本發(fā)明涉及環(huán)境檢測裝置領域，具體涉及一種多功能環(huán)境采集遙控小車。

背景技術：

由于在生活日常探測、意外險情發(fā)生、軍事偵察、防污染等危險與惡劣環(huán)境中有這廣闊的應用前景，無線遙控小車成為一個重要的研究熱點。無線遙控小車具有體積小、成本低、生存能力強、運動靈活等特點。由于其應用場合特殊，所以特別要求這類小車重量輕、實時性好、操作使用可靠。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種多功能環(huán)境采集遙控小車，采用模塊化設計結構，各個功能之間相互不影響，具有較高的人性化和智能化。

為實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

多功能環(huán)境采集遙控小車，包括小車本體和遙控器，小車本體為四輪直流減速電機驅動，三節(jié)3.7V鋰電池串聯供電，小車本體上載有5個傳感器、控制器、無線模塊和液晶顯示屏，5個傳感器包括環(huán)境的溫度采集模塊DS18B20溫度傳感器，環(huán)境濕度采集模塊DHT11數字溫濕度傳感器、BH1750FVI光強傳感器、氣體濃度檢測MQ-2煙霧傳感器，以及探測前方是否有人的HC-SR501人體感應模塊；所述控制器包括主單片機和副單片機，主單片機和副單片機均采用STC12c5a60s2，用于進行小車控制與數據交換；所述遙控器上有設有一STC12c5a60s2芯片、一nRF24L01無線模塊和一12864LCD液晶屏，所述nRF24L01無線模塊通過無線與所述無線模塊連接。

優(yōu)選地，所述無線模塊采用nRF24L01無線模塊。

優(yōu)選地，主芯片與副芯片采用單片機串口通訊進行數據的交換，交換速度快，時序簡單，時序相互獨立避免影響。

優(yōu)選地，nrf24L01被設置為接收模式后，可通過6個不同的數據通道(data pipe)接收數據；每個數據通道都有一個唯一的地址但是各數據通道的頻率是相同的。這意味著可以有6個被配置成發(fā)送狀態(tài)的nRF24L01可以和一個配置成接收狀態(tài)的nRF24L01通信，并且接收方可以區(qū)分(通過判斷狀態(tài)寄存器的1-3位即可達到區(qū)分的目的)。

優(yōu)選地，數據通道0有一個唯一的40bit的可設置的地址；其余的通道1到通道5則地址前32位相同，而后8位不同；所有的數據通道都可以實現Enhanced ShockBurst模式。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明各個功能之間相互不影響，具有較高的人性化和智能化；用基于nRF24L01無線收發(fā)芯片的nRF24L01無線通信系統(tǒng)，并在車上選用DS18B20作為環(huán)境的溫度采集模塊，用DHT11數字溫濕度傳感器作為環(huán)境濕度采集模塊，用BH1750FVI光強傳感器對周圍環(huán)境的光照進行探測，用MQ-2煙霧傳感器作為環(huán)境煙霧等氣體濃度檢測裝置，以及用HC-SR501人體感應模塊探測前方是否有人，小車為四輪直流減速電機驅動，三節(jié)3.7V2600mA鋰電池串聯供電，小車上有兩塊stc12c5a60s2芯片進行通訊，并將數據通過nRF24L01發(fā)送給遙控器上的stc12c5a60s2芯片，數據在遙控器上的12864LCD顯示屏上顯示。經過測試，調試的無線收發(fā)模塊，其工作于2.4GHz～2.5GHz工SM頻段；遙控器與小車的距離室外約在140米以內，室內約在40米以內，有比較好的數據傳輸功能。溫度數據經過編碼后通過無線傳輸的精度控制在0.01攝氏度以內。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的整體框圖。

圖2為DS18B20傳感模塊框圖。

圖3為DHT11傳感模塊框圖。

圖4為傳感模塊框圖。

圖5為7805降壓模塊電路圖。

圖6為本發(fā)明實施例總體電路圖。

圖7為遙控軟件模塊流程圖。

圖8為小車軟件模塊流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例提供了一種多功能環(huán)境采集遙控小車，包括小車本體和遙控器，小車本體為四輪直流減速電機驅動，三節(jié)3.7V鋰電池串聯供電，小車本體上載有5個傳感器、控制器、無線模塊和液晶顯示屏，5個傳感器包括環(huán)境的溫度采集模塊DS18B20溫度傳感器，環(huán)境濕度采集模塊DHT11數字溫濕度傳感器、BH1750FVI光強傳感器、氣體濃度檢測MQ-2煙霧傳感器，以及探測前方是否有人的HC-SR501人體感應模塊；所述控制器包括主單片機和副單片機，主單片機和副單片機均采用STC12c5a60s2，用于進行小車控制與數據交換；所述遙控器上有設有一STC12c5a60s2芯片、一nRF24L01無線模塊和一12864LCD液晶屏，所述nRF24L01無線模塊通過無線與所述無線模塊連接。

所述無線模塊采用nRF24L01無線模塊。

主芯片與副芯片采用單片機串口通訊進行數據的交換，交換速度快，時序簡單，時序相互獨立避免影響。

nrf24L01被設置為接收模式后，可通過6個不同的數據通道(data pipe)接收數據；每個數據通道都有一個唯一的地址但是各數據通道的頻率是相同的。這意味著可以有6個被配置成發(fā)送狀態(tài)的nRF24L01可以和一個配置成接收狀態(tài)的nRF24L01通信，并且接收方可以區(qū)分(通過判斷狀態(tài)寄存器的1-3位即可達到區(qū)分的目的)。

