【正文】 52：l 主要性能：與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線 、三個16位定時器/計數(shù)器八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符。缺點(diǎn)：運(yùn)算速度慢，數(shù)字外設(shè)少，片內(nèi)沒有AD轉(zhuǎn)換器，不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，接口電路比較復(fù)雜。故我們決定采用AT89S52單片機(jī)作為我們的主控制器。因此主控芯片要能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定及達(dá)到系統(tǒng)的要求。為完成相應(yīng)功能，系統(tǒng)可以劃分為以下幾個基本模塊：電源模塊、電動機(jī)驅(qū)動模塊、尋跡線探測模塊、平衡狀態(tài)檢測模塊、信息顯示模塊。全文在第二章主要介紹各個部分電路以及原理，而第三章主要介紹第二章的電路原理對應(yīng)的硬件系統(tǒng)，第四章介紹硬件系統(tǒng)對應(yīng)的軟件內(nèi)容，包括單片機(jī)內(nèi)核程序，上位機(jī)界面程序簡介等等。圖形是通過行掃描，對應(yīng)直接輸入8位列信號最后形成圖形的。尋跡部分：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝反射式光電黑白線傳感器，實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)行位置的檢測，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行對小車的控制并且實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的反饋顯示[6] [7]。以太網(wǎng)控制部分利用PC上位機(jī)定義網(wǎng)絡(luò)端口（Port80）通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑NE100TL模塊中，利用模塊將網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)化為串口信號，將指令送入MCU中對小車實(shí)現(xiàn)控制。 本文的研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)本文以小車的控制為研究對象，以AT89S52 單片機(jī)為核心，以ZNE100TL模塊為以太網(wǎng)接口，設(shè)計了一個基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程小車控制系統(tǒng)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，新的數(shù)控機(jī)床大都提供了以太網(wǎng)接口，目前以太網(wǎng)主要用于把數(shù)控機(jī)床接入管理網(wǎng)絡(luò)，有些實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線通信，但在設(shè)備級還存在著無法實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、傳輸速度慢、實(shí)時性差、可靠性差等缺點(diǎn)。將以太網(wǎng)應(yīng)用于控制層和現(xiàn)場層的數(shù)控系統(tǒng)上，由于其MAC 層協(xié)議采用CSMA/CD，具有排隊延遲不確定的缺陷，使之無法在工業(yè)控制中得到有效使用。以太網(wǎng)的飛速發(fā)展，以其低成本、高穩(wěn)定和可靠性、應(yīng)用廣泛和支持技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為通信領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。 以太網(wǎng)研究現(xiàn)狀目前高檔數(shù)控系統(tǒng)大多采用現(xiàn)場總線來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的要求。目前機(jī)器人的研究正向著復(fù)雜型、智能型、自主型發(fā)展，機(jī)器人與人類生活聯(lián)系得越來越緊密。這種機(jī)器人裝有多種傳感器，并能將多種傳感器探測到的信息進(jìn)行“融合”(多傳感器的信息融合)并做出相應(yīng)決策，自主完成某一項任務(wù)。它與這幾年迅速發(fā)展起來的傳感器、微機(jī)技術(shù)和仿生學(xué)、控制理論等有密切關(guān)系。第二代是具有一定感覺功能和自適應(yīng)能力的離線編程機(jī)器人。目前已經(jīng)普及化，它是依靠人們給予程序，能重復(fù)進(jìn)行多種操作的系統(tǒng)。 小車控制以及以太網(wǎng)技術(shù)技術(shù)研究現(xiàn)狀 智能小車研究現(xiàn)狀機(jī)器人的發(fā)展大致經(jīng)過三代的演變。作為20世紀(jì)自動化領(lǐng)域的重大成就，機(jī)器人已經(jīng)和人類社會的生產(chǎn)、生活密不可分。 “工欲善其事，必先利其器”。而智能小車，也就是輪式機(jī)器人，最適合在那些人類無法工作的環(huán)境中工作，該技術(shù)可以應(yīng)用于無人駕駛機(jī)動車，無人生產(chǎn)線，倉庫，服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域。以太網(wǎng)作為目前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，憑借其開放性好、成本低廉、數(shù)據(jù)傳輸率高等諸多優(yōu)勢，在工業(yè)自動化和過程控制領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用[1]。北京工商大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）基于以太網(wǎng)的自動尋跡小車設(shè)計畢業(yè)論文第一章 前言 課題研究的背景和意義計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，引發(fā)了遠(yuǎn)程監(jiān)測、監(jiān)控領(lǐng)域深刻的技術(shù)變革。