【正文】 ................................................ 8 晶振電路與復(fù)位電路設(shè)計(jì) .................................................................................. 8 晶振電路 ................................................................................................. 8 復(fù)位電路 ................................................................................................. 8 電源模塊的設(shè)計(jì) .............................................................................................. 10 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) ................................................................................ 10 ULN2020......................................................................................................... 11 LM2596 .......................................................................................................... 11 LM7805 .......................................................................................................... 12 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 13 設(shè)計(jì)軟件簡介 .................................................................................................... 13 軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用環(huán)境簡介 ...................................................................................... 13 總體設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 15 NRF24L01 模塊程序設(shè)計(jì) .................................................................................... 15 6 調(diào)試結(jié)果與分析 .......................................................................................................... 17 測試儀器 ......................................................................................................... 17 測試方法 ......................................................................................................... 17 2 調(diào)試過程與分析 .............................................................................................. 17 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 18 附錄 1 源程序清單 ......................................................................................................... 19 附錄 2 總體實(shí)物圖 ......................................................................................................... 35 1 1 引言 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。 遙控消防車，是無人員投入火災(zāi)現(xiàn)場必備的終端設(shè)備，是一種代替人員進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場滅火的設(shè)備。智 能消防車系統(tǒng)主要由： STC89C52 單片機(jī)， NRF24L01 無線收發(fā)模塊，左右減速電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，水泵，風(fēng)扇等部件組成。可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制滅火。 使用時(shí)，以 STC89C52 系列單片機(jī)為控制核心設(shè)計(jì)搖控系統(tǒng)的發(fā)射器與接收器。搖控器由單片機(jī)、六個(gè)按鍵和 NRF24L01 模塊等組成 .六個(gè)按鍵分別代表車的前進(jìn)和后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)、啟動(dòng)滅火風(fēng)扇和啟動(dòng)二氧化碳。搖控器通過 NRF24L01發(fā)射出去，接收器接收后，辨別發(fā)射傳輸?shù)男畔?，對車發(fā)出命令進(jìn)行滅火。 2 2 相關(guān)技術(shù) STC89C52單片機(jī) STC89C52 是一種 8K 字節(jié) 閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓高性能的CMOS8 的微處理器，該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造。與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。主控芯片內(nèi)部電路圖如圖 1 所示。 圖 1 STC89C52 內(nèi)部電路圖 步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位，也能準(zhǔn)確引導(dǎo)小車駛向火源。 采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 L298N 是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高， 輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過 電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口 通過光耦芯片 提供信號。 3 用航空鋰電池經(jīng) 7805 電壓變換電路為電機(jī)供電。再用 12V 蓄電池為系統(tǒng)供電，蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，電機(jī)工作互不影響，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 LM2596adj 把鋰電池輸出的 9V來為 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)行。 LM2596 轉(zhuǎn)換效率高，輸出電壓可高達(dá) 40V，輸出電流可高達(dá) 3A，具有過流保護(hù)作用。 ULN2020 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá) 500mA 所以用來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 鹽酸和碳酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生 二氧化碳?xì)怏w，排出空氣使包圍在蠟燭周圍的氧濃度降低進(jìn)而產(chǎn)生窒息，起到了滅火的作用。 NRF24L01無線收發(fā)模塊 采用 NRF24L01 芯片無線控制小車的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)彎。它 RF24L01B 微功率無線 通訊模塊 ，采用 Nordic 公司的 NRF24L01 芯片 ， 全球開發(fā) ISM 頻段免許可證使用，最高工作速率達(dá) 2Mbps， 125 頻道滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要，內(nèi)置 PCB 天線 體積小巧約 37*17mm，高效 GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制、無線音視頻傳輸?shù)阮I(lǐng)域。 NRF24L01 是一款低成本無線收發(fā)器。它內(nèi)置頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊。 4 3 系統(tǒng)分析 本系統(tǒng)包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)、無線收發(fā)等模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。 圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 供電系統(tǒng)包括可調(diào)的 Lm2596 芯片、 Lm7805 芯片、 Ams1117 等。供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示。 圖 3 供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 5 4 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 主控制器模塊的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用了 STC89C52 芯片為主控制器，該芯片的應(yīng)用電路于其他 51 單片機(jī)完全一樣。介于小車各部分功能均為模塊實(shí)現(xiàn)，所以，將單片機(jī)最小系統(tǒng)布局好后，其余各 I/O 口用排針引出。 STC 單片機(jī)支持串口下載功能，所以省去了調(diào)試時(shí)不住地插拔片子的麻煩，也保證了片子的完好。單片機(jī)引腳分布圖及最小系統(tǒng)圖如圖 4 如所示。 圖 4 單片機(jī)最小系統(tǒng) NRF24L01無線模塊的設(shè)計(jì) NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無線通 信通信芯片，采用 FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成 NORDI 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)或是 1 對 6 的無線通信。 無線通信速度可以達(dá)到 2M（ bps）。 NORDIC 公司提供通信模塊的 GERBER 文件，可以直接加工生產(chǎn)。嵌入式工程師或是單片機(jī)愛好者只需要為單片機(jī)系統(tǒng)預(yù)留 5 個(gè) GPIO， 1 個(gè)中斷輸入引腳，就可以很容易實(shí)現(xiàn)無線通信的功能，非常適 6 合用來為 MCU 系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能。 發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將 nRF24L01 配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR 和有 效數(shù)據(jù) TX_PLD 按照時(shí)序由 SPI 口寫入 nRF24L01 緩存區(qū)， TX_PLD必須在 CSN 為低時(shí)連續(xù)寫入，而 TX_ADDR 在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后 CE 置為高電平并保持至少 10μ s，延遲 130μ s 后發(fā)射數(shù)據(jù) 。若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么nRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址 TX_ADDR 一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功， TX_DS置高，同時(shí) TX_PLD 從 TX FIFO 中清除 。若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動(dòng)重發(fā)已開啟 )，若重發(fā)次數(shù) (ARC)達(dá)到上 限， MAX_RT 置高， TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā) 。MAX_RT 或 TX_DS 置高時(shí)，使 IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU。最后發(fā)射成功時(shí) ,若 CE為低則 nRF24L01進(jìn)入空閑模式 1。若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射 。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入空閑模式 2。 接收數(shù)據(jù)時(shí) ,首先將 nRF24L01 配置為接收模式，接著延遲 130μs 進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和 CRC 時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲在RX FIFO 中，同時(shí)中斷標(biāo)志位 RX_DR 置高， IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時(shí)，若 CE 變低，則 nRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。 NRF24L01 模塊電路圖如圖 5 圖 6 所示。 圖 5 NRF24