多功能环境采集遥控小车的制作方法

本发明涉及环境检测装置领域，具体涉及一种多功能环境采集遥控小车。

背景技术：

由于在生活日常探测、意外险情发生、军事侦察、防污染等危险与恶劣环境中有这广阔的应用前景，无线遥控小车成为一个重要的研究热点。无线遥控小车具有体积小、成本低、生存能力强、运动灵活等特点。由于其应用场合特殊，所以特别要求这类小车重量轻、实时性好、操作使用可靠。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种多功能环境采集遥控小车，采用模块化设计结构，各个功能之间相互不影响，具有较高的人性化和智能化。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

多功能环境采集遥控小车，包括小车本体和遥控器，小车本体为四轮直流减速电机驱动，三节3.7V锂电池串联供电，小车本体上载有5个传感器、控制器、无线模块和液晶显示屏，5个传感器包括环境的温度采集模块DS18B20温度传感器，环境湿度采集模块DHT11数字温湿度传感器、BH1750FVI光强传感器、气体浓度检测MQ-2烟雾传感器，以及探测前方是否有人的HC-SR501人体感应模块；所述控制器包括主单片机和副单片机，主单片机和副单片机均采用STC12c5a60s2，用于进行小车控制与数据交换；所述遥控器上有设有一STC12c5a60s2芯片、一nRF24L01无线模块和一12864LCD液晶屏，所述nRF24L01无线模块通过无线与所述无线模块连接。

优选地，所述无线模块采用nRF24L01无线模块。

优选地，主芯片与副芯片采用单片机串口通讯进行数据的交换，交换速度快，时序简单，时序相互独立避免影响。

优选地，nrf24L01被设置为接收模式后，可通过6个不同的数据通道(data pipe)接收数据；每个数据通道都有一个唯一的地址但是各数据通道的频率是相同的。这意味着可以有6个被配置成发送状态的nRF24L01可以和一个配置成接收状态的nRF24L01通信，并且接收方可以区分(通过判断状态寄存器的1-3位即可达到区分的目的)。

优选地，数据通道0有一个唯一的40bit的可设置的地址；其余的通道1到通道5则地址前32位相同，而后8位不同；所有的数据通道都可以实现Enhanced ShockBurst模式。

本发明具有以下有益效果：

本发明各个功能之间相互不影响，具有较高的人性化和智能化；用基于nRF24L01无线收发芯片的nRF24L01无线通信系统，并在车上选用DS18B20作为环境的温度采集模块，用DHT11数字温湿度传感器作为环境湿度采集模块，用BH1750FVI光强传感器对周围环境的光照进行探测，用MQ-2烟雾传感器作为环境烟雾等气体浓度检测装置，以及用HC-SR501人体感应模块探测前方是否有人，小车为四轮直流减速电机驱动，三节3.7V2600mA锂电池串联供电，小车上有两块stc12c5a60s2芯片进行通讯，并将数据通过nRF24L01发送给遥控器上的stc12c5a60s2芯片，数据在遥控器上的12864LCD显示屏上显示。经过测试，调试的无线收发模块，其工作于2.4GHz～2.5GHz工SM频段；遥控器与小车的距离室外约在140米以内，室内约在40米以内，有比较好的数据传输功能。温度数据经过编码后通过无线传输的精度控制在0.01摄氏度以内。

附图说明

图1为本发明实施例的整体框图。

图2为DS18B20传感模块框图。

图3为DHT11传感模块框图。

图4为传感模块框图。

图5为7805降压模块电路图。

图6为本发明实施例总体电路图。

图7为遥控软件模块流程图。

图8为小车软件模块流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种多功能环境采集遥控小车，包括小车本体和遥控器，小车本体为四轮直流减速电机驱动，三节3.7V锂电池串联供电，小车本体上载有5个传感器、控制器、无线模块和液晶显示屏，5个传感器包括环境的温度采集模块DS18B20温度传感器，环境湿度采集模块DHT11数字温湿度传感器、BH1750FVI光强传感器、气体浓度检测MQ-2烟雾传感器，以及探测前方是否有人的HC-SR501人体感应模块；所述控制器包括主单片机和副单片机，主单片机和副单片机均采用STC12c5a60s2，用于进行小车控制与数据交换；所述遥控器上有设有一STC12c5a60s2芯片、一nRF24L01无线模块和一12864LCD液晶屏，所述nRF24L01无线模块通过无线与所述无线模块连接。

所述无线模块采用nRF24L01无线模块。

主芯片与副芯片采用单片机串口通讯进行数据的交换，交换速度快，时序简单，时序相互独立避免影响。

nrf24L01被设置为接收模式后，可通过6个不同的数据通道(data pipe)接收数据；每个数据通道都有一个唯一的地址但是各数据通道的频率是相同的。这意味着可以有6个被配置成发送状态的nRF24L01可以和一个配置成接收状态的nRF24L01通信，并且接收方可以区分(通过判断状态寄存器的1-3位即可达到区分的目的)。

