avr的多功能智能检测小车的设计与制作
本论文以智能小车为研究对象，以丰富小车自身的功能为目的，使小车实现对周围环境状况的检测。在日常的工作中，许多的环境检测人员都需要背负许多的检测工具进行特定的环境检测，设计一款能够检测环境状况的小车则显得十分必要。在本设计中，使用型号为ATmega16的AVR单片机为控制芯片。在实现人为无线控制小车运动的基础上，将红外感应传感器、火焰传感器、DHT11、MQ-5、NRF24L01、2.4寸的TFT彩屏与单片机连接；运用C语言编写程序，实现小车的自行保护功能、检测功能、数据传输功能以及显示功能。在局部调试过程中，成功实现了电机转动、无线数据传输、彩屏控制、温湿度检测及显示功能；在整体调试小车的过程中实现了小车的无线控制、小车自行的保护、温湿度检测和气体浓度检测、检测数据的传送及显示，制作的实物最终取得了理想的实现成果。
【关键词】 ：检测；单片机；传感器；无线通信
引言 1
（一）研究背景及意义 1
（二）研究内容及成果 1
一、 总体方案设计 2
（一）外形设计 2
（二）功能设计 2
（三）制作流程规划 3
二、 电机驱动方式及电路供电方式 3
（一）电机驱动芯片 3
（二）电机驱动板模块电路 4
（三）驱动板模块供电方式 5
（四）单片机及应用模块的电源解决方式 5
三、 应用模块介绍 6
（一）NRF24L01无线模块 6
（二）MQ-5气体检测模块 8
（三）红外避障模块 8
（四）火源探测模块 9
（五）LCD12864显示模块 9
（六）TFT显示模块 10
四、 检测及控制元器件介绍 11
（一）直流电机 11
（二）DHT11温湿度传感器 12
五、 ATmega16单片机的详解 13
（一）选用ATmega16单片机的原因 13
（二）ATmega16单片机介绍 14
（三）ATmega16相关功能寄存器的配制 15
1.ADC0模数转换通道的配制 15
2.两路快速PWM输出模式寄存器配制 17
3.硬件SPI通信相关寄存器配制 19
六、硬件电路设计 20
（一）绘图软件介绍 20
（二）单片机最小系统电路 20
（三）无线通讯模块连接电路 21
（四）电机驱动板模块连接电路 22
（五）DHT11连接电路 22
（六）LCD12864显示模块电路连接 22
（七）MQ-5气体检测传感器模块电路连接图 23
（八）TFT彩屏模块连接电路 23
（九）灯光控制电路 24
（十）报警电路 24
七、软件程序设计 25
（一）编程软件介绍 25
（二）NRF24L01子程序流程 25
（三）电机控制子程序流程 26
（四）DHT11温湿度检测子程序流程 26
（五）MQ-5气体检装置子程序 27
（六）LCD12864子程序流程 27
（七）TFT彩屏子程序流程 27
八、制作工艺 29
（一）工艺流程图及工艺配置 29
（二）使用工具明细 29
九、整体组装说明 30
（一）小车的整体构造及功能说明 30
（二）控制板的整体构造及说明 33
十、功能调试 34
（一）烧录软件介绍 34
（二）调试结果说明 34
（三）遇到的问题及解决方案 34
十一、实际运行状态详解 36
总结 37
致谢 38
参考文献 39
附录一：小车底板机械图 40
附录二：电路原理图： 41
附录三：PCB布线图： 43
附录四：实物图： 45
附录五：元器件清单 46
附录六：控制器源程序 47
附录七：检测车源程序 80
引言
当今社会，电子产品在不断充斥着我们的工作和生活。从老式收音机到MP4；从黑白电视到智能电视；从老式电话到智能手等等。从这些产品的不断变化中我们不难看出，电子产品随着时间的推移，不仅种类上在不断扩大，而且功能上也在不断丰富。
（一）研究背景及意义
在众多电子产品中，很多电子产品都集成了不同的功能。如：原本只能用来通话、收发短信的手机，现在已经变成了一个拍照、听音乐、上网、安装自定义软件等诸多功能的智能手机。可以说，21世纪是电子设备蓬勃发展的时代，而在许多的电子产品研发中，智能小车可以说是研究人员最为热衷的研究对象之一。其原因在于，智能小车涉及到的学科十分广泛，最基本的智能小车就涉及到了传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科。智能小车是一款功能多样，便于控制的综合电子设备，它是集成了环境感知、规划决策、自动控制等多种功能于一体的综合体。因此，智能小车又称为轮式移动机器人，是移动机器人的一种。对于智能小车的开发与研究，不仅让勘测工作变得简单化，也让人们的日常生活变得更加智能化。
（二）研究内容及成果
