【正文】 .............................................................. 17 測(cè)試方法 ......................................................................................................... 17 2 調(diào)試過(guò)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(lái)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(cè)技術(shù)日益更新。智 能消防車(chē)系統(tǒng)主要由： STC89C52 單片機(jī)， NRF24L01 無(wú)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。 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。搖控器通過(guò) NRF24L01發(fā)射出去，接收器接收后，辨別發(fā)射傳輸?shù)男畔ⅲ瑢?duì)車(chē)發(fā)出命令進(jìn)行滅火。與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 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)。 采用專(zhuān)用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 3 用航空鋰電池經(jīng) 7805 電壓變換電路為電機(jī)供電。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。 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(guò)流保護(hù)作用。 NRF24L01無(wú)線收發(fā)模塊 采用 NRF24L01 芯片無(wú)線控制小車(chē)的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)彎。 NRF24L01 是一款低成本無(wú)線收發(fā)器。 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(wú)線收發(fā)等模塊。 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。 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。 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。 圖 4 單片機(jī)最小系統(tǒng) NRF24L01無(wú)線模塊的設(shè)計(jì) NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無(wú)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。 無(wú)線通信速度可以達(dá)到 2M（ bps）。嵌入式工程師或是單片機(jī)愛(ài)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(wú)線通信的功能，非常適 6 合用來(lái)為 MCU 系統(tǒng)構(gòu)建無(wú)線通信功能。若自動(dòng)應(yīng)答開(kāi)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(hào)（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）。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(kāi)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) 。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)送堆棧中無(wú)數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入空閑模式 2。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效的地址和 CRC 時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)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)。最后接收成功時(shí)，若 CE 變低，則 nRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。 圖 5 NRF24L01 結(jié)構(gòu)圖 7 圖 6 NRF24L01 模塊電路 NRF24L01 的指令列表如表 1 所示。各按鍵分別一端接地，一端接單片 機(jī)引腳。 晶振電路與復(fù)位電路設(shè)計(jì) 晶振電路 晶振電路為單片機(jī) AT89C51 工作提供時(shí)鐘信號(hào)，芯片中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。電路中的外接石英晶體及電容 C C6 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。本設(shè)計(jì)中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為 30pF。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 REST上加入高電平 ,采用的辦法是在 REST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。 因?yàn)? MCS51 系列單片機(jī)采用高電平復(fù)位方式，其內(nèi)部復(fù)位電路如圖 315所示，高電平復(fù)位脈沖 RST 引腳輸入到內(nèi)部施密特觸發(fā)器整形后，送 CPU 內(nèi)部復(fù)位電路。為了保證 CPU 內(nèi)部各個(gè)單元電路可靠復(fù)位， RST引腳復(fù)位脈沖高電平維持時(shí)間必須大于等于 2 個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)振蕩周期 ） 。 圖 7 復(fù)位電路 可 以使用 RC分立元件或微處理器監(jiān)控芯片構(gòu)成 MCS51單片機(jī)的外部復(fù)位電路。 圖 8 外部復(fù)位電路 按下復(fù)位按鍵 K20 時(shí)，電容 C3 通過(guò) R1 放電，當(dāng)電容放電結(jié)束后， RST 引腳電位由 R R2 分壓比決定。松開(kāi)復(fù)位按鍵后，電容 C3 充電， RST 引腳電位下降，使 CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)。 單片機(jī)的復(fù) 位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。