【正文】 ms 左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，當前小數(shù)部分用于以后擴展，現(xiàn)讀出為零。 操作流程如下 : 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit，高位先出。 數(shù)據(jù)格式 :8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bi 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 校驗和 數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“ 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末 8 位。 用戶 MCU 發(fā)送一次開始信號后， DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機開始信號結(jié)束后， DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號，送出 40bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。從模式下， DHT11 接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號， DHT11 不會主動進行溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 通訊過 程如圖 所示 圖 DHT11 的通訊過程圖 1 總線空閑狀態(tài)為高電平，主機把總線拉低等待 DHT11 響應(yīng)，主機把總線拉低必須大于 18 毫秒，保證 DHT11 能檢測到起始信號。 DHT11 接收到主機的開始信號后，等待主機開始信號結(jié)束，然后發(fā)送 80us 低電平響應(yīng)信號。主機發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時等待2040us 后，讀取 DHT11 的響應(yīng)信號，主機發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 29 圖 DHT11 的通訊過程圖 2 總線為低電平，說明 DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號， DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號后，再把總線拉高80us，準備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一 bit 數(shù)據(jù)都以 50us 低電平時隙開始，高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是 0 還是 1。格式見下面圖示。如果讀取響應(yīng)信號為高電平，則 DHT11 沒有響應(yīng)，請檢查線路是否連接正常。當最后一位數(shù)據(jù)傳送完畢后， DHT11 拉低總線 50us，隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。 數(shù)字 0 信號表示方法如圖 所示 圖 DHT11 數(shù)字 0 信號表示方法 數(shù)字 1 信號表示方法如圖 所示 圖 DHT11 數(shù)字 1 信號表示方法 溫濕度傳感器模塊程序流程圖： 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 30 開 始初 始 化單 片 機 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)傳 輸 命 令開 始 數(shù) 據(jù) 傳 輸數(shù) 據(jù) 傳 輸 是 否 結(jié) 束 ？結(jié) 束YN 圖 溫濕度傳感器模塊程序流程圖 瓦斯?jié)舛葌鞲衅髂K軟件設(shè)計 在瓦斯?jié)舛葌鞲衅?MH440V/D 的使用上，我采用了其模擬輸出的通信方式，即將傳感器 VCC 端接 5V， GND 端接電源地， VOUT 端接 ADC 的輸入端。傳感器經(jīng)過預(yù)熱時間后從 VOUT 端輸出表征氣體濃度的電壓值， ~ 代表氣體濃度值 0~滿量程。 