本设计中，主要研究的是便于环境检测的无线控制小车。该检测小车不仅可以用于城市、街道等的检测工作，还可以用于检测人们的居家环境，起到保障住户安全的作用。在小车的设计过程中，主要是检测环境中的温度、湿度、并且会对部分有害气体的浓度进行检测并与预设值比较从而改变小车自身的提示语进行改变，通过无线通信模块将检测到的数据在一定范围内传输到用户手中的控制器中并显示在控制器所装配的液晶屏幕上。在整个的制作过程中，首先要研究的就是选用的ATmega16A型号的AVR单片机内部功能及其与其他单片机的差异，并且掌握相应的编程方式；其次是要研究如何通过核心控制芯片配合驱动模块控制直流电机；再次绘制出各元器件与控制芯片连接的电路，从而保证在硬件上不存在问题；最后就是要研究无线通讯模块对信号的接受和发送；在以上四个重要器件研究成功后，小车的基本控制和运动功能就基本解决了。下面需要完成的就是选择适合的传感器，从而检测到需要测量的数据，然后通过相应的程序将数据直观的显示出来。最终，本设计实现了由ATmega16为核心控制芯片、通过NRF24L01实现无线通讯、L298N驱动模块实现对直流电机的控制、红外感应传感器和火焰传感器实现小车的自行保护、DHT11和MQ-5实现小车对周围环境的检测、LCD12864和TFT彩屏模块实现数据的显示以及运用TFT彩屏模块的触摸控制实现控制小车运动的多功能智能检测小车。
一、总体方案设计
总体方案设计包括了被设计对象需要实现的功能和其需要具备的外形。通过预先规划好设计的制作流程的方式来明确总体方案的实施步骤。在这当中，最需要展现的就是设计的可行性，它在很大程度上决定了被设计物设计的价值及意义，并从侧面反映被设计物涉及的学科，同时也体现了设计者的水平和能力。
（一）外形设计
本设计中小车底盘的设计十分重要，它不仅要承载电路板、元器件，而且整体要美观。此外，底盘的材料也很重要，首先是密度，要能承重；其次要耐碰撞，最后是导电性。所以本设计小车底盘选用亚克力板，它是一种聚丙烯酸酯类化学材料。
“亚克力板”优点在于有着良好的耐酸碱腐蚀能力；并且它的抗冲击力强、自重轻、可塑性强、绝缘性好。因此，本设计中小车的底盘材料选用亚克力板。如图1-1所示，为亚克力板实物图
图1-1 亚克力板实物图
本底盘宽14.6cm、长25.5cm、厚0.25cm。底盘上有着供给安装电路板使用的各种孔洞。底盘的前后由椭圆形构成，根据实际电路的大小及应用到的模块占用的空间大小绘制该款小车的底盘及固定件。机械加工图纸见 “附录一”。
（二）功能设计
本小车主要是检测周围环境的温度、湿度及液化气、甲烷等有害气体浓度。小车具体功能如下：
1.无线数据传输；
2.测量有害气体浓度和温、湿度；
【关键词】 ：检测；单片机；传感器；无线通信
引言 1
（一）研究背景及意义 1
（二）研究内容及成果 1
一、 总体方案设计 2
（一）外形设计 2
（二）功能设计 2
（三）制作流程规划 3
二、 电机驱动方式及电路供电方式 3
（一）电机驱动芯片 3
（二）电机驱动板模块电路 4
（三）驱动板模块供电方式 5
（四）单片机及应用模块的电源解决方式 5
三、 应用模块介绍 6
（一）NRF24L01无线模块 6
（二）MQ-5气体检测模块 8
（三）红外避障模块 8
（四）火源探测模块 9
（五）LCD12864显示模块 9
（六）TFT显示模块 10
四、 检测及控制元器件介绍 11
（一）直流电机 11
（二）DHT11温湿度传感器 12
五、 ATmega16单片机的详解 13
（一）选用ATmega16单片机的原因 13
（二）ATmega16单片机介绍 14
（三）ATmega16相关功能寄存器的配制 15
1.ADC0模数转换通道的配制 15
2.两路快速PWM输出模式寄存器配制 17
3.硬件SPI通信相关寄存器配制 19
六、硬件电路设计 20
（一）绘图软件介绍 20
（二）单片机最小系统电路 20
（三）无线通讯模块连接电路 21
（四）电机驱动板模块连接电路 22
（五）DHT11连接电路 22
（六）LCD12864显示模块电路连接 22
（七）MQ-5气体检测传感器模块电路连接图 23
（八）TFT彩屏模块连接电路 23
（九）灯光控制电路 24
（十）报警电路 24
七、软件程序设计 25
（一）编程软件介绍 25
（二）NRF24L01子程序流程 25
（三）电机控制子程序流程 26
（四）DHT11温湿度检测子程序流程 26
（五）MQ-5气体检装置子程序 27
（六）LCD12864子程序流程 27
（七）TFT彩屏子程序流程 27
八、制作工艺 29
