基于單片機(jī)的汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 蕊，王啟明

（平頂山學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 平頂山 467000）

0 引 言

隨著我國(guó)近年來(lái)汽車(chē)行業(yè)和社會(huì)生活的飛速發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)逐漸進(jìn)入越來(lái)越多的普通百姓家中。當(dāng)前我國(guó)高速公路上的交通事故數(shù)量不斷增長(zhǎng)，而很多汽車(chē)還未安裝防撞系統(tǒng)裝置。據(jù)各類(lèi)報(bào)道及調(diào)查顯示，我國(guó)一天之內(nèi)平均有1 850輛汽車(chē)被盜，這是一個(gè)非常嚴(yán)重的社會(huì)性問(wèn)題。

1 研究背景

私家車(chē)數(shù)量逐年增長(zhǎng)，當(dāng)前交通事故頻發(fā)，為駕駛員帶來(lái)巨大的安全問(wèn)題以及財(cái)產(chǎn)損失。而車(chē)輛被盜案例數(shù)量也呈上升趨勢(shì)，且市面上大多數(shù)汽車(chē)未安裝防撞系統(tǒng)，因此開(kāi)發(fā)一款價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)便的汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)很有必要。

2 需求分析

2.1 功能需求分析

將STM32F103C8T6單片機(jī)最小系統(tǒng)作為該設(shè)計(jì)的核心。檢測(cè)功能部分由人體紅外傳感器和超聲波測(cè)距傳感器完成，用以檢測(cè)汽車(chē)附近是否有人以及汽車(chē)和障礙物間的距離；顯示功能部分通過(guò)LCD1602液晶屏幕對(duì)汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)的參數(shù)及系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行顯示，采用Keil5軟件對(duì)單片機(jī)板進(jìn)行燒錄。

2.2 性能需求分析

產(chǎn)品要求易于使用者操作，考慮到該系統(tǒng)是方便司機(jī)駕駛的工具，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)具有控制模塊、距離檢測(cè)、紅外感應(yīng)、報(bào)警提示、液晶顯示等模塊，總體功能模塊如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能模塊

汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)中使用的人體紅外感應(yīng)模塊，它的頻率會(huì)在檢測(cè)到人體紅外輻射時(shí)發(fā)生變化，這時(shí)電荷逐漸失去平衡，并且向外釋放，之后電路經(jīng)過(guò)檢測(cè)和處理即可觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警。如果人體未完全離開(kāi)傳感器的檢測(cè)范圍，那么蜂鳴器的開(kāi)關(guān)持續(xù)與傳感器接通；如果人體已經(jīng)離開(kāi)并且長(zhǎng)時(shí)間未在被感應(yīng)區(qū)域里移動(dòng)，那么開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)延時(shí)和關(guān)閉。LCD1602液晶顯示屏可以顯示檢測(cè)到的汽車(chē)車(chē)距以及該系統(tǒng)目前是否處于防盜模式下，并判斷是否有人。

汽車(chē)防撞以及防盜報(bào)警控制處理系統(tǒng)的軟硬件部分主要由采用STM32單片機(jī)的極小角度控制處理系統(tǒng)、人體紅外感應(yīng)控制模塊、按鍵控制模塊、蜂鳴器以及報(bào)警控制模塊等構(gòu)成。汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)硬件框架如圖2所示。

圖2 汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)硬件框架

對(duì)主程序執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行分析，并給出軟件執(zhí)行流程。軟件設(shè)計(jì)部分需根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)行代碼編寫(xiě)，首先編寫(xiě)主程序代碼，形成功能框架，然后根據(jù)各部分功能，分模塊編寫(xiě)代碼。選用C語(yǔ)言編程，采用Keil5軟件對(duì)編寫(xiě)好的程序進(jìn)行編譯、鏈接，并生成機(jī)器代碼，選擇STM32單片機(jī)作為系統(tǒng)處理器。上位機(jī)軟件程序流程如圖3所示。

圖3 上位機(jī)軟件程序流程

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵技術(shù)

