曾令剛 包宋建 楊守良
【摘 要】在有害氣體的高危環境下或者在搶險救災的現場中,作業人員直接進入現場作業可能會造成不必要的人員傷害。本設計以基于STC12A60S2單片機為主控器,實現了高性能智能車和遙控器的設計。系統能夠實時對現場有害氣成份進行檢測并傳輸到手持遙控器的LCD上顯出來,系統還實現了現場圖像的實時傳輸功能。
【關鍵詞】單片機;有害氣體;溫度;控傳;圖傳
中圖分類號: R443.5;TP274 文獻標識碼: A 文章編號: 2095-2457(2019)19-0022-003
DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.009
1 概述
在采礦業等需要在洞穴中作業的環境下,常常因有害氣體造成人身傷害,甚至死亡。設計一種能夠遠程檢測洞穴有害氣體成份及濃度的設備就很有必要?;诖吮疚奶岢隽艘环N基于STC12A60S2為主控器的無線遠程可視化有害氣體檢測儀的設計。整個系統由遙控系統和車載系統兩部分構成[1]。
2 系統硬件設計
整個系統由車載系統和遙控系統組成,系統結構框圖如圖1所示。車載系統端以單片機為核心,設計有電源電路、時鐘復位電路、溫度檢測模塊、舵機模塊、各種氣體的檢測模塊、電機驅動模塊及無線收發模塊。遙控系統端也是以單片機為核心,設計有電源電路、無線收發模塊、LCD顯示模塊、時鐘復位電路和搖桿控制模塊[2]。
2.1 遙控系統設計
遙控系統實現對小車的運行控制,并將小車系統檢測的氣體成份和當前溫度值在LCD上顯示出來,還將小車系統上攝像頭采集的圖像實時的在另一個LCD上顯示出來。
2.1.1 NRF24L01無線收發設計
nRF24L01+是采用FSK調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個引腳,VCC接3.3V電源,GND接電源負極,其他6個引腳與單片機的接口為:IRQ接單片機的P3.0、MOSI接單片機的P3.1、CSN接單片機的P3.2、MISO接單片機的P3.3、SCK接單片機的P3.4、CE接單片機的P3.5。nRF24L01+與單片機的接口如圖2所示[3]。
2.1.2 搖桿電路設計
設計中對小車的控制和對攝像頭的控制采用搖桿控制,搖桿控制具有硬件電路簡單、程序編寫方便的特點。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,分別對應X軸的偏移量和Y軸的偏移量;具有一路數字量輸出,對應于用戶是否在Z軸上按下。本設計的右手搖桿用于控制無線智能車的動作,如:前進、后退、左轉、右轉等基本動作;左手搖桿用于控制攝像頭舵機的任意角度的轉動,電路如圖3所示。
2.1.3 LCD12864液晶顯示模塊
通?,F有的輸出顯示方式有發光二極管顯示、LED數碼管顯示、LED矩陣顯示和液晶顯示,在單片機系統的人機交互界面中被廣泛應用的主要有LED數碼管和LCD液晶顯示器。本設計采用LCD12864液晶模塊進行顯示,LCD12864接口電路如圖4所示。接了背光電源,RS、RW和EN三個引腳分別接單片機的P2.0、P2.1和P2.2,D0~D7接單片機的P0口[4]。
2.2 小車系統設計
2.2.1 電機驅動設計
電機驅動電路使用集成電路L298,可以方便的驅動兩路直流電機。VSS接5V電源;VS接7.4V電源;GND、ISENA和ISENB接地;ENA與ENB為L298N電機驅動模塊使能控制端,接單片機的P2.4和P2.5,控制電機運行或是停止。輸入端IN1~IN4接單片機的P2.0~P2.3;輸出端OUT1和OUT2接直流電動機A,輸出端OUT3和OUT4接直流電動機B。電機控制原理圖如圖5所示[5]。
2.2.2 溫度及空氣質量檢測設計
溫度檢測采用數字化傳感器DS18B20,一線總線接單片機P3.7,溫度檢測接口電路如圖6(a)所示。MQ-7一氧化碳傳感器接單片機的P1.0,MQ-7與單片機的連接如圖6(b)所示。MQ-5甲烷傳感器接單片機的P1.1,MQ-5與單片機的接口如圖6(c)所示。MQ-135氣體傳感器接單片機的P1.2,MQ135與單片機的接口如圖6(d)所示[6]。
2.2.3 實時圖像傳輸系統設計
為了實現對監測環境的實時可視并遙控,在無線智能遙控小車設計的基礎上增加了一個5.8G實時圖像傳輸系統。實時圖像傳輸系統設計框圖如圖7所示。
3 系統軟件設計
系統軟件設計主要包括兩大部分,一是小車控制程序,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成。下圖8所示為小車主程序流程圖[7]。
4 結語
本探測儀的實物如圖9所示。遙控器使用方便,通過LCD屏可以實時觀察檢測環境,并能得到有害氣體的檢測結果,如有超標會實時報警。遙控端電源供電時間長,約為1個小時。小車系統的車輪采用紐帶式,并設計一定的角度,這樣可以實現越障;車載攝像頭通過遙控器可以實現水平360度旋轉,垂直方向可實現180度旋轉,這樣可以實現全景觀察。在洞穴中遙控器與小車的無線通信距離約為100米左右,能夠滿足一般檢測的需要。小車端電源供電約為1個小時。本檢測系統在實際場景下調試結果為:性能良好、可靠性高、電源持續工作時間長、具有一定的實用價值。
圖9 探測儀實物圖
【參考文獻】
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[2]劉汪,董曉慶.基于單片機的無線遙控小車[J].科技信息.2013,4:155.
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[4]吉李滿.基于無線傳感器網絡技術的智能燈光控制系統.科技風.2012,12.
[5]馮洋.智能環境數據采集小車[J].電子設計工程.2015,21:12-14.
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[7]余福兵.電阻爐智能溫度控制器的設計[D].內蒙古:內蒙古科技大學,2012.