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

　　關鍵詞：環境監測；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，具有更低的功耗。基于nRF24L01無線射頻收發芯片的實時環境監測裝置，可以檢測環境中的溫度、濕度及煙霧等參數，尤其是災難（火災、地震等）發生后，可對物質進行實時檢測，對危險品進行檢測，發出救援信號，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］的無線環境監測裝置，實現對特定環境中水量、酒精、溫度、濕度以及煙霧等物質的監測。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電路，具有無線數據傳輸功能，收發共用一個天線。基于STM32單片機的無線環境監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和速度調節。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的環境監測系統，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，在危險作業區，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

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　　［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.

　　［3］ 陳桂友. 增強型8051單片機實用開發技術［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.

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

　　［6］ 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.

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

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

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

　　［10］ 張淑清. 嵌入式單片機STM32設計及應用技術［M］. 北京：國防工業出版社，2015.