曾令刚　包宋建　杨守良

【摘 要】在有害气体的高危环境下或者在抢险救灾的现场中，作业人员直接进入现场作业可能会造成不必要的人员伤害。本设计以基于STC12A60S2单片机为主控器，实现了高性能智能车和遥控器的设计。系统能够实时对现场有害气成份进行检测并传输到手持遥控器的LCD上显出来，系统还实现了现场图像的实时传输功能。

【关键词】单片机;有害气体;温度;控传;图传

中图分类号： R443.5;TP274 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）19-0022-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.009

1 概述

在采矿业等需要在洞穴中作业的环境下，常常因有害气体造成人身伤害，甚至死亡。设计一种能够远程检测洞穴有害气体成份及浓度的设备就很有必要。基于此本文提出了一种基于STC12A60S2为主控器的无线远程可视化有害气体检测仪的设计。整个系统由遥控系统和车载系统两部分构成[1]。

2 系统硬件设计

整个系统由车载系统和遥控系统组成，系统结构框图如图1所示。车载系统端以单片机为核心，设计有电源电路、时钟复位电路、温度检测模块、舵机模块、各种气体的检测模块、电机驱动模块及无线收发模块。遥控系统端也是以单片机为核心，设计有电源电路、无线收发模块、LCD显示模块、时钟复位电路和摇杆控制模块[2]。

2.1 遥控系统设计

遥控系统实现对小车的运行控制，并将小车系统检测的气体成份和当前温度值在LCD上显示出来，还将小车系统上摄像头采集的图像实时的在另一个LCD上显示出来。

2.1.1 NRF24L01无线收发设计

nRF24L01+是采用FSK调制的低功耗单片通信芯片，工作频段在2.4～2.5GHz，通信最快速度为2Mbps，nRF24L01+共有8个引脚，VCC接3.3V电源，GND接电源负极，其他6个引脚与单片机的接口为：IRQ接单片机的P3.0、MOSI接单片机的P3.1、CSN接单片机的P3.2、MISO接单片机的P3.3、SCK接单片机的P3.4、CE接单片机的P3.5。nRF24L01+与单片机的接口如图2所示[3]。

2.1.2 摇杆电路设计

设计中对小车的控制和对摄像头的控制采用摇杆控制，摇杆控制具有硬件电路简单、程序编写方便的特点。双轴按键摇杆选用SONY公司的PS2按键摇杆电位器，具有两路模拟量输出，分别对应X轴的偏移量和Y轴的偏移量;具有一路數字量输出，对应于用户是否在Z轴上按下。本设计的右手摇杆用于控制无线智能车的动作，如：前进、后退、左转、右转等基本动作;左手摇杆用于控制摄像头舵机的任意角度的转动，电路如图3所示。

2.1.3 LCD12864液晶显示模块

通常现有的输出显示方式有发光二极管显示、LED数码管显示、LED矩阵显示和液晶显示，在单片机系统的人机交互界面中被广泛应用的主要有LED数码管和LCD液晶显示器。本设计采用LCD12864液晶模块进行显示，LCD12864接口电路如图4所示。接了背光电源，RS、RW和EN三个引脚分别接单片机的P2.0、P2.1和P2.2，D0～D7接单片机的P0口[4]。

2.2 小车系统设计

2.2.1 电机驱动设计

电机驱动电路使用集成电路L298，可以方便的驱动两路直流电机。VSS接5V电源;VS接7.4V电源;GND、ISENA和ISENB接地;ENA与ENB为L298N电机驱动模块使能控制端，接单片机的P2.4和P2.5，控制电机运行或是停止。输入端IN1～IN4接单片机的P2.0～P2.3;输出端OUT1和OUT2接直流电动机A，输出端OUT3和OUT4接直流电动机B。电机控制原理图如图5所示[5]。

2.2.2 温度及空气质量检测设计

温度检测采用数字化传感器DS18B20，一线总线接单片机P3.7，温度检测接口电路如图6（a）所示。MQ-7一氧化碳传感器接单片机的P1.0，MQ-7与单片机的连接如图6（b）所示。MQ-5甲烷传感器接单片机的P1.1，MQ-5与单片机的接口如图6（c）所示。MQ-135气体传感器接单片机的P1.2，MQ135与单片机的接口如图6（d）所示[6]。

2.2.3 实时图像传输系统设计

为了实现对监测环境的实时可视并遥控，在无线智能遥控小车设计的基础上增加了一个5.8G实时图像传输系统。实时图像传输系统设计框图如图7所示。

3 系统软件设计

系统软件设计主要包括两大部分，一是小车控制程序，二是遥控器程序。分另都有自己的主程序和若干的子程序构成。下图8所示为小车主程序流程图[7]。

4 结语

本探测仪的实物如图9所示。遥控器使用方便，通过LCD屏可以实时观察检测环境，并能得到有害气体的检测结果，如有超标会实时报警。遥控端电源供电时间长，约为1个小时。小车系统的车轮采用纽带式，并设计一定的角度，这样可以实现越障;车载摄像头通过遥控器可以实现水平360度旋转，垂直方向可实现180度旋转，这样可以实现全景观察。在洞穴中遥控器与小车的无线通信距离约为100米左右，能够满足一般检测的需要。小车端电源供电约为1个小时。本检测系统在实际场景下调试结果为：性能良好、可靠性高、电源持续工作时间长、具有一定的实用价值。

图9 探测仪实物图

【参考文献】

[1]黄建能，杨光杰.无线遥控小车[J].现代电子技术.2012，23：126-128，131.

[2]刘汪，董晓庆.基于单片机的无线遥控小车[J].科技信息.2013，4：155.

[3]陈双燕.远程温度检测系统的设计[J].武夷学院学报.2014，2：66-69.

[4]吉李满.基于无线传感器网络技术的智能灯光控制系统.科技风.2012，12.

[5]冯洋.智能环境数据采集小车[J].电子设计工程.2015，21：12-14.

[6]李强.管道机器人视像检测系统的研究与实现[D].黑龙江：东北石油大学，2007.

[7]余福兵.电阻炉智能温度控制器的设计[D].内蒙古：内蒙古科技大学，2012.