礦井救災(zāi)機(jī)器人的研制畢業(yè)論文

1、陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：基于單片機(jī)的營(yíng)救機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作專(zhuān)業(yè)：電氣自動(dòng)化技術(shù)班級(jí)：自控3102作者： 指導(dǎo)教師： 摘 要本論文提出了一種煤礦井下環(huán)境探測(cè)與搜救機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該機(jī)器人集先進(jìn)的機(jī)械、電子、信息、控制工程等技術(shù)于一身，采用仿生學(xué)原理，綜合蛇形機(jī)器人、履帶式機(jī)器人和輪式機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，采用履帶和輪胎、伸縮結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，能適應(yīng)崎嶇不平的地形環(huán)境，可以輕松爬上較高樓梯、跨越壕溝，用于搜索幸存者、探測(cè)檢測(cè)井下環(huán)境，具有體積小、成本低、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)。本論文重點(diǎn)研究了信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)以及單片機(jī)串口通信的設(shè)計(jì)。本論文的主要成果包括:采用AT89C5

2、1單片機(jī)作為機(jī)器人小車(chē)的數(shù)據(jù)處理核心；采用溫度、濕度一體式的數(shù)字智能傳感器DHT11實(shí)現(xiàn)礦井內(nèi)溫度、濕度的測(cè)定；采用紅外氣體傳感器MH-44OV/D用作礦井瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)定；在單片機(jī)與PC機(jī)的通信方面，采用了內(nèi)部集成了nRF401的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2000，可靠地實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離通信；還采用了L298作為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，用以控制機(jī)器人小車(chē)的前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、后退。關(guān)鍵詞：礦井環(huán)境探測(cè)；機(jī)器人；信息采集；無(wú)線(xiàn)傳輸；電機(jī)驅(qū)動(dòng) II陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文目 錄第一章 引言11.1選題背景與意義11.2課題研究?jī)?nèi)容1第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)22.1單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介22.2溫濕度傳感器

3、DHT11簡(jiǎn)介52.3瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱉H-440V/D簡(jiǎn)介72.4直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊簡(jiǎn)介102.4.1直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介102.4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298簡(jiǎn)介102.5無(wú)線(xiàn)傳輸模塊PTR2000簡(jiǎn)介112.5.1 nRF401芯片說(shuō)明112.5.2 PTR2000模塊簡(jiǎn)介13第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)153.1 溫濕度傳感器電路設(shè)計(jì)153.2 瓦斯?jié)舛葌鞲衅麟娐吩O(shè)計(jì)173.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)223.4無(wú)線(xiàn)傳輸模塊電路設(shè)計(jì)22第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)264.1軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介264.2軟件的總體設(shè)計(jì)思路274.3主要功能模塊軟件設(shè)計(jì)284.3.1溫濕度傳感器模塊軟件設(shè)計(jì)284.3.2瓦斯?jié)舛葌鞲衅髂?/p>

4、塊軟件設(shè)計(jì)304.3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊軟件設(shè)計(jì)304.3.4無(wú)線(xiàn)傳輸模塊軟件設(shè)計(jì)31第五章 系統(tǒng)調(diào)試335.1 溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊調(diào)試335.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)試335.3 整體調(diào)試35第六章 總結(jié)與展望416.1總結(jié)416.2技術(shù)展望41致 謝43參 考 文 獻(xiàn)44附錄A：小車(chē)端硬件設(shè)計(jì)原理圖45附錄B：PC端硬件設(shè)計(jì)原理圖46附錄C：PCB板圖47附錄D：PC端VB操作代碼48 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第一章引言1.1選題背景與意義中國(guó)是一個(gè)產(chǎn)煤大國(guó)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，煤炭仍是主要能源結(jié)構(gòu)。中國(guó)煤炭產(chǎn)量占世界35%，但礦難死亡人數(shù)卻占世界的80%。我國(guó)煤礦礦井災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，

5、人員傷亡十分慘重。在災(zāi)難救援中，救援人員只有非常短的時(shí)間(約48小時(shí))用于在倒塌的廢墟中尋找幸存者，否則發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率幾乎為零。參與救援工作的救護(hù)隊(duì)員在深入井下，會(huì)遇到二次爆炸等各種危險(xiǎn)狀況。我國(guó)煤礦大多數(shù)為井工開(kāi)采，不安全因素很多，瓦斯煤塵和火災(zāi)等災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，災(zāi)害事故危害嚴(yán)重，傷害人員多，中斷生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，損毀井巷工程或生產(chǎn)設(shè)備。然而，煤礦事故發(fā)生的原因極為復(fù)雜，是偶然性和必然性的結(jié)合，各類(lèi)災(zāi)害事故存在突發(fā)性、災(zāi)難性、破壞性和繼發(fā)性特點(diǎn)。因此，研究煤礦救災(zāi)新裝備是一項(xiàng)緊迫任務(wù)。目前，救災(zāi)方式只是根據(jù)事故的類(lèi)型確定救災(zāi)的方案，一般救護(hù)人員無(wú)法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，只能通過(guò)提升絞車(chē)、移動(dòng)式風(fēng)車(chē)等設(shè)

