火災(zāi)險(xiǎn)情探測(cè)智能小車創(chuàng)意設(shè)計(jì)及實(shí)施

廖光榮+李慧+包宋建

【摘 要】本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)險(xiǎn)情探測(cè)智能小車，通過傳感器和攝像頭采集數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)信息處理通過2.4G無線信息傳輸給遠(yuǎn)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(jī)

通常在遇到火災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)，需要作業(yè)人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)工作，事實(shí)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(shí)際應(yīng)用需要等因素，設(shè)計(jì)了火災(zāi)險(xiǎn)情探測(cè)智能小車。本設(shè)計(jì)采用控傳和圖傳分開獨(dú)立設(shè)計(jì)的思想。即用2.4g無線收發(fā)模塊進(jìn)行小車控制和溫度數(shù)據(jù)的傳輸。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)控制模塊、12864顯示模塊、無線接收模塊、語音報(bào)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(jī)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(jìn)行一定處理和運(yùn)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(jī)

微控制器采用宏晶公司的12系列單片機(jī)，該單片機(jī)使用8051作為內(nèi)核，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)51單片機(jī)，在執(zhí)行指令速度方面，由于該款單片機(jī)是傳統(tǒng)51單片機(jī)的增強(qiáng)型，指令速度相對(duì)傳統(tǒng)51單片機(jī)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(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和承受灌電流的能力。在存儲(chǔ)空間方面，在片上集成60K的程序存儲(chǔ)空間，極大的滿足了用戶大代碼量編寫的需求，同時(shí)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(jiǎn)單。在12系系列單片機(jī)上，還同時(shí)集成了大量的片上外設(shè)，同時(shí)在抗干擾方面，12系列單片機(jī)比傳統(tǒng)51單片機(jī)更好的抗干擾，適宜用在強(qiáng)干擾的電機(jī)控制場(chǎng)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(dǎo)率低的二氧化錫（SnO2）。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式低溫（1.5V加熱）檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫（5.0V加熱）清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-7傳感器對(duì)一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測(cè)多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。

（2）MQ-5傳感器

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

（3）MQ135傳感器

MQ135氣體傳感器對(duì)氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對(duì)煙霧和其它有害氣體的監(jiān)測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種有害氣體，是一款適合多種應(yīng)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(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。適用于冷凍庫(kù)，糧倉(cāng)，儲(chǔ)罐，電訊機(jī)房，電力機(jī)房，電纜線槽等測(cè)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(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9mA；接收時(shí)，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(shè)計(jì)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(kù)，總共8192個(gè)中文漢字（16*16點(diǎn)陣），并且支持可見ACSII碼的顯示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 程序功能描述與設(shè)計(jì)思路

（1）程序功能描述

根據(jù)發(fā)送端對(duì)有害氣體和溫度的監(jiān)測(cè)發(fā)送給接收端，通過接收端對(duì)各種濃度的判斷和顯示。當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)數(shù)值時(shí)，發(fā)出蜂鳴器報(bào)警，警示燈報(bào)警和語音報(bào)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(shè)計(jì)思路：

根據(jù)發(fā)送端對(duì)有害氣體和溫度的監(jiān)測(cè)，通過單片機(jī)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)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(dá)到危險(xiǎn)值，達(dá)到后蜂鳴器報(bào)警，警示燈報(bào)警和語音報(bào)警，回到正常值后停止報(bào)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(jī)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(dá)到危險(xiǎn)值，如果達(dá)到危險(xiǎn)值，蜂鳴器開啟報(bào)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(jī)畫面和開機(jī)音樂后，顯示初始化值，接收端接收發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)，并顯示在顯示屏上，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，達(dá)到危險(xiǎn)值后，同時(shí)開啟語音報(bào)警，警示燈報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)恢復(fù)到正常值后，取消報(bào)警。接收端主程序流程圖如圖2所示。

3 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

3.1 測(cè)試方案

硬件測(cè)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(cè)試時(shí)傳感器無法正常工作，需要外加電源。

3.2 測(cè)試條件與儀器

測(cè)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(cè)試儀器：數(shù)字萬用表。

3.3 測(cè)試結(jié)果及分析

3.3.1 測(cè)試結(jié)果（數(shù)據(jù)）

5V檔信號(hào)測(cè)試結(jié)果所得，電流值（mA）在200、300、400 時(shí)，不能正常工作；電流值（mA）在500、600、800、1000、1200時(shí)，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(cè)試時(shí)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(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

通過整體系統(tǒng)測(cè)試，系統(tǒng)能達(dá)到預(yù)先所想要的效果。同時(shí)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試效果，通過實(shí)地考勤，本系統(tǒng)能達(dá)到很好的實(shí)際應(yīng)用效果。同時(shí)在成本上，該設(shè)計(jì)價(jià)格便宜，易于被推廣，能被應(yīng)用到實(shí)際中。

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[責(zé)任編輯：張濤]endprint