基于ethernet的自動尋跡小車(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 。（由于本設計所用到的 AT89S52 單片機功能，89C51 單片機完全具備，故本設計電路圖中以 89C51 單片機代替 AT89S52 單片機，下同）圖 電機驅動電路 尋跡模塊的設計方案論證和選擇這一模塊是整個系統的核心模塊之一，主要功能是完成小車尋著路面黑面上的白線行駛，保證小車直行，從而保證了平衡時的精確度，也可以很好地完成讓小車一直在板上行駛的要求。14方案一：采用 CCD 單色攝像頭。使用 CCD 傳感器，可以獲取大量的圖像信息，可以全面完整的掌握路徑信息，可以進行較遠距離的預測和識別圖像復雜的路面而且抗干擾能力強。目前做的比較成熟，效果相當好。但是對于本項目來說，使用 CCD 傳感器也有其不足之處。首先使用 CCD 傳感器需要有大量圖像處理的工作，需要進行大量數據的存儲和計算。因為是以實現小車視覺為目的，實現起來工作量較大，處理電路復雜且成本高。方案二：采用紅外發射接收對管傳感器。紅外發射管發出紅外線，當發出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發射管發出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。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。方案三：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時，光線發射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發生明顯的變化。將阻值的變化值經過比較器就可以輸出高低電平。因此光敏電阻在蹺蹺板白線上方時阻值會發生明顯變化，而且有集成度高的封裝元件，且價格便宜。而且這種方案受光照影響不大，工作比較穩定。經過比較，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。根據黑線吸收光，白紙反光的原理從而輸出不同的門限。 顯示模塊的設計方案論證和選擇方案一：采用 LCD 液晶顯示。優點是顯示信息豐富，功耗低，體積小，畫面效果好，分辨率高，人機界面友好，但液晶需要利用控制芯片創建字符庫，編程量大，占用資源多，可視性較差，成本也比較高。方案二：采用 LED 數碼管顯示。優點是對外界環境要求比較低，顯示明顯，亮度較高，造價低廉，編程控制容易，如果接口不夠用，還可以使用串并轉換芯片進行驅動。缺點是顯示信息比較少，沒有 LCD 顯示的豐富。由于本系統只用顯示運行狀態，且 LED 數碼管質量比較輕，利于小車行走，可視性好，成本低，控制方便，故選擇 1 個 8*8 LED 數碼管作為系統的顯示部15分。當小車尋跡時，會顯示小車的運動動作如直行時，顯示向前的箭頭，左轉時顯示左轉的箭頭等。點陣式 LED 顯示器采用逐行掃描式工作。要使點陣顯示出一個的字符的編程方法是：首先向字形行掃描碼鎖存器輸出行掃描碼，選通第一行，同時向字符鎖存器列寫入該行的字型碼，完成一行的掃描。然后，按相同的方式選通第二行，寫第二行的字型碼……由此類推，逐行掃描，直到寫完所有行的字型碼，完成一個字符的一遍掃描。圖 是本文設計的顯示電路模塊，其包括的硬件有 8*8 LED 點陣、74LS245（LED 驅動芯片）。單片機 I/O 口輸出的電壓雖然在理論上能夠達到5V，但是加上負載以后往往不能達到這樣的數值，這也就是電機、 LED 都需要加驅動電路的原因。本系統要使用 8*8 LED 點陣顯示小車運行的狀態，所以必須加入驅動電路，驅動芯片為 74LS245。加入驅動之后就可以正常顯示了，否則 LED 燈不會被點亮。圖 顯示電路 系統原理圖整個系統由顯示模塊、電機驅動模塊、串口接收模塊、尋跡傳感器接收模塊組成。系統通過串口接收上位 PC 傳送來的指令，然后由單片機對指令進行16分析，再進一步對電機驅動模塊輸出控制電平，實現對小車的控制。當單片機接收到指令自動尋跡時，單片機進入尋跡子程序，此時由傳感器對黑白線進行檢測，并自動控制電機的轉動同時顯示模塊同步對小車運行的方向進行顯示。而每當單片機接收到指令時，單片機向 PC 機發送反饋數據。 (圖 中左下角用開關狀態代替傳感器檢測的高低電平)圖 系統電路原理圖 以太網數據的傳輸以太網數據傳輸模塊是本系統的核心模塊之一，而系統的以太網功能是通過 ZNE100TL 模塊實現的。ZNE100TL 是廣州致遠電子有限公司開發的一款多功能型嵌入式以太網串口數據轉換模塊，它內部集成了 TCP/IP 協議棧，用戶利用它可以輕松完成嵌入式設備的網絡功能，節省人力物力和開發時間，使產品更快的投入市場，增強競爭力。 ZNE100TL 模塊集成 10/100M 自適應以太網接口,串口通信最高波特率高達 ，具有 TCP Server, TCP Client, UDP 和 Real COM driver 等多種工作模式,支持最多四個連接，支持域名訪問等功能。17一般情況下，模塊可以供用戶進行二次開發，使用戶的產品從串口升級到以太網接口。而評估板加模塊的一般應用是，使用它們做一個橋接的功能，以太網連接到網絡上，然后串口連接到用戶的設備，讓 PC 機可以通過網絡來控制用戶的設備，如圖 所示。圖 以太網數據傳輸示意圖在本設計中，設置其波特率為 9600b/s（考慮到單片機于 PC 本身的通訊），開始位為 1 位，停止位為 1 位，工作方式為 TCP Sever。在 TCP 服務器（TCP Server）模式下，ZNE100TL 模塊不會主動與其它設備連接。它始終等待客戶端（TCP Client ）的連接，在與客戶端建立 TCP 連接后即可進行雙向數據通信。通訊的核心是 IP 地址，通訊端口等通訊設置的有關配置。在本設計中使用ZNE100TL 以太網轉串口模塊默認的 IP 地址為： ，子網掩碼： 。由于本模塊需要建立 PC 和 ZNE100TL 在同一網段，設定 PC機情況如下 IP 地址：，子網掩碼： ，默認網關：，DNS 服務器：，備用 DNS 服務器：。另外一項重要的屬性是端口 PC 的通訊端口的配置，一共有 1~65534 端口可以設置，18但是在 TCP 和 UDP 協議中有一些端口已經被占用，如 TCP 端口多通道服務器占用端口 1，ECHO 占用端口 7，網絡狀態占用端口 15，TELNET 占用端口 23等等。