6、備清除垃圾，向井下通風(fēng)，然后再搜救遇險(xiǎn)礦工。這種方式危險(xiǎn)性大，傷亡人數(shù)多，救災(zāi)周期長(zhǎng)，往往效率低。救災(zāi)機(jī)器人利用自身的優(yōu)點(diǎn)，能迅速找到井下遇險(xiǎn)礦工的位置，降低事故危害性，對(duì)提高救災(zāi)效率具有重大意義。 救災(zāi)機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)決定了機(jī)器人能廣泛地應(yīng)用到一切可能對(duì)人員生命、健康構(gòu)成威脅的場(chǎng)所，如煤礦救災(zāi)、解救人質(zhì)、處理化學(xué)危險(xiǎn)品泄漏等等。救災(zāi)機(jī)器人的研究?jī)?nèi)容廣泛，包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、探測(cè)技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、導(dǎo)航和定位技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)、仿生技術(shù)等方面。它既借鑒危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人的理論和方法，又拓寬新的研究領(lǐng)域，具有相當(dāng)?shù)难芯亢蛻?yīng)用前景。在當(dāng)今社會(huì)，研究有自己特色的救災(zāi)機(jī)器人，無(wú)疑具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)

7、濟(jì)效益。1.2課題研究?jī)?nèi)容本次課題的設(shè)計(jì)主要完成以下內(nèi)容：1、基于傳感器的礦井環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元設(shè)計(jì)2、基于直流電機(jī)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)3、在單片機(jī)以及PC機(jī)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊設(shè)計(jì)第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介51單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、價(jià)格低廉 ，因此本設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)作為系統(tǒng)的中央處理器。在51單片機(jī)眾多的系列產(chǎn)品中，我選擇了美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)。它是一款低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件

8、采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。其外觀(guān)如圖2.2所示。圖2.2 AT89C51單片機(jī)外觀(guān)AT89C51主要性能參數(shù)： 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4k字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃速存儲(chǔ)器 1000次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作：0Hz24MHz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32個(gè)可編程IO口線(xiàn) 2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式AT89C51

9、提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32個(gè)IO 口線(xiàn)，兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。其引腳分布如圖2.3所示。圖2.3 AT89C51引腳分布圖AT89C51引腳功能說(shuō)明 VCC：電源電壓 GND：地 P0 口：P0 口是一組 8

10、 位漏極開(kāi)路型雙向 IO 口，也即地址數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用。 在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，在訪(fǎng)問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在FIash編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 口：P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口，P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存

11、在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。 FIash編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低 8 位地址。 P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。 在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪(fǎng)問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRI 指令）時(shí)，P2口線(xiàn)上的內(nèi)容（

12、也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪(fǎng)問(wèn)期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。 P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL邏輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。 P3口除了作為一般的 IO 口線(xiàn)外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.1所示：端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外中斷0）P3.

13、3/INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)計(jì)數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)計(jì)數(shù)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）表2.1 P3口第二功能表P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 l6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每

14、當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（/PROG）。 如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 DO 位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。 /PSEN：程序儲(chǔ)存允許（/PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的/PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。 EAVP

15、P：外部訪(fǎng)問(wèn)允許。欲使 CPU 僅訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 VCC 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.2溫濕度傳感器DHT11簡(jiǎn)介在系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)方面，我選擇了具有溫度、濕度一體檢測(cè)的智能數(shù)字式傳感器DHT

16、11，因?yàn)樗粌H能穩(wěn)定可靠地檢測(cè)出溫度、濕度這兩種環(huán)境參數(shù)，而且輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，可以直接被單片機(jī)識(shí)別，且與單片機(jī)的通信簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。DHT11產(chǎn)品概述 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中

17、要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線(xiàn)制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶(hù)需求而提供。外形如圖2.4所示。圖2.4 DHT11外形圖DHT11的性能優(yōu)點(diǎn) 相對(duì)濕度和溫度測(cè)量 全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出 卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 無(wú)需額外部件 超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離 超低能耗 4 引腳安裝 完全互換DHT11的應(yīng)用領(lǐng)域 暖通空調(diào) 測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備 汽車(chē) 數(shù)據(jù)記錄器 消費(fèi)品 自動(dòng)控制 氣象站 家電 濕度調(diào)節(jié)器 醫(yī)療 除濕器封裝信息圖2.5 DHT11的封裝圖DHT11引腳說(shuō)

18、明Pin名稱(chēng)注釋1VDD供電3-5.5V DC2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線(xiàn)3NC空腳，懸空4GND接地，電源負(fù)極表2.2 DHT11引腳說(shuō)明DHT11性能說(shuō)明參數(shù)條件MinTypMax單位濕度分辨率111%RH8Bit重復(fù)性1%RH精度254%RH0-505%RH互換性可完全互換量程范圍03090%RH252090%RH502080%RH響應(yīng)時(shí)間1/e(63%)25，1m/s 空氣61015S遲滯1%RH長(zhǎng)期穩(wěn)定值典型值1%RH/yr溫度分辨率111888Bit重復(fù)性1精度12量程范圍050響應(yīng)時(shí)間1/e(63%)630S表2.3 DHT11性能說(shuō)明2.3瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱉H-440V/D簡(jiǎn)介本設(shè)

