曾令剛　包宋建　楊守良

【摘 要】在有害氣體的高危環(huán)境下或者在搶險(xiǎn)救災(zāi)的現(xiàn)場(chǎng)中，作業(yè)人員直接進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)可能會(huì)造成不必要的人員傷害。本設(shè)計(jì)以基于STC12A60S2單片機(jī)為主控器，實(shí)現(xiàn)了高性能智能車(chē)和遙控器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有害氣成份進(jìn)行檢測(cè)并傳輸?shù)绞殖诌b控器的LCD上顯出來(lái)，系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)圖像的實(shí)時(shí)傳輸功能。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);有害氣體;溫度;控傳;圖傳

中圖分類(lèi)號(hào)： R443.5;TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）19-0022-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.009

1 概述

在采礦業(yè)等需要在洞穴中作業(yè)的環(huán)境下，常常因有害氣體造成人身傷害，甚至死亡。設(shè)計(jì)一種能夠遠(yuǎn)程檢測(cè)洞穴有害氣體成份及濃度的設(shè)備就很有必要?；诖吮疚奶岢隽艘环N基于STC12A60S2為主控器的無(wú)線遠(yuǎn)程可視化有害氣體檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)由遙控系統(tǒng)和車(chē)載系統(tǒng)兩部分構(gòu)成[1]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由車(chē)載系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。車(chē)載系統(tǒng)端以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)有電源電路、時(shí)鐘復(fù)位電路、溫度檢測(cè)模塊、舵機(jī)模塊、各種氣體的檢測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及無(wú)線收發(fā)模塊。遙控系統(tǒng)端也是以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)有電源電路、無(wú)線收發(fā)模塊、LCD顯示模塊、時(shí)鐘復(fù)位電路和搖桿控制模塊[2]。

2.1 遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遙控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的運(yùn)行控制，并將小車(chē)系統(tǒng)檢測(cè)的氣體成份和當(dāng)前溫度值在LCD上顯示出來(lái)，還將小車(chē)系統(tǒng)上攝像頭采集的圖像實(shí)時(shí)的在另一個(gè)LCD上顯示出來(lái)。

2.1.1 NRF24L01無(wú)線收發(fā)設(shè)計(jì)

nRF24L01+是采用FSK調(diào)制的低功耗單片通信芯片，工作頻段在2.4～2.5GHz，通信最快速度為2Mbps，nRF24L01+共有8個(gè)引腳，VCC接3.3V電源，GND接電源負(fù)極，其他6個(gè)引腳與單片機(jī)的接口為：IRQ接單片機(jī)的P3.0、MOSI接單片機(jī)的P3.1、CSN接單片機(jī)的P3.2、MISO接單片機(jī)的P3.3、SCK接單片機(jī)的P3.4、CE接單片機(jī)的P3.5。nRF24L01+與單片機(jī)的接口如圖2所示[3]。

2.1.2 搖桿電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中對(duì)小車(chē)的控制和對(duì)攝像頭的控制采用搖桿控制，搖桿控制具有硬件電路簡(jiǎn)單、程序編寫(xiě)方便的特點(diǎn)。雙軸按鍵搖桿選用SONY公司的PS2按鍵搖桿電位器，具有兩路模擬量輸出，分別對(duì)應(yīng)X軸的偏移量和Y軸的偏移量;具有一路數(shù)字量輸出，對(duì)應(yīng)于用戶是否在Z軸上按下。本設(shè)計(jì)的右手搖桿用于控制無(wú)線智能車(chē)的動(dòng)作，如：前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等基本動(dòng)作;左手搖桿用于控制攝像頭舵機(jī)的任意角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，電路如圖3所示。

2.1.3 LCD12864液晶顯示模塊

通?，F(xiàn)有的輸出顯示方式有發(fā)光二極管顯示、LED數(shù)碼管顯示、LED矩陣顯示和液晶顯示，在單片機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面中被廣泛應(yīng)用的主要有LED數(shù)碼管和LCD液晶顯示器。本設(shè)計(jì)采用LCD12864液晶模塊進(jìn)行顯示，LCD12864接口電路如圖4所示。接了背光電源，RS、RW和EN三個(gè)引腳分別接單片機(jī)的P2.0、P2.1和P2.2，D0～D7接單片機(jī)的P0口[4]。

2.2 小車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用集成電路L298，可以方便的驅(qū)動(dòng)兩路直流電機(jī)。VSS接5V電源;VS接7.4V電源;GND、ISENA和ISENB接地;ENA與ENB為L(zhǎng)298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使能控制端，接單片機(jī)的P2.4和P2.5，控制電機(jī)運(yùn)行或是停止。輸入端IN1～I(xiàn)N4接單片機(jī)的P2.0～P2.3;輸出端OUT1和OUT2接直流電動(dòng)機(jī)A，輸出端OUT3和OUT4接直流電動(dòng)機(jī)B。電機(jī)控制原理圖如圖5所示[5]。

2.2.2 溫度及空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)計(jì)

溫度檢測(cè)采用數(shù)字化傳感器DS18B20，一線總線接單片機(jī)P3.7，溫度檢測(cè)接口電路如圖6（a）所示。MQ-7一氧化碳傳感器接單片機(jī)的P1.0，MQ-7與單片機(jī)的連接如圖6（b）所示。MQ-5甲烷傳感器接單片機(jī)的P1.1，MQ-5與單片機(jī)的接口如圖6（c）所示。MQ-135氣體傳感器接單片機(jī)的P1.2，MQ135與單片機(jī)的接口如圖6（d）所示[6]。

2.2.3 實(shí)時(shí)圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境的實(shí)時(shí)可視并遙控，在無(wú)線智能遙控小車(chē)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)5.8G實(shí)時(shí)圖像傳輸系統(tǒng)。實(shí)時(shí)圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖7所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩大部分，一是小車(chē)控制程序，二是遙控器程序。分另都有自己的主程序和若干的子程序構(gòu)成。下圖8所示為小車(chē)主程序流程圖[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

本探測(cè)儀的實(shí)物如圖9所示。遙控器使用方便，通過(guò)LCD屏可以實(shí)時(shí)觀察檢測(cè)環(huán)境，并能得到有害氣體的檢測(cè)結(jié)果，如有超標(biāo)會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)警。遙控端電源供電時(shí)間長(zhǎng)，約為1個(gè)小時(shí)。小車(chē)系統(tǒng)的車(chē)輪采用紐帶式，并設(shè)計(jì)一定的角度，這樣可以實(shí)現(xiàn)越障;車(chē)載攝像頭通過(guò)遙控器可以實(shí)現(xiàn)水平360度旋轉(zhuǎn)，垂直方向可實(shí)現(xiàn)180度旋轉(zhuǎn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)全景觀察。在洞穴中遙控器與小車(chē)的無(wú)線通信距離約為100米左右，能夠滿足一般檢測(cè)的需要。小車(chē)端電源供電約為1個(gè)小時(shí)。本檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際場(chǎng)景下調(diào)試結(jié)果為：性能良好、可靠性高、電源持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、具有一定的實(shí)用價(jià)值。

圖9 探測(cè)儀實(shí)物圖

【參考文獻(xiàn)】

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[3]陳雙燕.遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].武夷學(xué)院學(xué)報(bào).2014，2：66-69.

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