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、開放性方向發(fā)展將是技術(shù)發(fā)展的主要潮流。依靠以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享，給辦公自動化帶來很大的變革，對系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。所有這些用途正逐步滲入到工業(yè)和社會的各個層面[2]。人類在認(rèn)識自然、改造自然、推動社會進(jìn)步的過程中，不斷地創(chuàng)造出各種各樣為人類服務(wù)的工具，其中許多具有劃時代的意義。因此為了使智能小車工作在最佳狀態(tài)，進(jìn)一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的[3]。第一代是可編程的示教再現(xiàn)型機(jī)器人。由于其不具有傳感器的反饋信息，因此不能在作業(yè)過程中從外界不斷獲取信息，來改善其自身的行動品質(zhì)，故其應(yīng)用范圍和精度受到限制。此種機(jī)器人配備了簡單的內(nèi)、外部傳感器，能對自身的實(shí)際位置、方向等進(jìn)行測量，能通過“視覺”、“觸覺”等傳感能力對外部環(huán)境進(jìn)行實(shí)際探測，從而由這些反饋信息在事先編好的算法和程序指導(dǎo)下對操作過程進(jìn)行調(diào)整。第三代機(jī)器人是能感知外界環(huán)境與對象物，并具有對復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，對自己行為做出自主決策能力的智能機(jī)器人。它能有效地適應(yīng)變化的環(huán)境，具有很強(qiáng)自適應(yīng)能力，是具有自學(xué)習(xí)和自治(自主決策)功能的智能機(jī)器人。作為現(xiàn)代機(jī)器人中一個重要分支的移動式機(jī)器人是一個相當(dāng)活躍的研究領(lǐng)域[4][5]。現(xiàn)場總線一般采用專用硬件，雖然實(shí)時性好，但標(biāo)準(zhǔn)過多互不兼容，硬件成本高，傳輸速度低，與管理級（如企業(yè)信息化）很難兼容，現(xiàn)場總線也已經(jīng)逐步向以太網(wǎng)靠攏。但其在商用上的成功并不能掩蓋其在工業(yè)應(yīng)用中的缺陷。響應(yīng)時間的“不確定性”（即實(shí)時性差）和系統(tǒng)內(nèi)各模塊的“不同步性”成為了阻礙以太網(wǎng)技術(shù)“一網(wǎng)到底”的瓶頸。以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被工業(yè)自動化系統(tǒng)廣泛接受，以太網(wǎng)技術(shù)從現(xiàn)場向設(shè)備滲透是一個大的趨勢。根據(jù)題目的要求，確定如下方案：通訊部分：分為以太網(wǎng)口控制和串口直接控制兩部分。串口部分則是直接利用PC上位機(jī)串口COM1(Port4001)對小車進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳輸。顯示部分：利用8*8 LED點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)圖形的拼湊。對應(yīng)小車不同的運(yùn)行狀態(tài)，形成箭頭圖形，顯示小車運(yùn)行的狀態(tài)和方向。第二章 方案設(shè)計與論證 系統(tǒng)組成方案AT89S52單片機(jī)根據(jù)題目的基本要求，設(shè)計任務(wù)主要完成電動車在規(guī)定時間內(nèi)按規(guī)定路徑穩(wěn)定行駛，并能具有保持平衡功能，同時對行程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示。： RS232上位PC機(jī)小車控制電路LED點(diǎn)陣顯示 RS232以太網(wǎng)ZNE100TL光電傳感器檢測 系統(tǒng)框圖 微控制器的選擇 主控芯片是整個系統(tǒng)的核心，通過外部采樣決定整個系統(tǒng)的工作情況。 由于我們大學(xué)期間學(xué)習(xí)并使用的主要是51系列的單片機(jī)控制芯片，相對比較熟悉。優(yōu)點(diǎn)是：價格低廉，程序資源豐富，技術(shù)比較成熟。下面對AT89S52作簡要介紹。l 功能特性描述：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。l 引腳介紹P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在Flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（TTL）。 P1口引腳的第二功能引腳號第二功能T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出；T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）；MOSI（在系統(tǒng)編程用）；MISO（在系統(tǒng)編程用）；SCK（在系統(tǒng)編程用）；P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（TTL）。在使用 8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 　　在Flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。RST——復(fù)位輸入。ALE/PROG——當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。EA/VPP——外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 電機(jī)及驅(qū)動芯片的選擇與設(shè)計 方案1：選用步進(jìn)電機(jī)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）。