數據通道0有一個唯一的40bit的可設置的地址；其余的通道1到通道5則地址前32位相同，而后8位不同；所有的數據通道都可以實現Enhanced ShockBurst模式。

在發(fā)送端，數據通道0被用來接收確認信息，因此發(fā)送端的數據通道0的地址必須等于發(fā)送地址，這樣才能收到應答信息。當一個24L01發(fā)送結束后，它會打開接收器并等待確認。如果沒有收到確認，則重發(fā)，直到收到確認。當重發(fā)超過一定次數則發(fā)出中斷并改變狀態(tài)寄存器。重發(fā)次數的限制在SETUP_RETR_ARC寄存器中設置。

無論何時收到確認，都會認為上一個數據包發(fā)送成功，這個數據包將被從發(fā)送緩沖區(qū)清除，并且把TX_DS IRQ置為高。每次開始spi寫，讀回來的都是狀態(tài)字。

在本系統(tǒng)中，采用STC12c5a60s2單片機為微處理器；智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，采用單總線線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路。供電電壓：3.3～5.5V/DC，測量范圍：-55℃～+125℃，固有分辨率0.5℃。本作品用的DS18B20傳感模塊如圖2所示。

DHT11數字溫濕度傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。供電電壓：3.3～5.5V/DC，測量范圍：溫度0～50℃，測量精度：溫度+-2℃，分辨率：溫度1℃。本作品用的DHT11傳感模塊如圖3所示。

BH1750FVI支持I2C BUS接口(f/s Mode Support)。接近視覺靈敏度的光譜靈敏度特性(峰值靈敏度波長典型值：560nm)。對應廣泛的輸入光范圍(相當于1-655351x)。通過降低功率功能，實現低電流化。通過50Hz/60Hz除光噪音功能實現穩(wěn)定的測定。支持1.8V邏輯輸入接口。有兩種可選的I2C slave地址。可調的測量結果影響較大的因素為光入口大小。最小誤差變動在±20％。受紅外線影響很小。

LM393、zYMQ-2氣體傳感器的工作電壓為直流5伏。應用：適用于家庭或工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等監(jiān)測裝置。本作品用的DS18B20傳感模塊如圖4所示。

HC-SR501是基于紅外線技術的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電器設備，尤其是干電池供電的自動控制產品。

采用nRF24L01是由NORDIC生產的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強型″SchockBurst″模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設置可以通過SPI接口進行設置。幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數據傳送工作。極低的電流消耗：當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm時電流消耗為11.3mA，接收模式時為12.3mA，掉電模式和待機模式下電流消耗更低。

電源配置采用可充電電池18650作為電源來源，三節(jié)18650充電電池串聯之后電壓大概在12V左右，12V電壓較高，直接作為電機驅動電源較高不太適合，而且那樣電源單一應用不靈活。電源經過LM2596降壓模塊之后將電壓降至8V左右，經過7805將電壓穩(wěn)定在5V給單片機供電，這樣就可以實現單一電源給出不同的電壓輸出。LM2596可調降壓模塊電路如圖5所示。總體電路設計如圖6所示。

本具體實施主單片機中寫有接收nRF24L01信號程序，通過遙控器遙控小車，控制小車行走路徑，把DS18B20采集回的當前環(huán)境下的溫度數據、DHT11數字溫濕度傳感器采集回的環(huán)境濕度數據、和BH1750FVI采集回來的光照情況的數據、還有用MQ-2煙霧傳感器采集的環(huán)境煙霧等氣體濃度數據、HC-SR501人體感應模塊探測前方是否有人的數據寫入小車上的副單片機，進行快速相關的數據處理。然后很快副單片機與主單片機進行單片機之間的通訊，將數據發(fā)送給主單片機，主單片機再將數據通過nRF24L01發(fā)送給遙控器，遙控器接收并做數據處理后，然后在遙控器上的12864LCD液晶屏進行所采集的環(huán)境數據實時顯示。

本系統(tǒng)采用軟件模擬單總線(1-Wire)協(xié)議與DS18B20溫度傳感器和DHT11數字溫濕度傳感器連接，模擬I2C協(xié)議(需要2跳線一條時鐘線一條數據線)與BH1750FVI光強傳感器連接，模擬SPI協(xié)議與nRF24L01無線模塊連接。

對于ACK模式傳輸的包，PTX可以通過MAX_RT或TX_DS中斷來判斷數據包是否發(fā)送成功，如果發(fā)送失敗，PTX就重傳，如果幾次重傳仍然失敗，就切換到下一頻點開始發(fā)送；PRX如果一段時間沒有接收包，就切換到下一個頻點接收。由于PTX和PRX的頻率切換速度不一樣，因此，就在某一時刻，如果雙方在某頻點收發(fā)成功，則表示該頻點可用。

發(fā)送端發(fā)送過來之后，接收端將放好了的數據發(fā)送出去，但是注意一定要讀取發(fā)送過來的數據或者清空接收FIFO，不然發(fā)送端無法接收到帶有數據的ACK包，不讀取或者清空將數據放入W_ACK_PAYLOAD也是白放，不但浪費時間，也會流失放入的數據，可以發(fā)送中斷中放入新的數據，這樣既能夠節(jié)約時間，又不浪費數據，但要注意一定要在初始化的時候先將數據放入W_ACK_PAYLOAD中，不然無法發(fā)送。同樣在接收端中可以設置IRQ引腳中斷，當引腳變低了之后才經行接收與發(fā)送，可以免去不斷用SPI查詢時間浪費。這樣設置了之后接收端發(fā)送數據的時間間隔掌握在發(fā)送端的手中

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。