基于STM32的車輛遠程預警系統設計

吳學富， 劉忠富

(大連民族大學 信息與通信工程學院， 遼寧 大連 116600)

引言

近些年來，根據統計部門數據顯示，中國已是全球汽車產銷大國之一。汽車產業的迅速發展也帶動了相關配套產業的蓬勃興起與增長態勢。汽車逐漸由單一的代步功能向多功能、智慧化的方向邁進，以便給人們提供更加舒適的出行體驗。可以預見，這個行業必將具有廣闊的市場前景和研究價值。以此為開發背景下研究推出一套安全、有效的汽車遠程預警系統便顯得尤為關鍵與重要。

1 系統方案設計

本文著重提出的系統方案設計包括主控部分、環境參數采集部分、無線傳輸部分和人機交互部分。其中，環境參數采集部分就是通過各種傳感器來測量室內的溫濕度、二氧化碳濃度等環境參數。人機交互部分是在手機端可通過安卓手機助手軟件利用GSM模塊與主控部分進行無線通信以實現車輛與外界環境的遠程傳輸，系統做出的響應則是通過點選繼電器的開關，繼電器可以開斷各種車用電器，進而控制車內環境。系統總體框圖如圖1所示。

圖1 系統硬件框圖Fig. 1 Hardware block diagram of system

2 系統硬件電路設計

2.1 單片機最小系統電路

STM32單片機在最小系統上與51單片機有一定的區別。具體來說，51單片機需要外部時鐘提供時鐘源，但是STM32單片機嵌有內部的時鐘源，在某些對時鐘精度要求寬泛的場合，就可以只用內部時鐘源。這樣在硬件資源上就節約了開銷成本，而且STM32單片機完全實現低功耗。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。在運行速度上，STM32單片機一次性處理的是32 bit，51單片機卻是8 bit，所以速度上要顯著勝過后者。STM32單片機的最小系統如圖2所示。

圖2 STM32最小系統電路圖Fig. 2 STM32 minimum system circuit diagram

單片機工作的最低條件就是搭建好屬于自己的最小系統，最小系統主要包含電源、復位、時鐘、下載電路、啟動模式。本次研究系統選擇STM32作為該系統的主要CPU，主要是因為該芯片在處理數據時速度更快。這里選用的芯片類型是STM32F103X6，而其屬于增強型。

2.2 溫濕度檢測電路

溫濕度測量模塊采用的是數字傳感器DHT11。該傳感器與單片機之間的通信為單總線協議，且只有一個數據端口與單片機的管腳相連，在數據端口與單片機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行監測，由此即可為系統最終判定物體的實際狀態提供重要依據，本系統最終選擇采取數字三軸加速度傳感器ADXL345。該傳感器為機械結構，內部有可移動的部件，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構，置于晶圓頂部，由于應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或意外沖擊產生的動態加速度量值。電路設計即如圖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

本系統采用GSM模塊與手機端進行遠程無線通信。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發送AT控制指令。GSM模塊的功能強大，可以實現GPRS定位，向用戶撥打或者接聽電話、發送短信，還能支持設定上網功能。

3 系統軟件設計

3.1 數據采集

數據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模塊構成，系統依次讀取各個模塊端測量采集的數據，并將其存入數組中，再通過串口一將數據發送至中控端，由系統判定一組數據接收完畢則結束。整體設計流程如圖5所示。

3.2 數據發送

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

圖5 數據采集流程框圖Fig. 5 Flow chart of data acquisition

圖6 數據發送流程框圖Fig. 6 Flow chart of data sending

4 結束語

本文通過對車輛預警系統的現狀以及當下對車輛預警系統現實需求的探討分析，對車輛遠程預警系統研發展開了總體設計。本次設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，控制整個系統運行；此外輔助以顯示電路，在各模塊的配合下，最終實現了車輛預警系統的智能化功能研發效果。

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