19、計(jì)采用的是NDIR紅外氣體傳感器MH-440V/D，設(shè)計(jì)原理如圖2.6所示：圖2.6 瓦斯?jié)舛葌鞲衅饔布B接原理框圖由于設(shè)計(jì)中采用的是MH-440V/D的模擬數(shù)據(jù)傳輸方式，因此，在信號(hào)被單片機(jī)識(shí)別前，需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。圖2.7 MH-440V/D外觀(guān)圖MH-440V/D 紅外氣體傳感器是通用型、智能型、微型傳感器，其外觀(guān)如圖2.7所示。該傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對(duì)空氣中存在的CH 4進(jìn)行探測(cè)，具有很好的選擇性，無(wú)氧氣依賴(lài)性，性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)。MH-440V/D內(nèi)置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補(bǔ)償，是將成熟的紅外吸收氣體檢測(cè)技術(shù)與微型機(jī)械加工、精良電路設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，制作出的小巧

20、型紅外氣體傳感器。該傳感器使用方便，可直接用來(lái)替代催化燃燒元件，廣泛應(yīng)用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場(chǎng)合。MH-440V/D的特點(diǎn)1.高靈敏度 2.兼?zhèn)錁?biāo)準(zhǔn)輸出與數(shù)字輸出 3.外形小巧 4.快速響應(yīng)、恢復(fù) 5.溫度補(bǔ)償 6.優(yōu)異的穩(wěn)定性 7.使用壽命長(zhǎng) 8.抗水汽干擾 9.可即刻將催化燃燒原理儀表轉(zhuǎn)換成紅外檢測(cè)儀表MH-440V/D工作環(huán)境條件工作電壓： 35V DC 溫度范圍： -2060 濕度范圍： 095% RHMH-440V/D主要技術(shù)參數(shù)工作電壓35V DC工作電流7585mA接口電平3V測(cè)量范圍05%vol（0100%vol范圍內(nèi)可選）輸出信號(hào)范圍0.42V DC分辨率1%FSD

21、預(yù)熱時(shí)間90s響應(yīng)時(shí)間T9030s重復(fù)性零點(diǎn)100ppmSPAN500ppm長(zhǎng)期漂移零點(diǎn)300ppm/月SPAN5年防爆等級(jí)Exdm II CT4防護(hù)等級(jí)IP6尺寸20*16.6重量15g表2.4 MH-440V/D主要技術(shù)參數(shù)MH-440V/D結(jié)構(gòu)特征1. 結(jié)構(gòu)原理圖圖2.8 MH-440V/D結(jié)構(gòu)原理圖2管腳定義 1GND 2VCC 3RXD 4VOUT5TXD2.4直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊簡(jiǎn)介2.4.1直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)中使用的直流電機(jī)型號(hào)為RS-380SH，外觀(guān)如圖2.9所示。電機(jī)的基本參數(shù)如表2.5所示。圖2.9 RS-380SH型直流電機(jī)電 壓空 載 時(shí)工作范圍穩(wěn)定電壓電 流r/minA

22、39V7.2V固定的162000.50表2.5 RS-380SH型直流電機(jī)基本參數(shù)2.4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298簡(jiǎn)介根據(jù)本設(shè)計(jì)中的小電機(jī)而言，其控制邏輯電平為5V，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為7.2V，據(jù)此選擇L298這款電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。外形如圖2.10所示。圖2.10 L298驅(qū)動(dòng)芯片外觀(guān)L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器

23、，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)。L298N管腳定義如圖2.11所示，Pin1 和Pin15 可與電流偵測(cè)用電阻連接來(lái)控制負(fù)載的電路；OUT1、OUT2 和OUT3、OUT4 之間分別接2個(gè)直流電機(jī)；input1input4 輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。圖2.11 L298管腳定義圖2.5無(wú)線(xiàn)傳輸模塊PTR2000簡(jiǎn)介PTR2000是基于nRF401的無(wú)線(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)傳送Modem模塊，該器件為超小型模塊器件，具有超低功耗、高速率（19.2kbit/s

24、）無(wú)線(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)傳送功能，且性能優(yōu)異，使用方便，可廣泛應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體數(shù)傳模塊Modem芯片PTR2000芯片性能優(yōu)異，在業(yè)界居領(lǐng)先水平。它的顯著特點(diǎn)是所需外圍元件少，因而設(shè)計(jì)非常方便，該模塊在內(nèi)部集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制/解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功能，因而是目前集成度較高的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳產(chǎn)品。該器件采用抗干擾能力較強(qiáng)的調(diào)制解調(diào)方式、其工作頻率穩(wěn)定可靠、功耗極低且便于生產(chǎn)設(shè)計(jì)，這些優(yōu)異特性使得PTR2000非常適合于單片機(jī)短距離的數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)。另外，由于它采用了低發(fā)射功率、高靈敏度設(shè)計(jì)，因而可滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)管制的要求且無(wú)需使用許可證，是目前低

