廖光榮+李慧+包宋建

【摘 要】本文設計并實現(xiàn)了火災險情探測智能小車，通過傳感器和攝像頭采集數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機信息處理通過2.4G無線信息傳輸給遠程終端，由液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)信息和畫面。

【關(guān)鍵詞】智能小車；無線傳輸；單片機

通常在遇到火災險情時，需要作業(yè)人員進入現(xiàn)場工作，事實上作業(yè)人員卻很難甚至無法在這種環(huán)境中工作，為解決這一難題，我們結(jié)合實際應用需要等因素，設計了火災險情探測智能小車。本設計采用控傳和圖傳分開獨立設計的思想。即用2.4g無線收發(fā)模塊進行小車控制和溫度數(shù)據(jù)的傳輸。

1 硬件系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)硬件設計組成

本系統(tǒng)主要由發(fā)送端和接收端組成。發(fā)送端由51單片機控制模塊、傳感器模塊、2.4G無線發(fā)送模塊、電源模塊組成，接收端由單片機控制模塊、12864顯示模塊、無線接收模塊、語音報警模塊、警示燈模塊、蜂鳴器模塊、電源模塊組成。發(fā)送端將采集到的數(shù)據(jù)和畫面經(jīng)單片機處理由無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)傳輸給接收端，接收端把得到的數(shù)據(jù)進行一定處理和運算由顯示模塊顯示數(shù)據(jù)和畫面。

1.2 系統(tǒng)硬件介紹

1.2.1 單片機

微控制器采用宏晶公司的12系列單片機，該單片機使用8051作為內(nèi)核，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)51單片機，在執(zhí)行指令速度方面，由于該款單片機是傳統(tǒng)51單片機的增強型，指令速度相對傳統(tǒng)51單片機快8-12倍。在外部I/0接口上也與傳統(tǒng)51完全相同，并有更強的驅(qū)動能力和承受灌電流的能力。在存儲空間方面，在片上集成60K的程序存儲空間，極大的滿足了用戶大代碼量編寫的需求，同時在片上還集成1280字節(jié)的RAM，能讓程序員開發(fā)編程輕松簡單。在12系系列單片機上，還同時集成了大量的片上外設，同時在抗干擾方面，12系列單片機比傳統(tǒng)51單片機更好的抗干擾，適宜用在強干擾的電機控制場合。

1.2.2 傳感器

（1）MQ-7傳感器

MQ-7氣體傳感器的氣敏材料，是用在清潔空氣中電導率低的二氧化錫（SnO2）。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫（1.5V加熱）檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度增加而增大，高溫（5.0V加熱）清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導率的變化，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-7傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。

（2）MQ-5傳感器

MQ-5廣泛的探測范圍、高靈敏度、快速響應恢復、優(yōu)異的穩(wěn)定性、壽命長、簡單的驅(qū)動電路?？捎糜诩彝ズ凸S的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、氫氣、人工煤氣等的探測。

（3）MQ135傳感器

MQ135氣體傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對煙霧和其它有害氣體的監(jiān)測也很理想。這種傳感器可檢測多種有害氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。

（4）18B20傳感器

DS18B20是常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域。

1.2.3 2.4G無線通信

nRF24L01是由NORDIC生產(chǎn)的一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4 GHz～2.5GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9mA；接收時，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設計更方便。

1.2.4 液晶顯示

液晶顯示采用12864顯示，該顯示器在硬件上有8位，4位的并行接口以及串行通信接口選擇，顯示器內(nèi)部集成中文字庫，總共8192個中文漢字（16*16點陣），并且支持可見ACSII碼的顯示。

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 程序功能描述與設計思路

（1）程序功能描述

根據(jù)發(fā)送端對有害氣體和溫度的監(jiān)測發(fā)送給接收端，通過接收端對各種濃度的判斷和顯示。當達到危險數(shù)值時，發(fā)出蜂鳴器報警，警示燈報警和語音報警。

（2）顯示部分：顯示溫度大小，一氧化碳，空氣質(zhì)量，甲烷的濃度。

（3） 程序設計思路：

根據(jù)發(fā)送端對有害氣體和溫度的監(jiān)測，通過單片機把模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號發(fā)送給接收端，接收端把濃度和溫度顯示在顯示屏上，然后判斷是否達到危險值，達到后蜂鳴器報警，警示燈報警和語音報警，回到正常值后停止報警。

2.2 程序流程圖

2.2.1 發(fā)送端主程序流程圖

開啟電源后程序初始化，單片機處理傳感器采集的數(shù)據(jù)，A/D轉(zhuǎn)換后發(fā)生給接收端，并且在發(fā)送端判斷是否達到危險值，如果達到危險值，蜂鳴器開啟報警。發(fā)送端主程序流程圖如圖1所示。

2.2.2 接收端程序流程圖

接收端接通電源后，顯示屏顯示開機畫面和開機音樂后，顯示初始化值，接收端接收發(fā)送端的數(shù)字信號，并顯示在顯示屏上，實現(xiàn)實時更新，同時對數(shù)據(jù)進行判斷，達到危險值后，同時開啟語音報警，警示燈報警和蜂鳴器報警。當恢復到正常值后，取消報警。接收端主程序流程圖如圖2所示。

3 測試方案與測試結(jié)果

3.1 測試方案

硬件測試：發(fā)送端MQ-7加熱功率約350mW，MQ-5加熱功率約≤900mW，MQ-135加熱功率約≤900mW，總的功率≤2150mW，在5V電壓下需要430mA以上的電流才能滿足需要，電腦USB接口小于500mA，所以在開發(fā)板測試時傳感器無法正常工作，需要外加電源。

3.2 測試條件與儀器

測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測試儀器：數(shù)字萬用表。

3.3 測試結(jié)果及分析

3.3.1 測試結(jié)果（數(shù)據(jù)）

5V檔信號測試結(jié)果所得，電流值（mA）在200、300、400 時，不能正常工作；電流值（mA）在500、600、800、1000、1200時，能正常工作。由此可以得出以下結(jié)論：

（1）發(fā)送端需要500mA以上電流才能使傳感器正常工作。

（2）電腦USB接口小于500mA，所以在開發(fā)板測試時傳感器無法正常工作，需要外加電源。

（3）電流不能過大以免燒壞原件

綜上所述，本設計達到設計要求。

4 結(jié)語

通過整體系統(tǒng)測試，系統(tǒng)能達到預先所想要的效果。同時進行了實際測試效果，通過實地考勤，本系統(tǒng)能達到很好的實際應用效果。同時在成本上，該設計價格便宜，易于被推廣，能被應用到實際中。

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[責任編輯：張濤]endprint