古良玲,，韋登峰,，余茜，龔路,，譚博文,，劉建龍

　　（重慶理工大學 電氣與電子工程學院,，重慶 400054）

       摘要：為了對環(huán)境參數進行實時監(jiān)測,，設計了一種以STM32單片機為控制核心,，nRF24L01為無線收發(fā)芯片的無線環(huán)境監(jiān)測裝置。對目標環(huán)境參數采集的同時,，攝像頭及環(huán)境參數監(jiān)片之間采用SPI總線接口通信方式,，將數據傳送至監(jiān)測中心。該裝置結構簡單,，可實現循跡功能,，發(fā)送救援信號，實現溫度,、濕度,、酒精及煙霧的實時監(jiān)測和液晶顯示。

　　關鍵詞：環(huán)境監(jiān)測,；nRF24L01,；32單片機；循跡

0引言

　　由于人們對無線通信的要求不斷提高,，老一代無線傳輸技術已經無法滿足現今需求,，新一代無線技術已經誕生，2.4 G技術就是其中之一,。nRF24L01［1］是一款新型單片射頻收發(fā)器件,，其高效的數據傳輸速率可以在更短的時間完成同樣的數據收發(fā)，具有更低的功耗,?；趎RF24L01無線射頻收發(fā)芯片的實時環(huán)境監(jiān)測裝置，可以檢測環(huán)境中的溫度,、濕度及煙霧等參數,，尤其是災難（火災、地震等）發(fā)生后,，可對物質進行實時檢測,，對危險品進行檢測，發(fā)出救援信號,，及時解救被困人員,。該裝置使用起來非常安全，取代了人為操作,，能夠進入人不能到達的地方進行檢測,。

1設計方案

　　本系統要求設計并制作一個基于STM32［2］的無線環(huán)境監(jiān)測裝置,，實現對特定環(huán)境中水量,、酒精、溫度,、濕度以及煙霧等物質的監(jiān)測,。該裝置使用2個STM32F103ZET6單片機互傳信息,，其中1個安裝在小車上作為檢測控制端，另1個位于上位機作為信息檢測終端,，檢測控制端與信息顯示終端均采用一套無線收發(fā)電路,，具有無線數據傳輸功能，收發(fā)共用一個天線,?；赟TM32單片機的無線環(huán)境監(jiān)測裝置硬件基礎分為4個部分，分別是：檢測控制端的參數采集電路,、2.4 G無線收發(fā)電路,、遙控電路［3］和信息終端顯示電路。系統結構如圖1所示,。

2硬件電路及軟件設計

　　2.1遙控器

　　2.1.1硬件設計

　　本部分是作為對機器人的主要控制臺,，其中包括對機器人行走速度和路線的控制，還有對其工作模式的切換,。其主控芯片選用STC12C5260S2［4］,；其芯片自帶8路10位A/D，通過對操縱桿所連電位器的電壓采集和運算確定操縱桿的位置,，來判斷使用者的操作意圖,，再通過無線模塊傳送信息到接收機，實現對機器人的控制,。其原理圖如圖2所示,。

　　2.1.2軟件設計

軟件部分主要是對硬件連接中信息的處理和運算。將操縱桿和按鈕分別接入單片機的部分管腳,。通過定時器和中斷的方式,，定期對接入的信號進行A/D轉換，并且將其打包,，通過無線模塊往外發(fā)送,。遙控器工作流程如圖3所示。

　　2.2接收機

　　2.2.1硬件部分

　　主控芯片采用STC12C5608A/D,。分別連接無線模塊的各個管腳和信號輸出端口,，還有連接五路循跡的信號采集端口。通過對端口信號的掃描,，確定機器人所處位置,，實現循跡的功能。硬件框圖如圖4所示,。

       2.2.2軟件部分

　　其設計思想是：通過對無線模塊傳送過來的數據進行運算,，還原操縱端的操縱情景，再發(fā)出命令控制機器人的運作。其信號主要采用PWM波,。當傳送的數據改變后,，立即改變波形的占空比，實現對舵機和電子調速器的舵量調節(jié)和速度調節(jié),。循跡模式是通過對端口的掃描輸入數據進行分析,，確定應該采取的措施，再通過信號輸出端口輸出信號,，實現控制,。流程圖如圖5所示。

　　2.3參數采集電路

　　根據系統成本低,，實用性強的原則,，設計了簡單的電路［5］。該電路裝有：（1）水量傳感器,，該部分利用一個水量采集板,，將信息傳到模塊處理部分，在模塊中將信息處理后,，分兩種模式進行輸出,，一種是模擬量的線性信號，一種是數字信號,。數字信號只能反映有無水的存在,，但是模擬信號可以通過電壓高低線性地表示水量的多少。（2）酒精檢測器［6］,，探頭采用MQ3,它可以線性反映酒精的含量,，信號同樣通過電壓的形式輸出。（3）煙霧檢測裝置［7］,，探頭采用MQ2,，該模塊的信號輸出方式和MQ2完全相同。（4）溫,、濕度檢測電路,，采用DHT11溫濕度傳感器［8］，其具有響應快,、抗干擾性強的特點,，從而增加了本系統可靠性。（5）紅外人體檢測器,，當在災害現場進行工作時,，該傳感器可以有效地檢測是否有人的存在，進而有效實施救援,。（6）障礙檢測器,，采用紅外對管［9］,，在模塊中，有一個紅外發(fā)射頭,，在相鄰位置，有一個接收管,，通過對反射回來的紅外線光信號變成電信號,，來檢測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）經過數據的濾波,、整理,，“打包”后通過nRF24L01發(fā)送到信息終端，供使用者查看,。

3結束語

　　本設計是基于STM32的環(huán)境監(jiān)測系統,，實現了對溫濕度、酒精,、煙霧,、水量參數的采集，對人體的紅外檢測以及該裝置的避障處理,。通過2.4 G無線傳輸的方式傳送給信息顯示終端,，在危險作業(yè)區(qū)，可取代人為操作,，能夠進入人不能到達的地方進行檢測,。該裝置具有循跡、避障功能,，實時圖傳的特點,，智能化程度高，信息時效強,，支持多路傳感器同步采集數據,，可擴展性強。

　　參考文獻

　?。?］ 譚暉. nRF無線SOC單片機原理與高級應用［M］.北京：北京航空航天大學出版社,，2009.

　　［2］ 楊光祥,，梁華,，朱軍 . 32單片機原理及工程實踐［M］. 武漢：武漢理工大學出版社，2013.

　?。?］ 陳桂友. 增強型8051單片機實用開發(fā)技術［M］. 北京：北京航空航天大學出版社,，2010.

　　［4］ 宏晶科技. STC12C5620AD系列單片機器件手冊［Z］.2015.

　?。?］ 秦志強,，譚立新,，劉遙生.現代傳感器技術及應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

　?。?］ 蘭羽,，白潔.基于AT89C51的酒精濃度測試儀設計［J］.信息技術，2013（10）：75.

　?。?］ 單春艷,，章平，張同翰.基于STM32的學生宿舍煙霧檢測器設計［J］.工業(yè)控制計算機,，2014（4）：149.

　?。?］ 張萬江，劉曉野,，孫凡.基于NRF24L01的無線環(huán)境監(jiān)測系統［J］.數字技術與應用,，2014（3）：3031.

　　［9］ 吳正光.紅外對管監(jiān)測裝置［J］.廣州師院學報,，1996（1）：7983.

　?。?0］ 張淑清. 嵌入式單片機STM32設計及應用技術［M］. 北京：國防工業(yè)出版社，2015.