25、功率無(wú)線(xiàn)數(shù)傳的理想選擇。2.5.1 nRF401芯片說(shuō)明nRF401是挪威Nordic公司推出的射頻收發(fā)芯片，nRF401在一個(gè)20腳的芯片中集成了高頻發(fā)射/接收、PLL合成、FSK調(diào)制/解調(diào)和多頻道切換等功能，在低成本數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信應(yīng)用中具有突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。工作在國(guó)際通用的ISM數(shù)傳頻段的兩個(gè)頻道（433.92MHz和434.32MHz），采用高接收敏度（-105dBm）和小發(fā)射功率（510dBm）設(shè)計(jì)策略。在發(fā)射功率為8dBm時(shí)，室內(nèi)通信距離大于20m，室外開(kāi)闊地大于100m，對(duì)環(huán)境影響極小，無(wú)需進(jìn)行頻道申請(qǐng)即可使用。采用DSS+PLL頻率合成技術(shù)，外接元件僅一個(gè)晶振和幾個(gè)阻容、電感，基本無(wú)

26、需調(diào)試就能工作，且穩(wěn)定性良好。它要求非常少的外圍元件（約10個(gè)）。無(wú)需進(jìn)行初始化和配置，不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼切斯特編碼。數(shù)字通信采用具有高抗干擾能力的FSK調(diào)制方式，支持直接數(shù)據(jù)輸入輸出操作，可直接與MPU的UART串行口連接。nRF401的天線(xiàn)接口設(shè)計(jì)為差分天線(xiàn)，以便于使用低成本的PCB天線(xiàn)。nRF401有兩個(gè)可選擇的工作頻道，采用半雙工工作模式，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20kbit/s。工作電壓為2.75V，待機(jī)狀態(tài)耗電僅為8A，能滿(mǎn)足低功耗的設(shè)計(jì)要求。芯片的特點(diǎn)如下：工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段采用FSK調(diào)制，直接數(shù)據(jù)輸入輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合采用DSS+PLL頻率合成技術(shù)，

27、頻率穩(wěn)定性極好靈敏度高，達(dá)到-105dBm功耗小，接收狀態(tài)250A，接收待機(jī)狀態(tài)僅為8A最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm低工作電壓（2.7V），可滿(mǎn)足低功耗設(shè)備的要求具有多個(gè)頻道，可方便地切換工作頻率，特別滿(mǎn)足需要多信道工作的特殊場(chǎng)合工作速率最高可達(dá)20Kbit/s，也可支持低波特率的數(shù)據(jù)通信，如9600Baud僅外接一個(gè)晶體和幾個(gè)阻容、電感元件，基本無(wú)需調(diào)試由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，使用無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證，開(kāi)闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000米nRF401集成度高，工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元器件少，功耗極低，適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。nRF401使用20引腳的SSOCI封裝，其引腳如圖所示。nR

28、F401的引腳功能如下：圖2.12 nRF401引腳分布圖XC1、XC2：連接外部頻率，其中XC1為晶振輸入，XC2為晶振輸出。VDD：電源輸入端，電壓范圍為2.75.2V。VSS：電源地。FILT1：濾波器輸入端。VCO1、VCO2：外界壓控振蕩電感。DIN：發(fā)射數(shù)據(jù)輸入端，該引腳用于接收單片機(jī)要發(fā)送的數(shù)據(jù)。DOUT：接收數(shù)據(jù)輸出端，該引腳將無(wú)線(xiàn)模塊接收的數(shù)據(jù)輸出給單片機(jī)。RF_PWR：發(fā)射功率設(shè)置。CS：頻道選擇。CS=0時(shí)，芯片工作在頻道1；CS=1時(shí)，芯片工作在頻道2。ANT1、ANT2：天線(xiàn)接口。PWR：低功耗控制。PWR=1時(shí)，芯片處于工作狀態(tài)；PWR=0時(shí)，芯片待機(jī)狀態(tài)。TXEN

29、：模式切換。TXEN=1時(shí)，芯片處于發(fā)送狀態(tài)；TXEN=0時(shí)，芯片處于接收狀態(tài)。nRF401為PTR2000的內(nèi)置芯片，其外圍電路為PTR2000模塊集成。當(dāng)芯片工作在頻道1時(shí)，芯片的工作頻率為433.92MHz；當(dāng)芯片工作在頻道2時(shí)，芯片的工作頻率為434.33MHz。DIN與DOUT引腳輸出的是TTL電平信號(hào)，可以與單片機(jī)的RxD和TxD直接相連；當(dāng)其與PC連接時(shí)，則需要添加RS-232電平轉(zhuǎn)換電路。芯片引腳CS、PWR、TXEN的狀態(tài)直接影響芯片的工作方式。2.5.2 PTR2000模塊簡(jiǎn)介PTR2000模板的引腳排列如圖2.13所示。各引腳的功能說(shuō)明如下：圖2.13 PTR2000引腳

