火災險情探測智能小車創意設計及實施

廖光榮+李慧+包宋建

【摘 要】本文設計并實現了火災險情探測智能小車，通過傳感器和攝像頭采集數據，經單片機信息處理通過2.4G無線信息傳輸給遠程終端，由液晶顯示器顯示數據信息和畫面。

【關鍵詞】智能小車；無線傳輸；單片機

通常在遇到火災險情時，需要作業人員進入現場工作，事實上作業人員卻很難甚至無法在這種環境中工作，為解決這一難題，我們結合實際應用需要等因素，設計了火災險情探測智能小車。本設計采用控傳和圖傳分開獨立設計的思想。即用2.4g無線收發模塊進行小車控制和溫度數據的傳輸。

1 硬件系統設計

1.1 系統硬件設計組成

本系統主要由發送端和接收端組成。發送端由51單片機控制模塊、傳感器模塊、2.4G無線發送模塊、電源模塊組成，接收端由單片機控制模塊、12864顯示模塊、無線接收模塊、語音報警模塊、警示燈模塊、蜂鳴器模塊、電源模塊組成。發送端將采集到的數據和畫面經單片機處理由無線發送模塊將數據傳輸給接收端，接收端把得到的數據進行一定處理和運算由顯示模塊顯示數據和畫面。

1.2 系統硬件介紹

1.2.1 單片機

微控制器采用宏晶公司的12系列單片機，該單片機使用8051作為內核，指令代碼完全兼容傳統51單片機，在執行指令速度方面，由于該款單片機是傳統51單片機的增強型，指令速度相對傳統51單片機快8-12倍。在外部I/0接口上也與傳統51完全相同，并有更強的驅動能力和承受灌電流的能力。在存儲空間方面，在片上集成60K的程序存儲空間，極大的滿足了用戶大代碼量編寫的需求，同時在片上還集成1280字節的RAM，能讓程序員開發編程輕松簡單。在12系系列單片機上，還同時集成了大量的片上外設，同時在抗干擾方面，12系列單片機比傳統51單片機更好的抗干擾，適宜用在強干擾的電機控制場合。

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率低的二氧化錫（SnO2）。采用高低溫循環檢測方式低溫（1.5V加熱）檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度增加而增大，高溫（5.0V加熱）清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導率的變化，轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-7傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。

（2）MQ-5傳感器

MQ-5廣泛的探測范圍、高靈敏度、快速響應恢復、優異的穩定性、壽命長、簡單的驅動電路。可用于家庭和工廠的氣體泄漏監測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、氫氣、人工煤氣等的探測。

（3）MQ135傳感器

MQ135氣體傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對煙霧和其它有害氣體的監測也很理想。這種傳感器可檢測多種有害氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。

（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，精度高的特點。適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域。

1.2.3 2.4G無線通信

nRF24L01是由NORDIC生產的一款新型單片射頻收發器件，工作于2.4 GHz～2.5GHz ISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發射時，工作電流也只有9mA；接收時，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）使節能設計更方便。

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，顯示器內部集成中文字庫，總共8192個中文漢字（16*16點陣），并且支持可見ACSII碼的顯示。

2 系統軟件設計

2.1 程序功能描述與設計思路

（1）程序功能描述

根據發送端對有害氣體和溫度的監測發送給接收端，通過接收端對各種濃度的判斷和顯示。當達到危險數值時，發出蜂鳴器報警，警示燈報警和語音報警。

（2）顯示部分：顯示溫度大小，一氧化碳，空氣質量，甲烷的濃度。

（3） 程序設計思路：

根據發送端對有害氣體和溫度的監測，通過單片機把模擬信號轉為數字信號發送給接收端，接收端把濃度和溫度顯示在顯示屏上，然后判斷是否達到危險值，達到后蜂鳴器報警，警示燈報警和語音報警，回到正常值后停止報警。

2.2 程序流程圖

2.2.1 發送端主程序流程圖

開啟電源后程序初始化，單片機處理傳感器采集的數據，A/D轉換后發生給接收端，并且在發送端判斷是否達到危險值，如果達到危險值，蜂鳴器開啟報警。發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，顯示屏顯示開機畫面和開機音樂后，顯示初始化值，接收端接收發送端的數字信號，并顯示在顯示屏上，實現實時更新，同時對數據進行判斷，達到危險值后，同時開啟語音報警，警示燈報警和蜂鳴器報警。當恢復到正常值后，取消報警。接收端主程序流程圖如圖2所示。

3 測試方案與測試結果

3.1 測試方案

硬件測試：發送端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，所以在開發板測試時傳感器無法正常工作，需要外加電源。

3.2 測試條件與儀器

測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測試儀器：數字萬用表。

3.3 測試結果及分析

3.3.1 測試結果（數據）

5V檔信號測試結果所得，電流值（mA）在200、300、400 時，不能正常工作；電流值（mA）在500、600、800、1000、1200時，能正常工作。由此可以得出以下結論：

（1）發送端需要500mA以上電流才能使傳感器正常工作。

（2）電腦USB接口小于500mA，所以在開發板測試時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，本設計達到設計要求。

4 結語

通過整體系統測試，系統能達到預先所想要的效果。同時進行了實際測試效果，通過實地考勤，本系統能達到很好的實際應用效果。同時在成本上，該設計價格便宜，易于被推廣，能被應用到實際中。

【參考文獻】

[1]譚浩強.C語言程序設計[M].北京：清華大學出版社，2012.

[2]陳斌.《油氣田環境保護》2015年第1期38-40，共3頁[MJ].中國石油大連石化分公司質量環保檢測中心.

[3]孫繼平.《工礦自動化》2015年第1期1-5，共5頁[MJ].中國礦業大學（北京），北京100083.

[4]陳兆剛.《機械設計與制造工程》2015年第6期82-85，共4頁[MJ].淮安市產品質量監督檢驗所，江蘇淮安223001.

[5]李波.李百戰.李娟.ACF擔載Ti〇2光催化降解甲醛的影響因素研究[J].中國科技論文在線.2008（5）.

[責任編輯：張濤]endprint