火灾险情探测智能小车创意设计及实施

廖光荣+李慧+包宋建

【摘 要】本文设计并实现了火灾险情探测智能小车，通过传感器和摄像头采集数据，经单片机信息处理通过2.4G无线信息传输给远程终端，由液晶显示器显示数据信息和画面。

【关键词】智能小车；无线传输；单片机

通常在遇到火灾险情时，需要作业人员进入现场工作，事实上作业人员却很难甚至无法在这种环境中工作，为解决这一难题，我们结合实际应用需要等因素，设计了火灾险情探测智能小车。本设计采用控传和图传分开独立设计的思想。即用2.4g无线收发模块进行小车控制和温度数据的传输。

1 硬件系统设计

1.1 系统硬件设计组成

本系统主要由发送端和接收端组成。发送端由51单片机控制模块、传感器模块、2.4G无线发送模块、电源模块组成，接收端由单片机控制模块、12864显示模块、无线接收模块、语音报警模块、警示灯模块、蜂鸣器模块、电源模块组成。发送端将采集到的数据和画面经单片机处理由无线发送模块将数据传输给接收端，接收端把得到的数据进行一定处理和运算由显示模块显示数据和画面。

1.2 系统硬件介绍

1.2.1 单片机

微控制器采用宏晶公司的12系列单片机，该单片机使用8051作为内核，指令代码完全兼容传统51单片机，在执行指令速度方面，由于该款单片机是传统51单片机的增强型，指令速度相对传统51单片机快8-12倍。在外部I/0接口上也与传统51完全相同，并有更强的驱动能力和承受灌电流的能力。在存储空间方面，在片上集成60K的程序存储空间，极大的满足了用户大代码量编写的需求，同时在片上还集成1280字节的RAM，能让程序员开发编程轻松简单。在12系系列单片机上，还同时集成了大量的片上外设，同时在抗干扰方面，12系列单片机比传统51单片机更好的抗干扰，适宜用在强干扰的电机控制场合。

1.2.2 传感器

（1）MQ-7传感器

MQ-7气体传感器的气敏材料，是用在清洁空气中电导率低的二氧化锡（SnO2）。采用高低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-7传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

（2）MQ-5传感器

MQ-5广泛的探测范围、高灵敏度、快速响应恢复、优异的稳定性、寿命长、简单的驱动电路。可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、氢气、人工煤气等的探测。

（3）MQ135传感器

MQ135气体传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它有害气体的监测也很理想。这种传感器可检测多种有害气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

（4）18B20传感器

DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。

1.2.3 2.4G无线通信

nRF24L01是由NORDIC生产的一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz～2.5GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。

1.2.4 液晶显示

液晶显示采用12864显示，该显示器在硬件上有8位，4位的并行接口以及串行通信接口選择，显示器内部集成中文字库，总共8192个中文汉字（16*16点阵），并且支持可见ACSII码的显示。

2 系统软件设计

2.1 程序功能描述与设计思路

（1）程序功能描述

根据发送端对有害气体和温度的监测发送给接收端，通过接收端对各种浓度的判断和显示。当达到危险数值时，发出蜂鸣器报警，警示灯报警和语音报警。

（2）显示部分：显示温度大小，一氧化碳，空气质量，甲烷的浓度。

（3） 程序设计思路：

根据发送端对有害气体和温度的监测，通过单片机把模拟信号转为数字信号发送给接收端，接收端把浓度和温度显示在显示屏上，然后判断是否达到危险值，达到后蜂鸣器报警，警示灯报警和语音报警，回到正常值后停止报警。

2.2 程序流程图

2.2.1 发送端主程序流程图

开启电源后程序初始化，单片机处理传感器采集的数据，A/D转换后发生给接收端，并且在发送端判断是否达到危险值，如果达到危险值，蜂鸣器开启报警。发送端主程序流程图如图1所示。

2.2.2 接收端程序流程图

接收端接通电源后，显示屏显示开机画面和开机音乐后，显示初始化值，接收端接收发送端的数字信号，并显示在显示屏上，实现实时更新，同时对数据进行判断，达到危险值后，同时开启语音报警，警示灯报警和蜂鸣器报警。当恢复到正常值后，取消报警。接收端主程序流程图如图2所示。

3 测试方案与测试结果

3.1 测试方案

硬件测试：发送端MQ-7加热功率约350mW，MQ-5加热功率约≤900mW，MQ-135加热功率约≤900mW，总的功率≤2150mW，在5V电压下需要430mA以上的电流才能满足需要，电脑USB接口小于500mA，所以在开发板测试时传感器无法正常工作，需要外加电源。

3.2 测试条件与仪器

测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：数字万用表。

3.3 测试结果及分析

3.3.1 测试结果（数据）

5V档信号测试结果所得，电流值（mA）在200、300、400 时，不能正常工作；电流值（mA）在500、600、800、1000、1200时，能正常工作。由此可以得出以下结论：

（1）发送端需要500mA以上电流才能使传感器正常工作。

（2）电脑USB接口小于500mA，所以在开发板测试时传感器无法正常工作，需要外加电源。

（3）电流不能过大以免烧坏原件

综上所述，本设计达到设计要求。

4 结语

通过整体系统测试，系统能达到预先所想要的效果。同时进行了实际测试效果，通过实地考勤，本系统能达到很好的实际应用效果。同时在成本上，该设计价格便宜，易于被推广，能被应用到实际中。

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[责任编辑：张涛]endprint