30、分布圖VCC：電源輸入端，電壓范圍為2.75.2V。CS：頻道選擇。CS=0時(shí)，芯片工作在頻道1；CS=1時(shí)，芯片工作在頻道2。DO：接收數(shù)據(jù)輸出端，該引腳將無(wú)線(xiàn)模塊接收的數(shù)據(jù)輸出給單片機(jī)。DI：發(fā)射數(shù)據(jù)輸入端，該引腳用于接收單片機(jī)要發(fā)送的數(shù)據(jù)。GND：電源地。PWR：節(jié)能控制。PWR=1時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)；PWR=0時(shí)，芯片處于待機(jī)狀態(tài)。TXEN：模式切換。TXEN=1時(shí)，芯片處于發(fā)送狀態(tài)；TXEN=0時(shí)，芯片處于接收狀態(tài)。在軟件編程過(guò)程中，對(duì)PTR2000的工作模式和工作頻道的選擇尤為重要，對(duì)于PTR2000模塊而言，它的工作模式設(shè)置主要包括工作頻道設(shè)置和發(fā)送、接收、待機(jī)狀態(tài)的設(shè)置。

31、表給出了該模塊的工作頻道以及工作模式控制的選擇方式。模塊引腳數(shù)輸入電平模塊狀態(tài)TXENCSPWR工作頻道號(hào)模塊狀態(tài)0011接收0112接收1011發(fā)射1112發(fā)射-0-待機(jī)表2.6 PTR2000工作頻道及工作模式控制的選擇方式PTR2000可與單片機(jī)（如80C31、2051、68HC08、PIC、Z8等）配合使用，可直接接單片機(jī)的串口或者I/O口，也可與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行通信，此時(shí)需要在中間簡(jiǎn)單地接一個(gè)RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX232等。在使用模塊之前可以使用以下介紹的PTR2000簡(jiǎn)單測(cè)試方法，判定模塊是否正常工作。將發(fā)射端芯片設(shè)置為發(fā)射方式，使得TXEN為高電平，PWR為高電平，并通

32、過(guò)單片機(jī)串口向PTR2000不斷發(fā)送數(shù)據(jù)。建議直接發(fā)送ASCII碼，如a，這樣上位機(jī)更容易檢測(cè)到接收的數(shù)據(jù)是否正確。將接收端芯片設(shè)置為接收方式，使得TXEN為低電平，PWR為高電平，并將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)RS-232電平轉(zhuǎn)換后送給計(jì)算機(jī)串口，用計(jì)算機(jī)終端程序（如串行調(diào)試助手）即可監(jiān)視到接收到的ASCII數(shù)據(jù)。通過(guò)以上簡(jiǎn)單測(cè)試方法，可以直接判定PTR2000模塊是否可以正常工作。在實(shí)際使用過(guò)程中有以下幾點(diǎn)需要注意：PTR2000通過(guò)RS-232電平轉(zhuǎn)換后可以直接與PC機(jī)相連，但是占用計(jì)算機(jī)資源比較大，建議在PTR2000與計(jì)算機(jī)之間增加一個(gè)單片機(jī)。供電電源會(huì)直接影響PTR2000通信性能，如果使用開(kāi)

33、關(guān)電源會(huì)使通信誤碼率增大。有條件的話(huà)，可使用獨(dú)立的直流電源供電，與其他數(shù)字電路的供電分開(kāi)，并在PTR電源兩端增加去耦電容，且盡量靠近模塊。PTR2000在空曠場(chǎng)地下，傳輸距離可達(dá)100m以上。在不超過(guò)最大供電電壓的情況下，適當(dāng)?shù)卦黾与妷?，可增加傳輸距離。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1溫濕度傳感器電路設(shè)計(jì)DHT11引腳說(shuō)明Pin名稱(chēng)注釋1VDD供電3-5.5V DC2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線(xiàn)3NC空腳，懸空4GND接地，電源負(fù)極表3.1 DHT11引腳說(shuō)明DHT11接口說(shuō)明建議連接線(xiàn)長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。圖3.1 DHT11典型應(yīng)用DHT11

34、的電源引腳DHT11的供電電壓為35.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF 的電容，用以去耦濾波。DHT11的串行接口(單線(xiàn)雙向)DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線(xiàn)數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在軟件設(shè)計(jì)部分說(shuō)明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零。DHT11的測(cè)量分辨率測(cè)量分辨率分別為 8bit（溫度）、8bit（濕度）DHT11的電氣特性VDD=5V，T = 25 參數(shù)條件mintypmax單位供電DC355.5V供電電流測(cè)量0.52.5