瓦斯?jié)舛葌鞲衅髂K程序流程圖： 開 始A/D轉(zhuǎn) 換 芯 片 接 收傳 感 器 模 擬 信 號轉(zhuǎn) 換 后 的 數(shù) 據(jù)傳 送 到 單 片 機結(jié) 束A/D轉(zhuǎn) 換 圖 瓦斯?jié)舛葌鞲衅髂K程序流程 圖 電機驅(qū)動模塊軟件設(shè)計 采用單片機以及直流電機驅(qū)動模塊 L298 分別控制左、右履帶電機，前、后擺臂電機以及攝像機驅(qū)動電機的正傳、反轉(zhuǎn)和停止。 電機驅(qū)動模塊程序流程圖： 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 31 開 始初 始 化電 機 正 轉(zhuǎn) ？ 電 機 反 轉(zhuǎn) ？置 高 低邏 輯 電 平置 高 低反 邏 輯 電 平置 零Y YN N 圖 電機驅(qū)動模塊程序流程圖 無線傳輸模塊軟件設(shè)計 本設(shè)計的軟件應(yīng)該包括單片機端和 PC 端兩個部分。兩部分軟件相互配合，對各自的PTR2021 模塊的工作狀態(tài)進行設(shè)置。 PTR2021 模塊具體設(shè)置的主要內(nèi)容包括發(fā)送設(shè)置、接收設(shè)置、待機模式設(shè)置。 PTR2021 的通信速率最高為 20kbit/s，也可工作在其他速率如 4800bit/s、 9600bit/s 下，無需設(shè)置 PTR2021 的工作速率。 在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，應(yīng)將模塊先置于發(fā)射模式，即 TXEN=1。然后在等待至少 5ms 后（接收到發(fā)射的轉(zhuǎn)換時間），才可以發(fā)送任意長度的數(shù)據(jù)。發(fā)送結(jié)束后應(yīng)將模塊置于接收狀態(tài)，即 TXEN=0。發(fā)射到接收的轉(zhuǎn)換時間為 5ms。 接收時應(yīng)將 PTR2021 置于接收狀態(tài)，即 TXEN=0。然后將接收到的數(shù)據(jù)直接送到單片機串口或經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送到計算機。 當 PWR=0 時， PTR2021 進入節(jié)電待機模式，此時的功耗大約為 8μ A，但在待機模式下不能接收和發(fā)射數(shù)據(jù)。 PTR2021 除了應(yīng)該注意在發(fā)送、接收和待機模式下的編程外，還需要注意在無信號時，PTR2021 的串口輸出的是隨機數(shù)據(jù)。此時，可定義一個簡單的通信協(xié)議。如在發(fā)送時，在有效數(shù)據(jù)前加兩個字節(jié)的固定標志，以便在接收一方的軟件中檢測該固定標志并將其作為正式數(shù)據(jù)的開始。 通信協(xié)議 通信協(xié)議是一種規(guī)則，簡單的說，就是為了能相互理解，必須用同一種語言說話。在簡單的數(shù)據(jù)傳輸中，通信只朝一個方向進行，從發(fā)射端到接收端。通信可 能在發(fā)射端和接收端之間受到外界環(huán)境的干擾而使數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，通常無線數(shù)據(jù)誤碼率較高。因此需要協(xié)陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 32 議來保證接收端能正確接收到從發(fā)射端發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并確定所接收數(shù)據(jù)是否是真實數(shù)據(jù)。 簡單的無線數(shù)據(jù)協(xié)議的目的如下： 無線數(shù)傳協(xié)議應(yīng)該是有效。協(xié)議必須增加一些信息到主要信息中，包括識別代碼、錯誤檢驗等，增加信息的數(shù)量必須是所需信息中最少的。 協(xié)議必須能可靠地將有用數(shù)據(jù)從錯誤數(shù)據(jù)中分離出來。通常是在數(shù)據(jù)流中嵌入檢驗格式來實現(xiàn)。奇偶校驗、校驗和、 CRC 都是檢錯碼的常用格式。 一個協(xié) 議如果能糾正數(shù)據(jù)的錯誤，則認為該協(xié)議時可靠的。 一個無線協(xié)議應(yīng)該以一種能充分利用發(fā)射和接收機的方式工作。 