（一）工艺流程图及工艺配置 29
（二）使用工具明细 29
九、整体组装说明 30
（一）小车的整体构造及功能说明 30
（二）控制板的整体构造及说明 33
十、功能调试 34
（一）烧录软件介绍 34
（二）调试结果说明 34
（三）遇到的问题及解决方案 34
十一、实际运行状态详解 36
总结 37
致谢 38
参考文献 39
附录一：小车底板机械图 40
附录二：电路原理图： 41
附录三：PCB布线图： 43
附录四：实物图： 45
附录五：元器件清单 46
附录六：控制器源程序 47
附录七：检测车源程序 80
引言
当今社会，电子产品在不断充斥着我们的工作和生活。从老式收音机到MP4；从黑白电视到智能电视；从老式电话到智能手等等。从这些产品的不断变化中我们不难看出，电子产品随着时间的推移，不仅种类上在不断扩大，而且功能上也在不断丰富。
（一）研究背景及意义
在众多电子产品中，很多电子产品都集成了不同的功能。如：原本只能用来通话、收发短信的手机，现在已经变成了一个拍照、听音乐、上网、安装自定义软件等诸多功能的智能手机。可以说，21世纪是电子设备蓬勃发展的时代，而在许多的电子产品研发中，智能小车可以说是研究人员最为热衷的研究对象之一。其原因在于，智能小车涉及到的学科十分广泛，最基本的智能小车就涉及到了传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科。智能小车是一款功能多样，便于控制的综合电子设备，它是集成了环境感知、规划决策、自动控制等多种功能于一体的综合体。因此，智能小车又称为轮式移动机器人，是移动机器人的一种。对于智能小车的开发与研究，不仅让勘测工作变得简单化，也让人们的日常生活变得更加智能化。
（二）研究内容及成果
本设计中，主要研究的是便于环境检测的无线控制小车。该检测小车不仅可以用于城市、街道等的检测工作，还可以用于检测人们的居家环境，起到保障住户安全的作用。在小车的设计过程中，主要是检测环境中的温度、湿度、并且会对部分有害气体的浓度进行检测并与预设值比较从而改变小车自身的提示语进行改变，通过无线通信模块将检测到的数据在一定范围内传输到用户手中的控制器中并显示在控制器所装配的液晶屏幕上。在整个的制作过程中，首先要研究的就是选用的ATmega16A型号的AVR单片机内部功能及其与其他单片机的差异，并且掌握相应的编程方式；其次是要研究如何通过核心控制芯片配合驱动模块控制直流电机；再次绘制出各元器件与控制芯片连接的电路，从而保证在硬件上不存在问题；最后就是要研究无线通讯模块对信号的接受和发送；在以上四个重要器件研究成功后，小车的基本控制和运动功能就基本解决了。下面需要完成的就是选择适合的传感器，从而检测到需要测量的数据，然后通过相应的程序将数据直观的显示出来。最终，本设计实现了由ATmega16为核心控制芯片、通过NRF24L01实现无线通讯、L298N驱动模块实现对直流电机的控制、红外感应传感器和火焰传感器实现小车的自行保护、DHT11和MQ-5实现小车对周围环境的检测、LCD12864和TFT彩屏模块实现数据的显示以及运用TFT彩屏模块的触摸控制实现控制小车运动的多功能智能检测小车。
一、总体方案设计
总体方案设计包括了被设计对象需要实现的功能和其需要具备的外形。通过预先规划好设计的制作流程的方式来明确总体方案的实施步骤。在这当中，最需要展现的就是设计的可行性，它在很大程度上决定了被设计物设计的价值及意义，并从侧面反映被设计物涉及的学科，同时也体现了设计者的水平和能力。
（一）外形设计
本设计中小车底盘的设计十分重要，它不仅要承载电路板、元器件，而且整体要美观。此外，底盘的材料也很重要，首先是密度，要能承重；其次要耐碰撞，最后是导电性。所以本设计小车底盘选用亚克力板，它是一种聚丙烯酸酯类化学材料。
“亚克力板”优点在于有着良好的耐酸碱腐蚀能力；并且它的抗冲击力强、自重轻、可塑性强、绝缘性好。因此，本设计中小车的底盘材料选用亚克力板。如图1-1所示，为亚克力板实物图
图1-1 亚克力板实物图
本底盘宽14.6cm、长25.5cm、厚0.25cm。底盘上有着供给安装电路板使用的各种孔洞。底盘的前后由椭圆形构成，根据实际电路的大小及应用到的模块占用的空间大小绘制该款小车的底盘及固定件。机械加工图纸见 “附录一”。
（二）功能设计
本小车主要是检测周围环境的温度、湿度及液化气、甲烷等有害气体浓度。小车具体功能如下：
1.无线数据传输；
2.测量有害气体浓度和温、湿度；
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