35、mA平均0.21mA待機(jī)100150A采樣周期秒1次注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。表3.2 DHT11的電氣特性表DHT11的應(yīng)用信息工作與貯存條件超出建議的工作范圍可能導(dǎo)致高達(dá)3%RH的臨時(shí)性漂移信號(hào)。返回正常工作條后，傳感器會(huì)緩慢地向校準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)。要加速恢復(fù)進(jìn)程/可參閱 “恢復(fù)處理”。在非正常工作條件下長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)加速產(chǎn)品的老化過(guò)程。暴露在化學(xué)物質(zhì)中電阻式濕度傳感器的感應(yīng)層會(huì)受到化學(xué)蒸汽的干擾，化學(xué)物質(zhì)在感應(yīng)層中的擴(kuò)散可能導(dǎo)致測(cè)量值漂移和靈敏度下降。在一個(gè)純凈的環(huán)境中，污染物質(zhì)會(huì)緩慢地釋放出去。下文所述的恢復(fù)處理將加速實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。高濃度的化學(xué)污染會(huì)導(dǎo)致傳感器感應(yīng)層的徹底損壞?；謴?fù)處理置

36、于極限工作條件下或化學(xué)蒸汽中的傳感器，通過(guò)如下處理程序，可使其恢復(fù)到校準(zhǔn)時(shí)的狀態(tài)。在50-60和70%RH的濕度條件下保持5小時(shí)以上。溫度影響氣體的相對(duì)濕度，在很大程度上依賴(lài)于溫度。因此在測(cè)量濕度時(shí)，應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個(gè)印刷線(xiàn)路板，在安裝時(shí)應(yīng)盡可能將DHT11遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時(shí)保持外殼的良好通風(fēng)。為降低熱傳導(dǎo)，DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。光線(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間暴露在太陽(yáng)光下或強(qiáng)烈的紫外線(xiàn)輻射中，會(huì)使性能降低。配線(xiàn)注意事項(xiàng)DATA信號(hào)線(xiàn)材質(zhì)量會(huì)影響通訊距離和通訊質(zhì)量，推薦使用高質(zhì)量屏蔽線(xiàn)。

37、硬件連接原理圖：圖3.2 溫濕度傳感器硬件電路原理圖3.2瓦斯?jié)舛葌鞲衅麟娐吩O(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是NDIR紅外氣體傳感器MH-440V/D，設(shè)計(jì)原理如圖3.3所示：圖3.3 瓦斯?jié)舛葌鞲衅饔布B接原理框圖由于設(shè)計(jì)中采用的是MH-440V/D的模擬數(shù)據(jù)傳輸方式，因此，在信號(hào)被單片機(jī)識(shí)別前，需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。MH-440V/D管腳定義 1GND 2VCC 3RXD 4VOUT5TXDMH-440V/D使用說(shuō)明傳感器上電開(kāi)始，傳器感在前10s輸出 0.1V 表示傳感器“自檢”，在此期間傳感器的通訊端口不可用，禁止一上電就立即開(kāi)始建立和傳感器通訊。從第11s開(kāi)始到70s結(jié)束為傳感器預(yù)熱時(shí)間，在

38、此期間讀出的氣體濃度值不準(zhǔn)確，要獲得準(zhǔn)確的濃度值需要等傳感器預(yù)熱結(jié)束。其通信方式如下：1.模擬方式 將傳感器VCC端接5V，GND端接電源地，VOUT端接ADC的輸入端。傳感器經(jīng)過(guò)預(yù)熱時(shí)間后從VOUT端輸出表征氣體濃度的電壓值，0.42.0V代表氣體濃度值0滿(mǎn)量程。 2.數(shù)字方式 將傳感器VCC端接5V，GND端接電源地，RXD端接探測(cè)器的TXD，TXD端接探測(cè)器的RXD。探測(cè)器可以直接通過(guò)傳感器的UOUT接口讀出氣體濃度值，不需要計(jì)算。通訊協(xié)議如下： 波特率：9600，8 位數(shù)據(jù)，1 位停止位，無(wú)校驗(yàn)位 每幀數(shù)據(jù) 9個(gè)字節(jié)，0xff 開(kāi)頭，校驗(yàn)值結(jié)尾 校驗(yàn)值 =（取反（DATA1+DATA2

39、+DATA7）+1 1)讀傳感器濃度值與溫度值： 主機(jī)在發(fā)送讀傳感器濃度值時(shí)發(fā)送命令如下：012345678起始位0XFF探測(cè)器編號(hào)命令0X860000000000校驗(yàn)值從機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)格式為：12345678起始位0XFF探測(cè)器編號(hào)通道高位通道低位溫度通道校驗(yàn)值氣體濃度值=通道高位*256+通道低位，氣體濃度值為有符號(hào)數(shù)。 傳感器編號(hào)為：0x01。 環(huán)境溫度值=溫度通道-40。 2)零點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí)發(fā)送:0xff,0x87,0x87,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf2 第一個(gè)字節(jié)(0xff)為起始字節(jié)，第二個(gè)字節(jié)(0x87)為重復(fù)命令，第三個(gè)字節(jié)(0x87)為命令,后五個(gè)字節(jié)為