通信協(xié)議的設(shè)計對保證通信質(zhì)量尤為重要。通信協(xié)議中錯誤的校驗檢測方式可采用奇偶校驗方式、校驗和方式或更好的 CRC 校驗方式等。本設(shè)計中采用了 方式的通信協(xié)議。 無線傳輸模塊程序流程圖 單片機接收端程序設(shè)計流程如圖 所示。單片機端一開始將無線數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2021 設(shè)置成接收狀態(tài)，通過窗口中斷來判別由 PC 通過無線信道傳輸過來的發(fā)送指令。根據(jù)指令的內(nèi)容，單片機決定采集數(shù)據(jù)并且啟 動發(fā)送。發(fā)送之前需將 PTR2021 模塊設(shè)置為發(fā)送狀態(tài)，然后等待至少 5ms 的時間后，再進行發(fā)送。發(fā)送完畢后，重新進入等待命令狀態(tài)，然后將 PTR2021 模塊重新設(shè)置為接收狀態(tài)。如果 PC 機接到數(shù)據(jù)后，校驗錯誤，會向單片機端發(fā)送重新發(fā)送指令。單片機接到該指令后，會重新采集并且發(fā)送數(shù)據(jù)。 初 始 化打 開 串 口 中 斷接 收 到 請 求發(fā) 送 命 令 ？改 為 發(fā) 送 狀 態(tài)調(diào) 用 數(shù) 據(jù) 采 集 函 數(shù)發(fā) 送 函 數(shù)重 新 進 入 接 收 狀 態(tài)接 收 到 請 求重 發(fā) 命 令 ？改 為 發(fā) 送 狀 態(tài)NY 圖 單片機接收端程序設(shè)計流程 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 33 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 在完成硬件電路設(shè)計以及初步的軟件設(shè)計后，為了得出直觀的設(shè)計結(jié)果，調(diào)試是非常重要的過程。調(diào)試的過程不僅僅是一個檢 驗設(shè)計結(jié)果的過程，更重要的是，在調(diào)試的過程中，一些細節(jié)上的問題會顯得很突出，調(diào)試過程更為重要的意義就在于此，它促使設(shè)計者不斷完善設(shè)計，不斷調(diào)整、修正，不僅獲得了正確的調(diào)試結(jié)果，還獲得了大量設(shè)計經(jīng)驗，讓設(shè)計者獲益匪淺。 在此設(shè)計的調(diào)試中，由于各方面原因，我重點調(diào)試了在串口通信模式下的溫濕度數(shù)據(jù)采集以及直流電動機驅(qū)動系統(tǒng)。 溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊調(diào)試 溫濕度數(shù)據(jù)采集使用了串口通信的方式，將溫濕度傳感器 DHT11 的信號輸出腳連接至單片機，單片機獲得數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳送給 PC 機。 在 PC 機上，我采用了較為熟悉的 VB 程序開發(fā)工具生成界面，設(shè)計的界面如圖 所示。 圖 VB 設(shè)計的溫濕度數(shù)據(jù)采集界面 在 VB 的程序界面輸入程序，向單片機中下載程序，運行，經(jīng)過調(diào)試，能較準確獲得設(shè)計結(jié)果，運行后的情況如圖 所示。 圖 程序運行后采集到的溫度、濕度值 電機驅(qū)動模塊調(diào)試 設(shè)計中采用的直流電機是 RS380H，采用這款電機是因為考慮到機器人的自重，需要陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 34 功率較大的直流電機才能驅(qū)動機器人的行走，保證它的越障能力和通過性。 在電機模塊調(diào)試階段，我使用了 LED 燈來代替了直流電機，因為邏輯上是一樣的，只需要邏輯 正確，直流電機的驅(qū)動就不會有問題。 在 VB 程序中設(shè)計的電機控制界面如圖 所示。 圖 VB 設(shè)計的直流電機控制界面 通過 RS232 連接至 PC，在 VB 中輸入控制程序，向單片機中下載程序后，運行結(jié)果如圖所示。 圖 電機正轉(zhuǎn)時的控制界面 圖 電機正轉(zhuǎn)時的邏輯電平顯示 在 VB 控制界面上按下“電機正轉(zhuǎn)”按鈕，會看到單片機開發(fā)板上的 LED1 燈亮，而LED2 燈滅，說明了 和 的邏輯電平分別是 1 和 0。