通過(guò)需求分析，確定該系統(tǒng)的研究任務(wù)，并分析各模塊的功能及硬件配置，全面了解系統(tǒng)的工作原理。

4.1 顯示模塊的實(shí)現(xiàn)

顯示模塊采用LCD1602模塊。該液晶顯示屏通過(guò)單片機(jī)燒錄的程序進(jìn)行顯示控制。該模塊為先進(jìn)的工業(yè)字符型號(hào)液晶屏，可以分別多次顯示16×2即32個(gè)字符。模塊的顯示程序流程如圖4所示。

圖4 液晶顯示程序流程

4.2 距離檢測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)

距離檢測(cè)模塊采用超聲波測(cè)距方式，頻率40 kHz以上的機(jī)械波具有穿透性強(qiáng)、衰減小、反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，發(fā)射器發(fā)射一系列連續(xù)的脈沖并接收反射波，通過(guò)計(jì)算時(shí)間差得出距離。該系統(tǒng)具有原理簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。超聲波定位測(cè)距模塊工作原理流程如圖5所示。

圖5 超聲波模塊程序流程

4.3 人體感應(yīng)模塊的實(shí)現(xiàn)

人體感應(yīng)模塊采用熱釋電紅外傳感器，這是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線(xiàn)而輸出電信號(hào)的傳感器。利用紅外模塊檢測(cè)人與汽車(chē)間的距離，當(dāng)檢測(cè)到人體距離紅外探頭過(guò)近時(shí)，開(kāi)啟蜂鳴器提醒，降低車(chē)輛被盜風(fēng)險(xiǎn)。人體紅外感應(yīng)程序流程如圖6所示。

圖6 人體紅外感應(yīng)程序流程

5 系統(tǒng)測(cè)試

該汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)制作完成后，測(cè)試必不可少。通過(guò)測(cè)試改進(jìn)系統(tǒng)，從而保證汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)的安全性和可靠性。系統(tǒng)測(cè)試包括硬件測(cè)試、軟件測(cè)試以及軟件硬件聯(lián)合調(diào)試。

軟件測(cè)試需選用Keil5編程并燒錄。硬件和軟件測(cè)試完成后，進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)。測(cè)試時(shí)，先接通該系統(tǒng)的電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)。確保上電后，設(shè)置超聲波測(cè)距的參數(shù)值。由圖7可知，測(cè)距報(bào)警值為300 mm，在超聲波測(cè)距模塊前放置障礙物，此時(shí)測(cè)得的距離為418 mm。因?yàn)槌^(guò)了所設(shè)置的報(bào)警值，所以系統(tǒng)中的蜂鳴器報(bào)警提示。

圖7 汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)實(shí)物

最左側(cè)的按鍵可使距離報(bào)警值減10 mm，中間的按鍵可使報(bào)警值加10 mm。在更改報(bào)警值后可以再次進(jìn)行超聲波測(cè)距測(cè)試。當(dāng)按到最右邊的按鍵后，系統(tǒng)切換到防盜模式。切換成功后，LCD1602液晶屏左上角會(huì)顯示“FD”字符。這時(shí)，如果紅外熱釋電感應(yīng)模塊檢測(cè)到系統(tǒng)附近有人，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警。該模塊按固定周期進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)檢測(cè)到附近無(wú)人時(shí)，蜂鳴器無(wú)反應(yīng)。

6 結(jié) 語(yǔ)

汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本達(dá)到預(yù)期的功能要求，通過(guò)測(cè)試，超聲波測(cè)距模塊工作正常，能夠準(zhǔn)確測(cè)量汽車(chē)與障礙物間的距離，并在屏幕上清晰顯示；人體紅外感應(yīng)模塊可正常感應(yīng)附近是否有人；蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)可以及時(shí)報(bào)警；按鍵和屏幕顯示功能可以正常使用，左側(cè)2個(gè)按鍵可以調(diào)節(jié)超聲波測(cè)距時(shí)的報(bào)警值，最右側(cè)的按鍵可以使系統(tǒng)切換到防盜模式；汽車(chē)防撞防盜系統(tǒng)的電源正常，可使該系統(tǒng)正常上電。