40、任意值,最后一個(gè)字節(jié)(0xf2)為校驗(yàn)和。 沒(méi)有返回信息。 3) SPAN 點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí)發(fā)送：012345678起始位0XFF探測(cè)器編號(hào)命令0X88Span高位Span低位000000校驗(yàn)值第一個(gè)字節(jié)(0xff)為起始字節(jié)，第二個(gè)字節(jié)為探測(cè)器編號(hào)，第三個(gè)字節(jié)(0x88)為命令，第四個(gè)字節(jié)為 span高位值，第五個(gè)字節(jié)為 span 低位值，后三個(gè)字節(jié)為任意值,最后一個(gè)字節(jié)為校驗(yàn)和。沒(méi)有返回信息。MH-440V/D維護(hù)保養(yǎng)應(yīng)注意的事項(xiàng)傳感器應(yīng)定期標(biāo)定，建議不大于3個(gè)月。不要在粉塵密度大的環(huán)境長(zhǎng)期使用傳感器。 請(qǐng)?jiān)趥鞲衅鞴╇姺秶鷥?nèi)使用傳感器。 禁止直接焊接傳感器管腳。 禁止剪斷傳感器管腳。ADC0809

41、芯片介紹ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其外觀(guān)如圖3.4所示。.圖3.4 ADC0809外觀(guān)圖ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線(xiàn)：4條ALE為地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效。當(dāng)ALE線(xiàn)為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線(xiàn)的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線(xiàn)，用于選通

42、IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示：CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表3.3 ADC模擬通道選擇表數(shù)字量輸出及控制線(xiàn)：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線(xiàn)。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線(xiàn)

43、。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。ADC0809的引腳分布如圖3.5所示：圖3.5 ADC0809的引腳分布圖各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)

44、據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線(xiàn)。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由圖3.6可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。圖3.6 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖ADC0809應(yīng)用說(shuō)明（1） ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。（2） 初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。（3）

45、送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4） 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。（5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷。（6） 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。硬件連接圖圖3.7 瓦斯?jié)舛葌鞲衅饔布娐吩韴D3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)1.由于救災(zāi)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)包括兩條履帶，這兩條履帶不僅能完成小車(chē)的前進(jìn)和后退，還能完成小車(chē)的轉(zhuǎn)彎，因此，需要不同的邏輯分別控制驅(qū)動(dòng)這兩條履帶的電機(jī)；2.機(jī)器人小車(chē)為了提高越障能力，還分別裝有前、后擺臂，因此，也需要不同的邏輯分別控制驅(qū)動(dòng)前、后擺臂的電機(jī)；3.機(jī)器人小車(chē)還安裝有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的攝像設(shè)備，攝像頭

46、必須是全角度能拍攝，因此，也需要一個(gè)獨(dú)立的邏輯控制驅(qū)動(dòng)攝像頭的直流電機(jī)；根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)硬件電路如下：圖3.8 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬件電路原理圖由硬件圖可知：1. 單片機(jī)的P0.0和P0.1端口控制左履帶電機(jī)，改變P0.0和P0.1端口的邏輯狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)左履帶電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停止。2. 單片機(jī)的P0.2和P0.3端口控制右履帶電機(jī)，改變P0.2和P0.3端口的邏輯狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)右履帶電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停止。3. 單片機(jī)的P0.4和P0.5端口控制前擺臂電機(jī)，改變P0.4和P0.5端口的邏輯狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)前擺臂電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停止。4. 單片機(jī)的P0.6和P0.7端口控制后擺臂電機(jī)，改變P0.6和P

47、0.7端口的邏輯狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)后擺臂電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停止。5. 單片機(jī)的P2.0和P2.1端口控制攝像頭電機(jī)，改變P2.0和P2.1端口的邏輯狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)攝像頭電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停止。3.4無(wú)線(xiàn)傳輸模塊電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于無(wú)線(xiàn)通信模塊的短距離曲線(xiàn)傳輸。其原理框圖如圖3.9所示，實(shí)現(xiàn)流程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊向PC端發(fā)送數(shù)據(jù)，另一端的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊接收數(shù)據(jù)。通過(guò)RS-232電平轉(zhuǎn)換后，模塊將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行相應(yīng)處理。圖3.9 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊的硬件設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)下面3個(gè)功能：1.單片機(jī)作為終端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。單片機(jī)在此起著數(shù)據(jù)采集器的作用，它一方面實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，

