基于STM32單片機(jī)控制的多傳感器集成的汽車無(wú)盲區(qū)導(dǎo)航儀

楊俊杰 解鵬飛 張芝玲 李偉豪 王寧 冉春秋 汪語(yǔ)哲

摘 要： 論文給出了一款汽車無(wú)盲區(qū)導(dǎo)航儀的設(shè)計(jì)和制作方案。采用STM32單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)OV7670攝像頭、GPS定位模塊、溫濕度傳感器、SD卡、TFT彩屏等外設(shè)元件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和顯示功能。單片機(jī)通過(guò)串口接收位置信息，中斷接收?qǐng)D像與溫濕度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡中，驅(qū)動(dòng)TFT顯示屏顯示，用WiFi上傳到監(jiān)控中心，保障了該款無(wú)盲區(qū)導(dǎo)航儀在汽車行駛過(guò)程中的安全性與舒適性。

關(guān)鍵詞： STM32單片機(jī)；傳感器；汽車盲區(qū)： 導(dǎo)航儀

Abstract：The paper proposes a design and manufacturing plan of the integrated car navigation system without blind area using single chip microcomputer. In the research STM32 microcontroller is used as the control center OV7670 camera GPS positioning module temperature and humidity sensors，SD card，TFT color display are used as data acquisition data storage and display.Location information is obtained through the serial port by SMC images and temperature and humidity data are received through interrupt. Moreover Using TFT for display data is first stored to the SD card and then uploaded to the monitoring center with WiFi which could guarantee the safety and comfort of vehicle during the driving.

Key words： STM32 microcontroller；sensor；car blind area；navigation machine

引言

隨著家用汽車的推廣普及，人們對(duì)于汽車駕駛過(guò)程中安全性能的要求也日趨突出。中國(guó)每年發(fā)生的交通事故中，因汽車盲區(qū)造成的事故數(shù)量也已呈現(xiàn)走高態(tài)勢(shì)，對(duì)該問(wèn)題開(kāi)展研究具有重要意義。

汽車盲區(qū)的問(wèn)題一直是汽車安全界的熱點(diǎn)內(nèi)容之一，若從汽車結(jié)構(gòu)或制作工藝等方面提供改進(jìn)，只能部分減少盲區(qū)問(wèn)題。為了進(jìn)一步提高存在盲區(qū)時(shí)的運(yùn)行安全性，本文以32位的STM32F103ZET6單片機(jī)作為控制核心，低成本TFT-LCD作為圖像顯示器，同時(shí)采用了WiFi、GPS、溫濕度傳感器和OV7670等傳感器模塊作為外設(shè)，研發(fā)設(shè)計(jì)了一套無(wú)盲區(qū)導(dǎo)航儀[1-2]。該套產(chǎn)品以相對(duì)低廉的成本實(shí)現(xiàn)了無(wú)盲區(qū)導(dǎo)航基本功能，易于此后廣闊范圍內(nèi)的發(fā)展與應(yīng)用。

1 總體設(shè)計(jì)

在硬件方面，通過(guò)綜合考慮無(wú)盲區(qū)導(dǎo)航儀的功能和產(chǎn)品成本，研究選用了STM32F103ZET6為核心控制器，通過(guò)控制OV7670攝像頭、GPS定位模塊、溫濕度傳感器來(lái)展開(kāi)對(duì)汽車位置與周邊環(huán)境的檢測(cè)，并通過(guò)WiFi上傳監(jiān)控中心、SD卡存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、3.5寸顯示屏直觀瀏覽位置、路況與溫濕度等信息。在軟件部分，具體可以分為：主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊、液晶驅(qū)動(dòng)模塊等。本文研究系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能分析

2.1 主控芯片選型及處理

選用STM32F103ZET6作為主控芯片，重點(diǎn)基于如下內(nèi)容分析：

（1）在存儲(chǔ)圖像時(shí)，要求單片機(jī)能夠提供充足的程序存儲(chǔ)器和RAM空間，并且LCD液晶顯示屏與攝像頭模塊都將占用更多的單片機(jī)引腳資源，而性能普通的STM32F103單片機(jī)將無(wú)法滿足需求。

（2）單片機(jī)在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，需要先將二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，再存儲(chǔ)到SD卡中，然后使用WiFi上傳，需要較快的處理速度[3]。由于本次設(shè)計(jì)與制作時(shí)間較短、難度較大，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性選用了設(shè)計(jì)成型的開(kāi)發(fā)板和模塊。