数据通道0有一个唯一的40bit的可设置的地址；其余的通道1到通道5则地址前32位相同，而后8位不同；所有的数据通道都可以实现Enhanced ShockBurst模式。

在发送端，数据通道0被用来接收确认信息，因此发送端的数据通道0的地址必须等于发送地址，这样才能收到应答信息。当一个24L01发送结束后，它会打开接收器并等待确认。如果没有收到确认，则重发，直到收到确认。当重发超过一定次数则发出中断并改变状态寄存器。重发次数的限制在SETUP_RETR_ARC寄存器中设置。

无论何时收到确认，都会认为上一个数据包发送成功，这个数据包将被从发送缓冲区清除，并且把TX_DS IRQ置为高。每次开始spi写，读回来的都是状态字。

在本系统中，采用STC12c5a60s2单片机为微处理器；智能温度传感器DS18B20作为检测元件，采用单总线线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路。供电电压：3.3～5.5V/DC，测量范围：-55℃～+125℃，固有分辨率0.5℃。本作品用的DS18B20传感模块如图2所示。

DHT11数字温湿度传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。供电电压：3.3～5.5V/DC，测量范围：温度0～50℃，测量精度：温度+-2℃，分辨率：温度1℃。本作品用的DHT11传感模块如图3所示。

BH1750FVI支持I2C BUS接口(f/s Mode Support)。接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性(峰值灵敏度波长典型值：560nm)。对应广泛的输入光范围(相当于1-655351x)。通过降低功率功能，实现低电流化。通过50Hz/60Hz除光噪音功能实现稳定的测定。支持1.8V逻辑输入接口。有两种可选的I2C slave地址。可调的测量结果影响较大的因素为光入口大小。最小误差变动在±20％。受红外线影响很小。

LM393、zYMQ-2气体传感器的工作电压为直流5伏。应用：适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。本作品用的DS18B20传感模块如图4所示。

HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。

采用nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型″SchockBurst″模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为0dBm时电流消耗为11.3mA，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。

电源配置采用可充电电池18650作为电源来源，三节18650充电电池串联之后电压大概在12V左右，12V电压较高，直接作为电机驱动电源较高不太适合，而且那样电源单一应用不灵活。电源经过LM2596降压模块之后将电压降至8V左右，经过7805将电压稳定在5V给单片机供电，这样就可以实现单一电源给出不同的电压输出。LM2596可调降压模块电路如图5所示。总体电路设计如图6所示。

本具体实施主单片机中写有接收nRF24L01信号程序，通过遥控器遥控小车，控制小车行走路径，把DS18B20采集回的当前环境下的温度数据、DHT11数字温湿度传感器采集回的环境湿度数据、和BH1750FVI采集回来的光照情况的数据、还有用MQ-2烟雾传感器采集的环境烟雾等气体浓度数据、HC-SR501人体感应模块探测前方是否有人的数据写入小车上的副单片机，进行快速相关的数据处理。然后很快副单片机与主单片机进行单片机之间的通讯，将数据发送给主单片机，主单片机再将数据通过nRF24L01发送给遥控器，遥控器接收并做数据处理后，然后在遥控器上的12864LCD液晶屏进行所采集的环境数据实时显示。

本系统采用软件模拟单总线(1-Wire)协议与DS18B20温度传感器和DHT11数字温湿度传感器连接，模拟I2C协议(需要2跳线一条时钟线一条数据线)与BH1750FVI光强传感器连接，模拟SPI协议与nRF24L01无线模块连接。

对于ACK模式传输的包，PTX可以通过MAX_RT或TX_DS中断来判断数据包是否发送成功，如果发送失败，PTX就重传，如果几次重传仍然失败，就切换到下一频点开始发送；PRX如果一段时间没有接收包，就切换到下一个频点接收。由于PTX和PRX的频率切换速度不一样，因此，就在某一时刻，如果双方在某频点收发成功，则表示该频点可用。

发送端发送过来之后，接收端将放好了的数据发送出去，但是注意一定要读取发送过来的数据或者清空接收FIFO，不然发送端无法接收到带有数据的ACK包，不读取或者清空将数据放入W_ACK_PAYLOAD也是白放，不但浪费时间，也会流失放入的数据，可以发送中断中放入新的数据，这样既能够节约时间，又不浪费数据，但要注意一定要在初始化的时候先将数据放入W_ACK_PAYLOAD中，不然无法发送。同样在接收端中可以设置IRQ引脚中断，当引脚变低了之后才经行接收与发送，可以免去不断用SPI查询时间浪费。这样设置了之后接收端发送数据的时间间隔掌握在发送端的手中

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。