48、另一方面通過(guò)無(wú)線(xiàn)通道和PC交換數(shù)據(jù)。2.單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊傳送到PC。3.PC通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊向單片機(jī)發(fā)送命令。如圖3.10所示，本設(shè)計(jì)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸部分的硬件設(shè)計(jì)包括單片端和PC端兩部分，兩部分的重點(diǎn)都是如何實(shí)現(xiàn)基于PTR2000模塊的無(wú)線(xiàn)接口。PTR2000模塊和單片機(jī)的串行口直接連接。圖3.10 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊的硬件連接框圖就PC而言，由于PTR2000模塊支持TTL電平，而計(jì)算機(jī)串口串行輸入、輸出的信號(hào)滿(mǎn)足RS-232標(biāo)準(zhǔn)，因此需要在PTR2000模塊和計(jì)算機(jī)串口之間進(jìn)行RS-232和TTL電平轉(zhuǎn)換。總之，本設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)的主要在于PTR2000模塊的正確應(yīng)用。MAX32

49、32芯片說(shuō)明實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換可用分立元件，也可用集成電路芯片。使用三極管進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，能夠用于簡(jiǎn)單的通信，其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉。然而對(duì)于通信穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用，不建議使用分立元件，分立元件電路的穩(wěn)定性差，誤碼率較高，不能完全滿(mǎn)足RS-232C的全部技術(shù)指標(biāo)?，F(xiàn)在最常用芯片是RS-232與TTL雙向電平轉(zhuǎn)換芯片。本設(shè)計(jì)采用的芯片是Maxim公司的MAX3232芯片，該芯片的特點(diǎn)如下：符合所有的RS-232C技術(shù)規(guī)范。低電壓供電，最低在3.3V電壓下，芯片即可工作。片載電荷泵，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-。功耗非常低，典型供電電流為0.3mA。內(nèi)部集成兩個(gè)RS-2

50、32C驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)接收器。圖3.11 MAX3232引腳分布圖MAX3232的引腳（SO/DIP封裝）如圖3.11所示。其引腳功能說(shuō)明如下：1. C1+、C1-（1、3腳）：電壓加倍充電泵電容的正、負(fù)端。2. V+、V-（2、6腳）：充電泵產(chǎn)生的+5.5V、-5.5V電壓。3. C2+、C2-（4、5腳）：轉(zhuǎn)換充電泵電容的正、負(fù)端。4. T2OUT、T1OUT（7、14腳）：RS-232接收器輸入。5. R2IN、R1IN（8、13腳）：RS-232接收器輸入。6. T2IN、T1IN（9、12腳）：TTL/CMOS發(fā)送器輸出。7. GND（15腳）：接地。8. VCC（16腳）：電源端，供電

51、電壓為3.05.5V。單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)圖3.12所示為單片機(jī)與PTR2000接口電路。本設(shè)計(jì)采用的是Atmel公司的AT89C51，它通過(guò)自己的并口控制模塊的發(fā)射接收控制、頻道轉(zhuǎn)換和待機(jī)模式。圖3.12 單片機(jī)與PTR2000連接硬件電路原理圖AT89C51主要完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)送兩個(gè)功能。AT89C51收到數(shù)據(jù)采集模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，根據(jù)通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。發(fā)送時(shí)，與單片機(jī)相連的PTR2000主要功能是將單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制成射頻信號(hào)，并通過(guò)內(nèi)置天線(xiàn)發(fā)送給PC端的PTR2000模塊。接收時(shí)，PTR2000將PC端傳來(lái)的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的TTL電平并發(fā)送給單片機(jī)

52、。圖中，S1為復(fù)位按鍵，它和C3、R1共同構(gòu)成了單片機(jī)的復(fù)位電路；在本設(shè)計(jì)中，PC與單片機(jī)的波特率均為9600Baud；單片機(jī)的RxD與PTR2000的DO引腳相連，TxD與PTR2000的DI引腳相連，實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸；決定PTR2000模塊工作模式的是TXEN、CS、PWR三個(gè)引腳。它們分別由單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2控制，其狀態(tài)直接決定了PTR2000的工作方式。RS-232電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)PC與PTR2000的接口電路比較簡(jiǎn)單，需要注意的是PTR2000為T(mén)TL電平，因此在和計(jì)算機(jī)連接的時(shí)候需要加電平轉(zhuǎn)換電路。本設(shè)計(jì)選用的是低功耗RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232。圖3.

53、13所示為PTR2000與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行連接的典型應(yīng)用電路。PTR2000的DO和DI分別與MAX3232的T1IN和R1OUT相連。PTR2000的低功耗控制端PWR直接接VCC高電平，即固定在正常的工作狀態(tài)；CS直接接GND低電平，PTR2000工作頻段選擇頻道1；TXEN引腳通過(guò)MAX3232電平轉(zhuǎn)換后接DB9的RTS端，用于控制PTR2000發(fā)送和接收狀態(tài)。圖3.13 PTR2000與計(jì)算機(jī)串口連接硬件電路原理圖MAX3232具有兩路收發(fā)器，圖中只使用了一路。C1、C2、C3、C4是電荷泵升壓及電壓反轉(zhuǎn)部分電路。電容C1C4安裝時(shí)必須盡量靠近MAX3232芯片引腳，以提高抗干擾能力。PC端的窗口傳輸速率也需設(shè)定為9600bit/s，與單片機(jī)段保持一致，這由PC端的軟件設(shè)置。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠(chǎng)商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、