這樣的邏輯電平送給電機驅(qū)動模塊 L298，正好控制直流電機的 正轉(zhuǎn)。 圖 電機反轉(zhuǎn)時的控制界面 圖 電機反轉(zhuǎn)時的邏輯電平顯示 在 VB 控制界面上按下“電機反轉(zhuǎn)”按鈕，會看到單片機開發(fā)板上的 LED1 燈滅，而LED2 燈亮，說明了 和 的邏輯電平分別是 0 和 1。這樣的邏輯電平送給電機驅(qū)動陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 35 模塊 L298，正好控制直流電機的反轉(zhuǎn)。 圖 電機停止時的控制界面 圖 電機停止時的邏輯電平顯示 在 VB 控制界面上按下“電機停止”按鈕，會看到單片機開發(fā)板上的 LED1 、 LED2燈都滅，說明了 和 的邏輯電平都是 0。這樣的邏輯電平送給電機驅(qū)動模塊 L298，正好控制直流電機的停止。 整體調(diào)試 在串口通信的技術(shù)基礎(chǔ)上，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在 PC 機上讀取單片機獲得的傳感器測量結(jié)果以及通過 PC 機控制直流電機的正反轉(zhuǎn)，接下來的工作就是將這兩塊系統(tǒng)做在一起，在一個界面中實現(xiàn)。 采用單片機開發(fā)板進行設(shè)計模擬， PC 機上的操作界面依然是 VB。在 PC 機上設(shè)計的VB 操作界面如圖： 圖 VB 程序設(shè)計的系統(tǒng)整體操作界面 向單片機中下載進運行程序，給單片機上電，再運行 VB，首先調(diào)試溫濕度傳感器方面， VB 界面中 能獲得溫度值以及濕度值，情況如圖： 圖 VB 程序中獲得的溫度、濕度值 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 36 為了驗證傳感器的靈敏性以及單片機與 PC 機之間通信的實時性，進行了進一步的拓展實驗，首先向溫濕度傳感器噴灑水霧， PC 機上的操作界面緊接著出現(xiàn)濕度值的變化，情況記錄如下： 圖 噴灑水霧后的濕度值 接著使用吹風機向溫濕度傳感器吹風，使其干燥并且溫度上升，吹風后的操作界面如圖所示： 圖 使用吹風機后的溫度值、濕度值 接下來應(yīng)該調(diào)試的就是電機控制部分了，其中 和 控制小車的左履帶電機； 和 控制小車的右履帶電機； 和 控制小車的前擺臂電機； 和 控制小車的后擺臂電機。其調(diào)試過程如下： 首先，點擊“小車前進”按鈕，操作界面如下： 圖 小車前進時的操作界面 在單片機開發(fā)板上， LED 燈的情況如圖： 圖 小車前進時的電平顯示 由 LED 燈的亮滅可知， 和 為高電平，而 和 為低電平，這表示左履帶電機和右履帶電機都是正轉(zhuǎn)，這樣的邏輯電平正好控制小車的前進。 點擊“小車后退”按鈕，操作界面如圖： 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 37 圖 小車后退時的操作界面 在單片機開發(fā)板上， LED 燈的情況如圖： 圖 小車后退時的電平顯示 由 LED 燈的亮滅可知， 和 為低電平，而 和 為高電平，這表示左履帶電機和右履帶電機都是反轉(zhuǎn)，這樣的邏輯電平正好控制小車的后退。 點擊“小車左轉(zhuǎn)”按鈕，操作界面如圖： 圖 小車左轉(zhuǎn)時的操作界面 在單片機開發(fā)板上， LED 燈的情況如圖： 圖 小車左轉(zhuǎn)時的電平顯示 由 LED 燈的亮滅可知， 和 為低電平， 為高電平， 為低電平，這表示左履帶電機停止，右履帶電機正 轉(zhuǎn)，這樣的邏輯電平正好控制小車的左轉(zhuǎn)。 點擊“小車右轉(zhuǎn)”按鈕，操作界面如圖： 圖 小車右轉(zhuǎn)時的操作界面 在單片機開發(fā)板上， LED 燈的情況如圖： 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 38 圖 小車右轉(zhuǎn)時的電平顯示 由 LED 燈的亮滅可知， 和 為低電平， 為高電平， 為低電平，這表示左履帶電機正轉(zhuǎn)，右履帶電機停止，這樣的邏輯電平正好控制小車的右轉(zhuǎn)。 點擊“小車停止”按鈕，操作界面如圖： 圖 小車停止時的操作界面 在單片機開發(fā)板上， LED 燈的情況如圖： 圖 小車停止時的電平顯示 由 LED 燈的亮滅可知， 、 、 、 都為低電平，這表示小車的左履帶電