行驶的智能小车。小车通过两个红外传感器实时检测地面黑线，经 STC89C52RC 单片机处理后，以 PWM 方式控制电机完成直行、转向、180° 掉头和 90° 转弯等动作。系统采用单定时器 + 任务调度器架构，ISR 极简（仅 PWM + 软件定时器 + 时基标志），所有决策逻辑在 main() 的任务调度循环中执行。

执行环境

项目	说明
MCU	STC89C52RC
主频	12 MHz
开发环境	Keil uVision 5
编译器	C51
烧录工具	STC-ISP
核心硬件	红外传感器 ×2、小黄电机（直流减速电机）×2、L298N 电机驱动模块、4 位共阴数码管

功能说明

1. 2 路红外循迹

• 左右各一个红外传感器，实时检测黑线位置
• 支持四种工况：全白（直行）、右偏（右转）、左偏（左转）、全黑（直行通过）

2. PWM 差速转向

• 通过 Timer 0 产生 20 级 PWM，控制左右电机转速
• 直行两轮同速（SPEED=11）、转弯时内侧减速（SPEED_TURN_INNER=4）、外侧稍快（SPEED_TURN_OUTER=6）

3. 任务调度器架构（非阻塞设计）

• 单定时器（Timer 0）提供 1ms 系统时基
• ISR 仅负责 PWM 生成、软件定时器计数、时基标志置位
• main() 中按优先级调度 7 个任务，通过 task_busy 互斥锁防止冲突
• 所有动作任务（掉头、转弯）均采用非阻塞延时，不影响主循环运行

4. 状态机线计数（三重去抖 + 计数锁）

• 四级状态机：WAIT_BLACK → ON_BLACK → WAIT_WHITE → COUNTED
• 三重去抖机制：进入黑线确认（8ms）、离开黑线确认（8ms）、黑线稳定确认（40ms）
• 计数锁：两次计数间隔 < 380ms 时拒绝计数，有效消除机械抖动误触发

5. 180° 掉头

• 第一圈结束后（第 8 条线）自动触发
• 原地旋转约 447ms 完成掉头，切换至第二圈

6. 90° 转弯（多阶段状态机）

• 第二圈特定位置（第 1/2/5/6 条线）触发
• 四阶段执行：短直行冲线 → 原地左转 → 停车消惯性 → 稳定直行恢复
• 同一条线不会重复触发（last_turn_line 防重入）

7. 两圈赛道自动切换

• 第一圈（FIRST_LAP）：直行 + 180° 掉头
• 第二圈（SECOND_LAP）：直行 + 90° 转弯
• 第二圈结束后（第 8 条线）自动停车，数码管保持显示 8

8. 数码管实时显示

• 4 位共阴数码管动态扫描，实时显示当前经过的线数

系统架构

┌──────────────────────────────────────────┐
│              main() 调度循环               │
│  ┌────────────────────────────────────┐  │
│  │  等待 sys_tick_flag (1ms 节拍)      │  │
│  │  1. Task_UTurn()    180° 掉头       │  │
│  │  2. Task_Turn90()   90° 转弯        │  │
│  │  3. Task_PhaseManager()  阶段管理    │  │
│  │  4. Task_SensorMotor()   循迹+电机   │  │
│  │  5. Task_LineCounter()   计线状态机  │  │
│  │  6. Task_CooldownTimer() 冷却管理    │  │
│  │  7. Task_Display()       数码管刷新  │  │
│  └────────────────────────────────────┘  │
│              ↑ task_busy 互斥锁           │
├──────────────────────────────────────────┤
│           Timer 0 ISR (1ms)               │
│   PWM 生成 + 软件定时器 + sys_tick_flag   │
└──────────────────────────────────────────┘

硬件连接

引脚	功能	说明
P1_2	左电机 IN1	方向控制
P1_3	左电机 IN2	方向控制
P1_4	左电机 PWM	速度控制
P1_5	右电机 PWM	速度控制
P1_6	右电机 IN1	方向控制
P1_7	右电机 IN2	方向控制
P3_3	右红外传感器	黑线检测（0=白/1=黑）
P3_4	左红外传感器	黑线检测（0=白/1=黑）
P3_7	按键	启动按键（低电平触发）
P2_6/P2_7	数码管位选/段选	动态扫描显示

使用说明

1. 用 Keil uVision 5 打开 Track.uvproj 工程文件
2. 编译工程（Build），生成 .hex 文件
3. 通过 STC-ISP 将 .hex 烧录到 STC89C52RC 单片机
4. 将小车放置在赛道起点（黑线上）
5. 按下启动按键，小车开始循迹行驶
6. 小车完成两圈后自动停止，数码管显示 "8"

项目结构

├── main.c                  # 主程序（任务调度器 + 所有功能实现）
├── Track.uvproj            # Keil uVision 5 工程文件
├── Track.uvopt             # Keil 工程选项文件
├── 参考.txt                 # 原始参考代码
├── unit_tests/             # 单元测试（7 个分步测试版本）
│   ├── main_test1_display.c     # 测试1：数码管显示
│   ├── main_test2_turnflag.c    # 测试2：转弯标志位
│   ├── main_test3_stop.c        # 测试3：停车
│   ├── main_test4_single_90.c   # 测试4：单次90°转弯
│   ├── main_test5_multi_90.c    # 测试5：多次90°转弯
│   ├── main_test6_final.c       # 测试6：最终联调
│   └── main_test7_phase2_only.c # 测试7：第二圈专项测试
└── 版本log/                 # 版本迭代记录
    ├── 1.c                      # 初版
    ├── 2.c                      # 第二版
    └── 2.1.c                    # 第二版修订

关键参数

参数	值	说明
SPEED	11	直行 PWM 占空比（/20）
SPEED_TURN_INNER	4	转弯内侧 PWM
SPEED_TURN_OUTER	6	转弯外侧 PWM
UTURN_DURATION	447 ms	180° 掉头时长
TURN90_DURATION	240 ms	90° 转弯时长
TURN90_FORWARD	150 ms	90° 前冲线时间
TURN90_PAUSE	300 ms	转弯后停车消惯性
COOLDOWN_PERIOD	400 ms	计线冷却时间
DEBOUNCE_COUNT	40	黑线去抖阈值
MIN_LINE_INTERVAL	380 ms	计线最小间隔锁

许可证

本项目仅供学习参考，遵循 MIT License。