步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩較小，不能滿足小車爬坡的要求。 方案2：選用直流電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。利用脈寬調(diào)制（PWM）可以很容易地改變直流電機(jī)的速度，甚至可以達(dá)到步進(jìn)的效果。 經(jīng)比較驗證，顯然方案1的步進(jìn)電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且性價比不高，而方案2的直流電機(jī)與小車本是一體的，性能也比較好，由于本系統(tǒng)對時間的要求不高，采用減速直流電機(jī)完全可以滿足要求。因此采用方案2，選用性價比相對比較高的減速直流電機(jī)。工作時，單片機(jī)向L298N的ENA、ENB兩口發(fā)送PWM波來控制左右兩電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如當(dāng)IN1為高電平，IN2為低電平時，OUT輸出穩(wěn)定的5V電壓，OUT2輸出0V電壓，使電機(jī)A正向旋轉(zhuǎn)，控制小車前進(jìn)。方案1：采用CCD單色攝像頭，配計算機(jī)主板及圖像采集卡來識別黑背景下的白線，目前做的比較成熟，效果相當(dāng)好。 方案2：采用紅外發(fā)射接收對管傳感器。該傳感器雖然靈敏度高，且容易購買，但是集成度比較低，需要輔助電路才能返回TTL電平，因此造成不便。光敏電阻的電阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。因此光敏電阻在蹺蹺板白線上方時阻值會發(fā)生明顯變化，而且有集成度高的封裝元件，且價格便宜。經(jīng)過比較，我們在這一模塊采用方案3，使用TK20黑白線檢測傳感器，將三個傳感器固定在小車前端的底盤上。 黑白線檢測傳感器外貌及外部電路 顯示模塊的選擇與設(shè)計 方案1：采用LCD液晶顯示。 方案2：采用LED數(shù)碼管顯示。缺點(diǎn)是顯示信息比較少，沒有LCD顯示的豐富。當(dāng)小車尋跡時，會顯示小車的運(yùn)動動作如直行時，顯示向前的箭頭，左轉(zhuǎn)時顯示左轉(zhuǎn)的箭頭等。單片機(jī)I/O口輸出的電壓雖然在理論上能夠達(dá)到5V，但是加上負(fù)載以后往往不能達(dá)到這樣的數(shù)值，這也就是電機(jī)、LED都需要加驅(qū)動電路的原因。加入驅(qū)動之后就可以正常顯示了，否則LED燈不會被點(diǎn)亮。系統(tǒng)通過串口接收上位PC傳送來的指令，然后由單片機(jī)對指令進(jìn)行分析，再進(jìn)一步對電機(jī)驅(qū)動模塊輸出控制電平，實(shí)現(xiàn)對小車的控制。而每當(dāng)單片機(jī)接收到指令時，單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送反饋數(shù)據(jù)。不僅沒有減少我們的工作量，而且冗余的器件又加大了車體的質(zhì)量，使小車的機(jī)動性大大降低。一來自制電路板有較大的自由度，可以按照自己的想法安排硬件的位置；二來自制電板更利于在車體安裝，可以方便的打孔，撮掉棱角。： 自制系統(tǒng)板 我們的電機(jī)使用原車自帶的直流電機(jī)，加以齒輪減速，這樣的好處是可以將電機(jī)很好的固定在車架上。：L298N附帶散熱片 驅(qū)動芯片L298N 車架的選擇 我們的車架采用的是從市場上購買的專門用來做小車的車架，不僅自帶電機(jī)、固定方便，還配有小塊的電路板，可以在上面焊接一些簡單的電路。： 車架 電源的選擇 考慮到我們的系統(tǒng)板可以使用USB供電，故我們將系統(tǒng)板的正負(fù)電源送給電機(jī)和傳感器，這樣我們只要給系統(tǒng)板供電就可以了，而我們小車運(yùn)行的路線是固定的，距離也不是很遠(yuǎn)，使用USB延長線完全可以勝任，所以我們整個系統(tǒng)采用USB供電。 尋線傳感器電路以及顯示電路 我們的尋線傳感器使用黑白線檢測傳感器，這樣可以利用黑白線反射率的不同而將黑白線區(qū)分開來，在車頭頂部兩裝3個黑白線傳感器來尋線，3個傳感器更能準(zhǔn)確的讓車識別軌跡。同時，由于自制單片機(jī)系統(tǒng)板的我來說，如果燒錄程序只能通過燒寫器來完成，插拔單片機(jī)就會成為調(diào)試單片機(jī)時的一種障礙，因為多次插拔往往容易損壞引腳，造成單片機(jī)的浪費(fèi)。而且這也成為選擇AT89S系列單片機(jī)而不使用AT89C系列單片機(jī)的重要原因 [10]。第二，先得了解AVR單片機(jī)M8的基本資料。我一開始考慮的是自己制作電路，但是由于時間緊迫而且擔(dān)心穩(wěn)定性問題就選擇了購買成熟的模塊，一來價格便宜（遠(yuǎn)比燒寫器便宜），二來保證其工作的效率。不同的PC軟件對應(yīng)的引腳圖實(shí)際上是有差別的，而利用成品的模塊也方便了許多。ZNE100TL 是周立功公司開發(fā)的一款嵌入式以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口模塊，它內(nèi)部集成了TCP/IP 協(xié)議，配有32位ARM7CPU、16KB RAM、128KB FLASH 和10M以太網(wǎng)接口，支持RS232 和RS485 接口，支持動態(tài)或靜態(tài)獲取IP 地址，有TCP Server，TCP Client，UDP，Real COM driver，Group Mode 等多種工作方式，可使用網(wǎng)頁瀏覽器進(jìn)行配置，提供通用配置函數(shù)庫，方便用戶使用VC、VB、Delphi 和C++Builder 開發(fā)應(yīng)用程序。ZNE100T 以太網(wǎng)模塊的波特率、開始位、停止位以及工作方式通過配置軟件來設(shè)計。在TCP服務(wù)器（TCP Server）模式下，ZNE100TL模塊不會主動與其它設(shè)備連接。通訊的核心是IP地址，通訊端口等通訊設(shè)置的有關(guān)配置。ZNE100TL的IP與PC不同為：，其他與PC設(shè)置相同。在本設(shè)計中設(shè)定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如下：網(wǎng)頁端口80，命令