只要 RST 保持高電平，則單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位。由于本次設(shè)計(jì)中電源分動(dòng)力供電和邏輯供電兩部分，為了減小干擾，兩部分電源應(yīng)相互獨(dú)立。 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N，性能可以滿足小車(chē)的電機(jī)控制要求，而且外圍電路比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性較好，驅(qū)動(dòng)能力夠強(qiáng)。實(shí)物圖及接線圖如圖 9 和圖 10 所示。是一種二相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式 驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的電機(jī)。在系統(tǒng)中為步進(jìn)電機(jī)供電。 圖 11 ULN2020 原理圖 LM2596 此芯片具有輸出電壓、電流大，輸出線性好且負(fù)載可調(diào)，具有過(guò)流保護(hù)作用等特點(diǎn)。實(shí)物圖和原理圖如圖 12 所示。 12 圖 13 LM2596 LM7805 LM7805 是一片最經(jīng)典的三端線性穩(wěn)壓芯片，具有較好的線性穩(wěn)壓效果，外圍電路十分簡(jiǎn)單，所以在本次設(shè)計(jì)中選為邏輯供電穩(wěn)壓芯片。電路圖如圖 14 所示。它支持匯編、 C 語(yǔ)言以及混合編程，同時(shí)具備強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真功能。 [3] （ 1）創(chuàng)建項(xiàng)目：執(zhí)行 [Project]|[Newμ Vision Project]菜單命令，將新創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目。在項(xiàng)目創(chuàng)建之前，需要為新建的項(xiàng)目選擇一個(gè) CPU。選擇AT89S52 之后，右邊一欄是對(duì)這個(gè)單片機(jī)的基本的說(shuō)明，然后單擊 [確定 ]按鈕。 （ 2）項(xiàng)目設(shè)置：μ Vision 3 允許用戶為目標(biāo)硬件設(shè)置選項(xiàng)，可以通過(guò)工具條圖標(biāo)打開(kāi)，也可以用鼠標(biāo)右擊項(xiàng)目窗口中的 Files 標(biāo)簽頁(yè)中的 Target1，在右鍵菜單中選擇 [Options for Targe1]命令： Output：定義 Keil 工具的輸出文件，并定義生成處理后的執(zhí)行用戶程序； Listing：定義 Keil 工具輸出的所有列表文件； C51：設(shè)置 C51 編譯器的特別工具選項(xiàng)； A51：設(shè)置匯編器的特殊工具選項(xiàng)； BL51 Locate：定義不同類(lèi)型的存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器的不同段位置； BL51 Misc：其他的與連接器相關(guān)的設(shè)置，如警告或存儲(chǔ)器指示； Debug：μ Vision 3 的 Debugger 設(shè)置； Utilities：文件及其 Group 的特別選項(xiàng)。 14 ② Use Onchip ROM(0x0~0x1FFF)： Flash ROM。 ③ Memory Model：變量存 儲(chǔ)空間。 ② Name of Executable：設(shè)置生成的目標(biāo)文件的名字。 ④ Create Hex File：要生成 hex 文件一定要選中該選項(xiàng)。 （ 3） Listing 標(biāo)簽： Keil C51 在編譯之后除了聲稱(chēng)目標(biāo)文件之外，還生成 *.lst、*.m51 的文件。 （ 4） C51 標(biāo)簽：用戶通過(guò) C51 標(biāo)簽來(lái)設(shè)置 C51 編譯器的特別的工具選項(xiàng)。 （ 6） BL51 Locate 標(biāo)簽： BL51 是具有代碼分段功能的連接器 /重定位器，它組合一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)模塊成一個(gè) MCS51 的執(zhí)行程序。連接器自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行庫(kù)并連接那些用到的模塊。 （ 7） BL51 Misc 標(biāo)簽： Misc 標(biāo)簽是對(duì) BL51 Locate 標(biāo)簽的補(bǔ)充設(shè)置。 （ 9） 項(xiàng)目編譯：項(xiàng)目一旦設(shè)置完成，就可以開(kāi)始編譯。當(dāng)應(yīng)用中有語(yǔ)法錯(cuò)誤時(shí)，μ Vision 3將在 Output Window 的 Build 標(biāo)簽頁(yè)顯示這些錯(cuò)誤和告警信息。在編譯項(xiàng)目時(shí)，會(huì)在輸出窗口中出現(xiàn)錯(cuò)誤信息，單擊其中一條錯(cuò)誤信息，將在 源代碼窗口中出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方出現(xiàn)一個(gè)小箭頭。 總體設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)包括無(wú)線發(fā)送和接收、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)、水泵控制系統(tǒng)和滅火風(fēng)扇和噴頭的控制系統(tǒng)等。 圖 15 系統(tǒng)總流程圖 NRF24L01模塊程序設(shè)計(jì) 該射頻模塊集成了 NORDIC 公司生產(chǎn)的無(wú)線射頻芯片 nRF24L01。 圖 16 發(fā)射部分的流程 其核心代碼如下： SetTX_Mode()。 nRF24L01_TxPacket(TxBuf)。 接收部分流程圖如圖 17 所示。 //設(shè)置為接收模式 nRF24L01_RxPacket(RxBuf)。 in2=1。 in4=1。 led1 = 1。 測(cè)試方法 先接通電源，看看系統(tǒng)能否正常工作，如果不能，可以在系統(tǒng)供電情況下，用萬(wàn)用表檢測(cè)發(fā)射板和接收板各個(gè)模塊的電壓，如果出現(xiàn)電壓為 0 或者無(wú)限 大的情況，則為短路或者斷路，一一排查之后可以確定是哪個(gè)地方的問(wèn)題，檢修后再次接通電源調(diào)試， 使用 protues 軟件事先調(diào)試按鍵邏輯與顯示邏輯觀察是否正常 。使得本次設(shè)計(jì)中硬件仿真變的就比較 18 簡(jiǎn)單，因?yàn)橛辛擞布抡婀ぞ呔涂梢噪S時(shí)修改程序，通過(guò)一步一步的調(diào)試來(lái)達(dá)到最后的目的，同時(shí)尤其學(xué)會(huì)了分部調(diào)試的思想，這就使得當(dāng)遇到問(wèn)題時(shí)不會(huì)覺(jué)得無(wú)從下手，不會(huì)覺(jué)得那么迷茫，使調(diào)試變 得比較有條