在本設計中設定網絡參數如下：網頁端口 80，命令端口 3003；而串口設定工作端口 4001；TCP Turo 啟用，TCP 連接數 1，TCP 目標端口 6001，TCP目標 IP 。事實上 ZNE100TL 的配置十分方便，有三種方式。可以用模塊安裝盤自帶的 ZNetCom 軟件直接配置；也可以在 WINDOWS 自帶的超級終端里面使用配置；更可以在 IE 瀏覽器中輸入模塊的 IP 地址，鏈接后可以直接配置。 單片機串口電平轉換模塊設計由于 AT89S52 單片機本身提供了一組全雙工串行傳輸口，由 TXD 引腳來傳送串行數據，而由 RXD 引腳來接收數據，可是其工作邏輯電平皆為 TTL 電平（0V，5V）。而 ZNE100T 模塊配置的是 RS232 標準串行接口，電平為（+12V ，12V），二者的電氣規范不一致，因此要完成單片機與 PC 機的數據通信，必須對單片機輸出的 TTL 電平進行電平轉換。本系統采用 MAXIM 公司生產的 MAX232 電平轉換芯片來實現 RS232 標準接口通信。電路原理圖如圖 。.圖 RS232 串口以及 MAX232 原理圖通訊時，上位機向單片機發送申請使單片機的接受端為有效，這時單片機允許接收上位機指令。而后上位機發送指令，單片機根據指令進行對電機的控制，當控制完成后向上位機進行數據的發送，反饋運行的狀態，并且關閉接收端，一直等待上位機再次打開單片機的接收端才會接收數據。193 軟件設計軟件在一個智能系統中扮演著舉足輕重的角色，軟件設計的好壞直接影響著整個系統的性能。目前已經有很多種嵌入式實時多任務操作系統，如：Linux、 RTX51 及 UC/OS 等，可以更有效的利用系統的各種資源，簡化編程，縮短開發周期。鑒于本系統采用 AT89S52 單片機為控制器，本身的各種資源都很有限，引入一個操作系統代價太大，所以考慮直接來優化系統的軟件結構，同樣可以達到“多任務”、“實時”等要求。 軟件及程序設計語言介紹 單片機編程軟件《KEIL》Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發系統，與匯編相比，C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發，體會更加深刻。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。C51 工具包中的 uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成開發環境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。開發人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 及A51 編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由 LIB51 創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經 L51 連接定位生成絕對目標文件 (.ABS)。ABS 文件由OH51 轉換成標準的 Hex 文件，以供調試器 dScope51 或 tScope51 使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器，如 EPROM 中。 電路仿真軟件《PROTUES》Protues 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單20片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到 PCB 設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持805HC1AVR、ARM、808PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 和 MSP430等，2022 年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在 Protues 繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件——*.HEX，可以在 Protues 的原理圖中看到模擬的實物運行狀態和過程。Protues 是單片機課堂教學的先進助手。Protues 不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調試、運行結果等。隨著科技的發展，“計算機仿真技術”已成為許多設計部門重要的前期設計手段。它具有設計靈活，結果、過程的統一的特點。可使設計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風險。 C 語言C 語言是一種結構化語言。它是一種結構緊湊、使用方便、程序執行效率高的編程語言，它有 9 種控制語句、32 個關鍵字和 34 種運算符。易于調試和維護。C 語言的表現能力和處理能力極強，它不僅具有豐富的運算符和數據類型，便于實現各類復雜的數據結構。它還可以直接訪問內存的物理地址，進行位(bit)一級的操作。由于 C 語言實現了對硬件的編程操作，因此 C 語言集高級語言和低級語言的功能于一體。既可用于系統軟件的開發，也適合于應用軟件的開發。此外，C 語言還具有效率高，可移植性強等特點。 單片機軟件部分單片機軟件主要分為三大部分，單機的控制，傳感器信號的接收和處理，21LED 點陣的反饋顯示。三者相互關聯，密不可分。 系統思維框架圖整個系統軟件開發的框架圖如圖 所示：圖 總框架圖雙向箭頭所表示的是指令的傳輸和反饋，而單項箭頭僅表示的指令的傳輸。 初始化程序在程序中負責初始化單片機系統電機和串口的定時器以及單片機的波特率等屬性，詳細程序如下：/*****函數功能：對系統進行初始化，包括定時器初始化和變量初始化*****/void init_sys(void) //系統初始化函數{ en1 = 1。22 en2 = 1。 //定時器初始化}/*****************串口中斷及其附帶定時器初始化程序 ***************/void init_UART(void){/*定時器初始化*/ SCON = 0x50。 //UART in mode 1 8 位，REN=1 TMOD = 0x20。 //T1 工作方式 2 TH1