基于STM32的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)

古良玲，韋登峰，余　茜，龔　路，譚博文，劉建龍

(重慶理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，重慶 400054)

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基于STM32的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)

古良玲，韋登峰，余茜，龔路，譚博文，劉建龍

(重慶理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，重慶 400054)

為了對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了一種以STM32單片機(jī)為控制核心，nRF24L01為無(wú)線收發(fā)芯片的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置。對(duì)目標(biāo)環(huán)境參數(shù)采集的同時(shí)，攝像頭及環(huán)境參數(shù)監(jiān)片之間采用SPI總線接口通信方式，將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測(cè)中心。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)循跡功能，發(fā)送救援信號(hào)，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、酒精及煙霧的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和液晶顯示。

環(huán)境監(jiān)測(cè)；nRF24L01；32單片機(jī)；循跡

引用格式：古良玲，韋登峰，余茜，等. 基于STM32的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(17)：55-56.

0　引言

由于人們對(duì)無(wú)線通信的要求不斷提高，老一代無(wú)線傳輸技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)今需求，新一代無(wú)線技術(shù)已經(jīng)誕生，2.4 G技術(shù)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(shù)據(jù)傳輸速率可以在更短的時(shí)間完成同樣的數(shù)據(jù)收發(fā)，具有更低的功耗?；趎RF24L01無(wú)線射頻收發(fā)芯片的實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，可以檢測(cè)環(huán)境中的溫度、濕度及煙霧等參數(shù)，尤其是災(zāi)難(火災(zāi)、地震等)發(fā)生后，可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)危險(xiǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)出救援信號(hào)，及時(shí)解救被困人員。該裝置使用起來(lái)非常安全，取代了人為操作，能夠進(jìn)入人不能到達(dá)的地方進(jìn)行檢測(cè)。

1　設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于STM32[2]的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定環(huán)境中水量、酒精、溫度、濕度以及煙霧等物質(zhì)的監(jiān)測(cè)。該裝置使用2個(gè)STM32F103ZET6單片機(jī)互傳信息，其中1個(gè)安裝在小車上作為檢測(cè)控制端，另1個(gè)位于上位機(jī)作為信息檢測(cè)終端，檢測(cè)控制端與信息顯示終端均采用一套無(wú)線收發(fā)電路，具有無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，收發(fā)共用一個(gè)天線。基于STM32單片機(jī)的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置硬件基礎(chǔ)分為4個(gè)部分，分別是：檢測(cè)控制端的參數(shù)采集電路、2.4 G無(wú)線收發(fā)電路、遙控電路[3]和信息終端顯示電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2　硬件電路及軟件設(shè)計(jì)

2.1遙控器

2.1.1硬件設(shè)計(jì)

本部分是作為對(duì)機(jī)器人的主要控制臺(tái)，其中包括對(duì)機(jī)器人行走速度和路線的控制，還有對(duì)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(guò)對(duì)操縱桿所連電位器的電壓采集和運(yùn)算確定操縱桿的位置，來(lái)判斷使用者的操作意圖，再通過(guò)無(wú)線模塊傳送信息到接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制。其原理圖如圖2所示。

圖2　遙控器硬件原理圖

2.1.2軟件設(shè)計(jì)

圖3　遙控器流程圖

軟件部分主要是對(duì)硬件連接中信息的處理和運(yùn)算。將操縱桿和按鈕分別接入單片機(jī)的部分管腳。通過(guò)定時(shí)器和中斷的方式，定期對(duì)接入的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并且將其打包，通過(guò)無(wú)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(jī)

2.2.1硬件部分

主控芯片采用STC12C5608A/D。分別連接無(wú)線模塊的各個(gè)管腳和信號(hào)輸出端口，還有連接五路循跡的信號(hào)采集端口。通過(guò)對(duì)端口信號(hào)的掃描，確定機(jī)器人所處位置，實(shí)現(xiàn)循跡的功能。硬件框圖如圖4所示。