2.2 OV7670攝像頭

攝像頭采用OV7670模塊，并具有高靈敏度和良好集成性，支持多種RGB輸出格式，以及圖像縮放等特點(diǎn)。該款攝像頭還可以進(jìn)行自動(dòng)曝光控制，自動(dòng)增益等設(shè)置。有效像素為30 W，能夠滿足項(xiàng)目需求。

2.3 溫濕度傳感器

數(shù)字溫濕度傳感器為DHT11。與同類產(chǎn)品相比，充分體現(xiàn)了超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高、單引腳通信、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在車內(nèi)外分布多個(gè)溫濕度傳感器，將每個(gè)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，使測(cè)量結(jié)果更為精確。

2.4 GPS定位模塊

導(dǎo)航過(guò)程中，汽車的位置信息由ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模塊實(shí)時(shí)采集。該模塊設(shè)有167個(gè)通道，靈敏度-165 dBm，輸出頻率20 Hz。同時(shí)還進(jìn)一步設(shè)計(jì)融合了可將配置存儲(chǔ)到內(nèi)部Flash，自帶可充電后備電池，以及具備了支持熱啟動(dòng)和快速定位等眾多優(yōu)點(diǎn)[4-5]。

2.5 WiFi模塊

研究采用ESP8266WiFi無(wú)線收發(fā)模塊來(lái)上傳數(shù)據(jù)，該模塊價(jià)格低廉，選配有功能強(qiáng)大的內(nèi)部跑LWIP協(xié)議，支持多種模式，AT指令完善簡(jiǎn)潔，大大降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的難度。

2.6 SD卡

SD卡是一種基于半導(dǎo)體Flash的新一代記憶設(shè)備，對(duì)其性能優(yōu)勢(shì)可闡釋為：極大的移動(dòng)靈活性，極大的存儲(chǔ)容量，極高的傳輸速率和很好的安全性。利用SD卡將OV7670采集到的圖像存儲(chǔ)下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)記錄功能。

2.7 TFT彩屏顯示

彩屏模塊控制芯片為NT35310，屏幕大小為3.5寸，分辨率為480*320，16位顏色深度，色彩還原度好。控制接口為16位8080并口，SPI觸摸屏接口。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 程序的總體設(shè)計(jì)

通過(guò)傳感器采集數(shù)據(jù)，采用3.5寸液晶顯示屏繪制顯示，WiFi上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比分析[6]。程序總體設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

3.2 數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計(jì)

通過(guò)給溫濕度傳感器發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，等待反饋，如果反饋超時(shí)，則重新發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。如果接收正常，則將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)對(duì)比分析，驗(yàn)證數(shù)據(jù)無(wú)誤，則保留數(shù)據(jù)。通過(guò)串口向GPS模塊發(fā)送各種請(qǐng)求定位等信息，并將接收到的各種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取解析，從而得到當(dāng)前的位置信息。等待攝像頭幀中斷，進(jìn)入中斷后讀取攝像頭采集到指定點(diǎn)的RGB數(shù)據(jù)，整合后存入SD卡中，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示屏給出結(jié)果展示。數(shù)據(jù)采集程序流程設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.3 液晶顯示子程序設(shè)計(jì)

將采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理后通過(guò)時(shí)鐘線與LCD的并行接口發(fā)送給顯示屏生成效果展示。[22]這些液晶顯示屏只要通過(guò)設(shè)置關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制線，以一定的時(shí)序發(fā)送對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)與控制命令，就可以方便地轉(zhuǎn)入日常操作使用。圖像顯示的步驟流程如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

論文給出了一種以STM32單片機(jī)為核心的汽車無(wú)盲區(qū)導(dǎo)航儀的設(shè)計(jì)制作方案，實(shí)現(xiàn)了盲區(qū)圖像，溫濕度與位置信息的顯示與上傳，產(chǎn)品以相對(duì)低廉的成本提供了目前主流盲區(qū)導(dǎo)航儀的基本功能，有利于產(chǎn)品上市后的推廣與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚本忠，陽(yáng)小良. 汽車車身構(gòu)造與修復(fù)圖解教程[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2] 廖術(shù)娟. 基于電子透明理念的A柱盲區(qū)消除系統(tǒng)研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2014.

[3] 張洋，劉軍，嚴(yán)漢宇. 原子教你玩STM32[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

[4] 孫洪亮. 基于FPGA的GPS芯片驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)研究[D]. 長(zhǎng)春：長(zhǎng)春理工大學(xué)，2009.

[5] 張波. 基于ARM的GPS接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D]. 天津：河北工業(yè)大學(xué)，2011.

[6] 譚浩強(qiáng). C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M]. 2版. 北京：清華大學(xué)出版社，2008.