基于STM32的無線環境監測

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)

?

基于STM32的無線環境監測

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)

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。

環境監測；nRF24L01；32單片機；循跡

引用格式：古良玲，韋登峰，余茜，等. 基于STM32的無線環境監測[J].微型機與應用，2016,35(17)：55-56.

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?；趎RF24L01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?；赟TM32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。

圖1　系統結構框圖

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。

圖2　遙控器硬件原理圖

2.1.2軟件設計

圖3　遙控器流程圖

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。

圖4　接收機硬件框圖

圖5　接收機軟件流程圖

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。

[1] 譚暉. nRF無線SOC單片機原理與高級應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[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.

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，高級實驗師，主要研究方向：電子技術與信號處理。

韋登峰(1993-)，通信作者，男，學士，主要研究方向：測控技術與儀器。E-mail:wdf_wonder@sina.com。

余茜(1994-),女，學士，主要研究方向：電子信息工程。