圖4　接收機(jī)硬件框圖

圖5　接收機(jī)軟件流程圖

2.2.2軟件部分

其設(shè)計(jì)思想是：通過(guò)對(duì)無(wú)線模塊傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，還原操縱端的操縱情景，再發(fā)出命令控制機(jī)器人的運(yùn)作。其信號(hào)主要采用PWM波。當(dāng)傳送的數(shù)據(jù)改變后，立即改變波形的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)和電子調(diào)速器的舵量調(diào)節(jié)和速度調(diào)節(jié)。循跡模式是通過(guò)對(duì)端口的掃描輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定應(yīng)該采取的措施，再通過(guò)信號(hào)輸出端口輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制。流程圖如圖5所示。

2.3參數(shù)采集電路

根據(jù)系統(tǒng)成本低，實(shí)用性強(qiáng)的原則，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的電路[5]。該電路裝有：(1)水量傳感器，該部分利用一個(gè)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(jìn)行輸出，一種是模擬量的線性信號(hào)，一種是數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)只能反映有無(wú)水的存在，但是模擬信號(hào)可以通過(guò)電壓高低線性地表示水量的多少。(2)酒精檢測(cè)器[6]，探頭采用MQ-3,它可以線性反映酒精的含量，信號(hào)同樣通過(guò)電壓的形式輸出。(3)煙霧檢測(cè)裝置[7]，探頭采用MQ-2，該模塊的信號(hào)輸出方式和MQ-2完全相同。(4)溫、濕度檢測(cè)電路，采用DHT11溫濕度傳感器[8]，其具有響應(yīng)快、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，從而增加了本系統(tǒng)可靠性。(5)紅外人體檢測(cè)器，當(dāng)在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工作時(shí)，該傳感器可以有效地檢測(cè)是否有人的存在，進(jìn)而有效實(shí)施救援。(6)障礙檢測(cè)器，采用紅外對(duì)管[9]，在模塊中，有一個(gè)紅外發(fā)射頭，在相鄰位置，有一個(gè)接收管，通過(guò)對(duì)反射回來(lái)的紅外線光信號(hào)變成電信號(hào)，來(lái)檢測(cè)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(jī))經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的濾波、整理，“打包”后通過(guò)nRF24L01發(fā)送到信息終端，供使用者查看。

3　結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是基于STM32的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度、酒精、煙霧、水量參數(shù)的采集，對(duì)人體的紅外檢測(cè)以及該裝置的避障處理。通過(guò)2.4 G無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺魉徒o信息顯示終端，在危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)，可取代人為操作，能夠進(jìn)入人不能到達(dá)的地方進(jìn)行檢測(cè)。該裝置具有循跡、避障功能，實(shí)時(shí)圖傳的特點(diǎn)，智能化程度高，信息時(shí)效強(qiáng)，支持多路傳感器同步采集數(shù)據(jù)，可擴(kuò)展性強(qiáng)。

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Wireless environmental monitoring based on STM32 MCU

Gu Liangling,Wei Dengfeng,Yu Xi,Gong Lu,Tan Bowen,Liu Jianlong

(School of Electrical and Electronic Engineering,Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China)

In order to monitor environmental parameters in real time, a kind of wireless environment monitoring device using STM32 as the control core and nRF24L01 as the wireless transceiver chip was designed. While environmental parameters are acquired, environmental monitoring equipment will feedback to the site.STM32F103ZET6 is used as the core control chip for monitoring nodes,meanwhile wireless transceiver chips communicate via the SPI bus, transfering the data to the monitoring center.Though the device’s structure is simple , it has a tracking function, sending rescue signals, real-time monitoring of temperature, humidity and alcohol and smoke and so on .Also it can display in the form of liquid crystal.

environment monitoring;nRF24L01;32-bit MCU;tracking

TP249

ADOI： 10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.17.017

2016-03-30)

古良玲(1977-)，女，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：電子技術(shù)與信號(hào)處理。

韋登峰(1993-)，通信作者，男，學(xué)士，主要研究方向：測(cè)控技術(shù)與儀器。E-mail:wdf_wonder@sina.com。

余茜(1994-),女，學(xué)士，主要研究方向：電子信息工程。