基于單片機的汽車防撞防盜系統的設計與實現

張 蕊，王啟明

（平頂山學院 信息工程學院，河南 平頂山 467000）

0 引 言

隨著我國近年來汽車行業和社會生活的飛速發展，汽車已經逐漸進入越來越多的普通百姓家中。當前我國高速公路上的交通事故數量不斷增長，而很多汽車還未安裝防撞系統裝置。據各類報道及調查顯示，我國一天之內平均有1 850輛汽車被盜，這是一個非常嚴重的社會性問題。

1 研究背景

私家車數量逐年增長，當前交通事故頻發，為駕駛員帶來巨大的安全問題以及財產損失。而車輛被盜案例數量也呈上升趨勢，且市面上大多數汽車未安裝防撞系統，因此開發一款價格低廉、使用簡便的汽車防撞防盜系統很有必要。

2 需求分析

2.1 功能需求分析

將STM32F103C8T6單片機最小系統作為該設計的核心。檢測功能部分由人體紅外傳感器和超聲波測距傳感器完成，用以檢測汽車附近是否有人以及汽車和障礙物間的距離；顯示功能部分通過LCD1602液晶屏幕對汽車防撞防盜系統的參數及系統狀態進行顯示，采用Keil5軟件對單片機板進行燒錄。

2.2 性能需求分析

產品要求易于使用者操作，考慮到該系統是方便司機駕駛的工具，所以設計時必須保證系統的安全性和可靠性。

3 系統設計

系統具有控制模塊、距離檢測、紅外感應、報警提示、液晶顯示等模塊，總體功能模塊如圖1所示。

圖1 系統總體功能模塊

汽車防撞防盜系統中使用的人體紅外感應模塊，它的頻率會在檢測到人體紅外輻射時發生變化，這時電荷逐漸失去平衡，并且向外釋放，之后電路經過檢測和處理即可觸發蜂鳴器報警。如果人體未完全離開傳感器的檢測范圍，那么蜂鳴器的開關持續與傳感器接通；如果人體已經離開并且長時間未在被感應區域里移動，那么開關會自動延時和關閉。LCD1602液晶顯示屏可以顯示檢測到的汽車車距以及該系統目前是否處于防盜模式下，并判斷是否有人。

汽車防撞以及防盜報警控制處理系統的軟硬件部分主要由采用STM32單片機的極小角度控制處理系統、人體紅外感應控制模塊、按鍵控制模塊、蜂鳴器以及報警控制模塊等構成。汽車防撞防盜系統硬件框架如圖2所示。

圖2 汽車防撞防盜系統硬件框架

對主程序執行過程進行分析，并給出軟件執行流程。軟件設計部分需根據系統功能進行代碼編寫，首先編寫主程序代碼，形成功能框架，然后根據各部分功能，分模塊編寫代碼。選用C語言編程，采用Keil5軟件對編寫好的程序進行編譯、鏈接，并生成機器代碼，選擇STM32單片機作為系統處理器。上位機軟件程序流程如圖3所示。

圖3 上位機軟件程序流程

4 系統實現及關鍵技術

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

4.1 顯示模塊的實現

顯示模塊采用LCD1602模塊。該液晶顯示屏通過單片機燒錄的程序進行顯示控制。該模塊為先進的工業字符型號液晶屏，可以分別多次顯示16×2即32個字符。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 距離檢測模塊的實現

距離檢測模塊采用超聲波測距方式，頻率40 kHz以上的機械波具有穿透性強、衰減小、反射能力強等特點，發射器發射一系列連續的脈沖并接收反射波，通過計算時間差得出距離。該系統具有原理簡單、成本低等優點。超聲波定位測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 人體感應模塊的實現

人體感應模塊采用熱釋電紅外傳感器，這是一種能檢測人或動物發射的紅外線而輸出電信號的傳感器。利用紅外模塊檢測人與汽車間的距離，當檢測到人體距離紅外探頭過近時，開啟蜂鳴器提醒，降低車輛被盜風險。人體紅外感應程序流程如圖6所示。

圖6 人體紅外感應程序流程

5 系統測試

該汽車防撞防盜系統制作完成后，測試必不可少。通過測試改進系統，從而保證汽車防撞防盜系統的安全性和可靠性。系統測試包括硬件測試、軟件測試以及軟件硬件聯合調試。

軟件測試需選用Keil5編程并燒錄。硬件和軟件測試完成后，進行軟硬件聯調。測試時，先接通該系統的電源，打開開關。確保上電后，設置超聲波測距的參數值。由圖7可知，測距報警值為300 mm，在超聲波測距模塊前放置障礙物，此時測得的距離為418 mm。因為超過了所設置的報警值，所以系統中的蜂鳴器報警提示。

圖7 汽車防撞防盜系統實物

最左側的按鍵可使距離報警值減10 mm，中間的按鍵可使報警值加10 mm。在更改報警值后可以再次進行超聲波測距測試。當按到最右邊的按鍵后，系統切換到防盜模式。切換成功后，LCD1602液晶屏左上角會顯示“FD”字符。這時，如果紅外熱釋電感應模塊檢測到系統附近有人，蜂鳴器會發出報警。該模塊按固定周期進行測試，當檢測到附近無人時，蜂鳴器無反應。

6 結 語

汽車防撞防盜系統的設計基本達到預期的功能要求，通過測試，超聲波測距模塊工作正常，能夠準確測量汽車與障礙物間的距離，并在屏幕上清晰顯示；人體紅外感應模塊可正常感應附近是否有人；蜂鳴器報警系統可以及時報警；按鍵和屏幕顯示功能可以正常使用，左側2個按鍵可以調節超聲波測距時的報警值，最右側的按鍵可以使系統切換到防盜模式；汽車防撞防盜系統的電源正常，可使該系統正常上電。