基于STM32的車輛遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

吳學(xué)富， 劉忠富

(大連民族大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院， 遼寧 大連 116600)

引言

近些年來，根據(jù)統(tǒng)計部門數(shù)據(jù)顯示，中國已是全球汽車產(chǎn)銷大國之一。汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展也帶動了相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起與增長態(tài)勢。汽車逐漸由單一的代步功能向多功能、智慧化的方向邁進(jìn)，以便給人們提供更加舒適的出行體驗。可以預(yù)見，這個行業(yè)必將具有廣闊的市場前景和研究價值。以此為開發(fā)背景下研究推出一套安全、有效的汽車遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)便顯得尤為關(guān)鍵與重要。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

本文著重提出的系統(tǒng)方案設(shè)計包括主控部分、環(huán)境參數(shù)采集部分、無線傳輸部分和人機(jī)交互部分。其中，環(huán)境參數(shù)采集部分就是通過各種傳感器來測量室內(nèi)的溫濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)。人機(jī)交互部分是在手機(jī)端可通過安卓手機(jī)助手軟件利用GSM模塊與主控部分進(jìn)行無線通信以實現(xiàn)車輛與外界環(huán)境的遠(yuǎn)程傳輸，系統(tǒng)做出的響應(yīng)則是通過點選繼電器的開關(guān)，繼電器可以開斷各種車用電器，進(jìn)而控制車內(nèi)環(huán)境。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖Fig. 1 Hardware block diagram of system

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

STM32單片機(jī)在最小系統(tǒng)上與51單片機(jī)有一定的區(qū)別。具體來說，51單片機(jī)需要外部時鐘提供時鐘源，但是STM32單片機(jī)嵌有內(nèi)部的時鐘源，在某些對時鐘精度要求寬泛的場合，就可以只用內(nèi)部時鐘源。這樣在硬件資源上就節(jié)約了開銷成本，而且STM32單片機(jī)完全實現(xiàn)低功耗。要使用某個IO口，需要用戶自行配置，否則，IO口就是處于低功耗狀態(tài)。在運行速度上，STM32單片機(jī)一次性處理的是32 bit，51單片機(jī)卻是8 bit，所以速度上要顯著勝過后者。STM32單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 STM32最小系統(tǒng)電路圖Fig. 2 STM32 minimum system circuit diagram

單片機(jī)工作的最低條件就是搭建好屬于自己的最小系統(tǒng)，最小系統(tǒng)主要包含電源、復(fù)位、時鐘、下載電路、啟動模式。本次研究系統(tǒng)選擇STM32作為該系統(tǒng)的主要CPU，主要是因為該芯片在處理數(shù)據(jù)時速度更快。這里選用的芯片類型是STM32F103X6，而其屬于增強(qiáng)型。

2.2 溫濕度檢測電路

溫濕度測量模塊采用的是數(shù)字傳感器DHT11。該傳感器與單片機(jī)之間的通信為單總線協(xié)議，且只有一個數(shù)據(jù)端口與單片機(jī)的管腳相連，在數(shù)據(jù)端口與單片機(jī)管腳之間需要外加上拉電阻。該模塊的供電范圍是3.3～5.5 V直流，單片機(jī)的供電電壓為3.3 V直流，因此可選用3.3 V電源配合10 K電阻來發(fā)揮上拉作用。DHT11溫濕度檢測電路圖如圖3所示。

2.3 加速度檢測電路

系統(tǒng)使用在運動的汽車上，加速度傳感器隨時對運動物體的加速度進(jìn)行監(jiān)測，由此即可為系統(tǒng)最終判定物體的實際狀態(tài)提供重要依據(jù)，本系統(tǒng)最終選擇采取數(shù)字三軸加速度傳感器ADXL345。該傳感器為機(jī)械結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有可移動的部件，這些可移動的部件對于外受沖擊力非常敏銳，能夠有效地檢測物體的加速度。ADXL345傳感器為多晶硅表面微加工結(jié)構(gòu)，置于晶圓頂部，由于應(yīng)用加速度多晶硅彈簧懸掛于晶硅表面之上提供全局阻力，能夠測量物體處于運動狀態(tài)或意外沖擊產(chǎn)生的動態(tài)加速度量值。電路設(shè)計即如圖4所示。

圖3 DHT11溫濕度傳感器電路圖

Fig.3CircuitdiagramofDHT11temperatureandhumiditysensor

圖4 加速度檢測電路圖Fig. 4 Acceleration detection circuit diagram

2.4 GSM電路

本系統(tǒng)采用GSM模塊與手機(jī)端進(jìn)行遠(yuǎn)程無線通信。GSM模塊電路為SIM900A芯片以及其外圍電路，憑借串口與微控制器之間建立通信，所以該芯片的TX與RX管腳將設(shè)計連接到主微控制器的PA2和PA3的2個串口管腳上，由于該芯片的功耗較大，其電源選擇12 V的獨立適配電源。

GSM主要采用的是串口(UART)通信，用戶可以通過串口向GSM發(fā)送AT控制指令。GSM模塊的功能強(qiáng)大，可以實現(xiàn)GPRS定位，向用戶撥打或者接聽電話、發(fā)送短信，還能支持設(shè)定上網(wǎng)功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集部分由加速度模塊、溫濕度模塊、二氧化碳濃度模塊以及GPS模塊構(gòu)成，系統(tǒng)依次讀取各個模塊端測量采集的數(shù)據(jù)，并將其存入數(shù)組中，再通過串口一將數(shù)據(jù)發(fā)送至中控端，由系統(tǒng)判定一組數(shù)據(jù)接收完畢則結(jié)束。整體設(shè)計流程如圖5所示。

3.2 數(shù)據(jù)發(fā)送

研發(fā)過程中，通過系統(tǒng)初始化、GSM模塊初始化、中控端將讀取采集端數(shù)據(jù)，并將其顯示在液晶屏上，依次判斷溫濕度、二氧化碳濃度、加速度等檢測數(shù)值，如若數(shù)值異常則通過GSM模塊發(fā)送信息。這里，給出系統(tǒng)流程設(shè)計如圖6所示。

圖5 數(shù)據(jù)采集流程框圖Fig. 5 Flow chart of data acquisition

圖6 數(shù)據(jù)發(fā)送流程框圖Fig. 6 Flow chart of data sending

4 結(jié)束語

本文通過對車輛預(yù)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及當(dāng)下對車輛預(yù)警系統(tǒng)現(xiàn)實需求的探討分析，對車輛遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)展開了總體設(shè)計。本次設(shè)計中采用溫濕度模塊、二氧化碳濃度檢測模塊以及加速度檢測模塊作為采集層面；以GSM模塊為傳輸單元，對外界傳輸信息；以STM32為主控芯片，控制整個系統(tǒng)運行；此外輔助以顯示電路，在各模塊的配合下，最終實現(xiàn)了車輛預(yù)警系統(tǒng)的智能化功能研發(fā)效果。

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