古良玲，韋登峰，余茜，龔路，譚博文，劉建龍

　?。ㄖ貞c理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，重慶 400054）

       摘要：為了對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了一種以STM32單片機(jī)為控制核心，nRF24L01為無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的無(wú)線(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置。對(duì)目標(biāo)環(huán)境參數(shù)采集的同時(shí)，攝像頭及環(huán)境參數(shù)監(jiān)片之間采用SPI總線(xiàn)接口通信方式，將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測(cè)中心。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)循跡功能，發(fā)送救援信號(hào)，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、酒精及煙霧的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和液晶顯示。

　　關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)；nRF24L01；32單片機(jī)；循跡

0引言

　　由于人們對(duì)無(wú)線(xiàn)通信的要求不斷提高，老一代無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)今需求，新一代無(wú)線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)誕生，2.4 G技術(shù)就是其中之一。nRF24L01［1］是一款新型單片射頻收發(fā)器件，其高效的數(shù)據(jù)傳輸速率可以在更短的時(shí)間完成同樣的數(shù)據(jù)收發(fā)，具有更低的功耗?；趎RF24L01無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片的實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，可以檢測(cè)環(huán)境中的溫度、濕度及煙霧等參數(shù)，尤其是災(zāi)難（火災(zāi)、地震等）發(fā)生后，可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)危險(xiǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)出救援信號(hào)，及時(shí)解救被困人員。該裝置使用起來(lái)非常安全，取代了人為操作，能夠進(jìn)入人不能到達(dá)的地方進(jìn)行檢測(cè)。

1設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于STM32［2］的無(wú)線(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定環(huán)境中水量、酒精、溫度、濕度以及煙霧等物質(zhì)的監(jiān)測(cè)。該裝置使用2個(gè)STM32F103ZET6單片機(jī)互傳信息，其中1個(gè)安裝在小車(chē)上作為檢測(cè)控制端，另1個(gè)位于上位機(jī)作為信息檢測(cè)終端，檢測(cè)控制端與信息顯示終端均采用一套無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路，具有無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能，收發(fā)共用一個(gè)天線(xiàn)?；赟TM32單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置硬件基礎(chǔ)分為4個(gè)部分，分別是：檢測(cè)控制端的參數(shù)采集電路、2.4 G無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路、遙控電路［3］和信息終端顯示電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2硬件電路及軟件設(shè)計(jì)

　　2.1遙控器

　　2.1.1硬件設(shè)計(jì)

　　本部分是作為對(duì)機(jī)器人的主要控制臺(tái)，其中包括對(duì)機(jī)器人行走速度和路線(xiàn)的控制，還有對(duì)其工作模式的切換。其主控芯片選用STC12C5260S2［4］；其芯片自帶8路10位A/D，通過(guò)對(duì)操縱桿所連電位器的電壓采集和運(yùn)算確定操縱桿的位置，來(lái)判斷使用者的操作意圖，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊傳送信息到接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制。其原理圖如圖2所示。

　　2.1.2軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要是對(duì)硬件連接中信息的處理和運(yùn)算。將操縱桿和按鈕分別接入單片機(jī)的部分管腳。通過(guò)定時(shí)器和中斷的方式，定期對(duì)接入的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并且將其打包，通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊往外發(fā)送。遙控器工作流程如圖3所示。

　　2.2接收機(jī)

　　2.2.1硬件部分

　　主控芯片采用STC12C5608A/D。分別連接無(wú)線(xiàn)模塊的各個(gè)管腳和信號(hào)輸出端口，還有連接五路循跡的信號(hào)采集端口。通過(guò)對(duì)端口信號(hào)的掃描，確定機(jī)器人所處位置，實(shí)現(xiàn)循跡的功能。硬件框圖如圖4所示。

       2.2.2軟件部分

　　其設(shè)計(jì)思想是：通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)模塊傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，還原操縱端的操縱情景，再發(fā)出命令控制機(jī)器人的運(yùn)作。其信號(hào)主要采用PWM波。當(dāng)傳送的數(shù)據(jù)改變后，立即改變波形的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)和電子調(diào)速器的舵量調(diào)節(jié)和速度調(diào)節(jié)。循跡模式是通過(guò)對(duì)端口的掃描輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定應(yīng)該采取的措施，再通過(guò)信號(hào)輸出端口輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制。流程圖如圖5所示。

　　2.3參數(shù)采集電路

　　根據(jù)系統(tǒng)成本低，實(shí)用性強(qiáng)的原則，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的電路［5］。該電路裝有：（1）水量傳感器，該部分利用一個(gè)水量采集板，將信息傳到模塊處理部分，在模塊中將信息處理后，分兩種模式進(jìn)行輸出，一種是模擬量的線(xiàn)性信號(hào)，一種是數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)只能反映有無(wú)水的存在，但是模擬信號(hào)可以通過(guò)電壓高低線(xiàn)性地表示水量的多少。（2）酒精檢測(cè)器［6］，探頭采用MQ3,它可以線(xiàn)性反映酒精的含量，信號(hào)同樣通過(guò)電壓的形式輸出。（3）煙霧檢測(cè)裝置［7］，探頭采用MQ2，該模塊的信號(hào)輸出方式和MQ2完全相同。（4）溫、濕度檢測(cè)電路，采用DHT11溫濕度傳感器［8］，其具有響應(yīng)快、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，從而增加了本系統(tǒng)可靠性。（5）紅外人體檢測(cè)器，當(dāng)在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工作時(shí)，該傳感器可以有效地檢測(cè)是否有人的存在，進(jìn)而有效實(shí)施救援。（6）障礙檢測(cè)器，采用紅外對(duì)管［9］，在模塊中，有一個(gè)紅外發(fā)射頭，在相鄰位置，有一個(gè)接收管，通過(guò)對(duì)反射回來(lái)的紅外線(xiàn)光信號(hào)變成電信號(hào)，來(lái)檢測(cè)前方障礙物是否存在。以上信息在裝置的核心處理［10］部分（STM32單片機(jī)）經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的濾波、整理，“打包”后通過(guò)nRF24L01發(fā)送到信息終端，供使用者查看。

3結(jié)束語(yǔ)

　　本設(shè)計(jì)是基于STM32的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度、酒精、煙霧、水量參數(shù)的采集，對(duì)人體的紅外檢測(cè)以及該裝置的避障處理。通過(guò)2.4 G無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞絺魉徒o信息顯示終端，在危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)，可取代人為操作，能夠進(jìn)入人不能到達(dá)的地方進(jìn)行檢測(cè)。該裝置具有循跡、避障功能，實(shí)時(shí)圖傳的特點(diǎn)，智能化程度高，信息時(shí)效強(qiáng)，支持多路傳感器同步采集數(shù)據(jù)，可擴(kuò)展性強(qiáng)。

　　參考文獻(xiàn)

　?。?］ 譚暉. nRF無(wú)線(xiàn)SOC單片機(jī)原理與高級(jí)應(yīng)用［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

　?。?］ 楊光祥，梁華，朱軍 . 32單片機(jī)原理及工程實(shí)踐［M］. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2013.

　?。?］ 陳桂友. 增強(qiáng)型8051單片機(jī)實(shí)用開(kāi)發(fā)技術(shù)［M］. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

　?。?］ 宏晶科技. STC12C5620AD系列單片機(jī)器件手冊(cè)［Z］.2015.

　　［5］ 秦志強(qiáng)，譚立新，劉遙生.現(xiàn)代傳感器技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

　?。?］ 蘭羽，白潔.基于AT89C51的酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì)［J］.信息技術(shù)，2013（10）：75.

　　［7］ 單春艷，章平，張同翰.基于STM32的學(xué)生宿舍煙霧檢測(cè)器設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014（4）：149.

　?。?］ 張萬(wàn)江，劉曉野，孫凡.基于NRF24L01的無(wú)線(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（3）：3031.

　　［9］ 吳正光.紅外對(duì)管監(jiān)測(cè)裝置［J］.廣州師院學(xué)報(bào)，1996（1）：7983.

　　［10］ 張淑清. 嵌入式單片機(jī)STM32設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)［M］. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2015.