西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 張歆彤

1.引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，汽車全方位的報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)逐漸成為衡量汽車價(jià)值的重要因素。在以后的發(fā)展過程中，各大汽車制造商將會(huì)在汽車全方位報(bào)警系統(tǒng)方面投入大量資金?；赟TM32單片機(jī)的汽車報(bào)警系統(tǒng)方便駕駛員及時(shí)了解汽車內(nèi)部故障，在行駛過程中及時(shí)避開障礙物并且在汽車被盜時(shí)能立即報(bào)警并通知車主，實(shí)時(shí)鎖定汽車的位置。

2.STM32單片機(jī)的簡(jiǎn)介

STM32單片機(jī)是一款以ARM為核的微處理器單片機(jī)，其內(nèi)核是高檔的ARM Cor-tex-M3體系結(jié)構(gòu)。STM32系列單片機(jī)所包含的微處理器較多，既包含高性能外圍復(fù)雜的芯片，也包含高性能小封裝的芯片。STM32系列的軟件編程方法有寄存器法和函數(shù)庫法兩種，其中寄存器法是學(xué)習(xí)使用微處理器的寄存器，通過對(duì)其相應(yīng)的寄存器進(jìn)行操作從而實(shí)現(xiàn)編程；函數(shù)庫法是通過生產(chǎn)廠家提供的函數(shù)庫進(jìn)行編程，不需要對(duì)各寄存器進(jìn)行操作。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，普遍使用寄存器編程方法，這是一種底層的、與硬件相關(guān)的方法。STM32具有體積小、耗電低、接口豐富、存儲(chǔ)器容量大、運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)。

3.系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能

首先，作為汽車的報(bào)警系統(tǒng)最基本的功能就是汽車被盜時(shí)能迅速做出反應(yīng)發(fā)出警報(bào)，車主的移動(dòng)手機(jī)通過無線模塊與汽車相連，能夠與汽車進(jìn)行通信并實(shí)時(shí)鎖定汽車位置，當(dāng)報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到車狀態(tài)異常時(shí)，迅速通過無線模塊向車主的手機(jī)發(fā)出求救信號(hào)，使車主的手機(jī)發(fā)出聲音以提醒車主。然后，該報(bào)警系統(tǒng)還有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)的功能，當(dāng)檢測(cè)到內(nèi)部故障時(shí)，汽車發(fā)出報(bào)警信號(hào)并將故障位置以文字形式通過無線傳輸模塊傳輸?shù)杰囍魇謾C(jī)上。最后，該報(bào)警系統(tǒng)還有自動(dòng)避障功能，無論汽車處于前進(jìn)狀態(tài)還是倒車狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到距車頭部或車尾部一定范圍內(nèi)有障礙物是，檢測(cè)模塊迅速將信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部，單片機(jī)經(jīng)過信息處理后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)模塊使汽車立即停車。

4.硬件設(shè)計(jì)

4.1 總體設(shè)計(jì)

該報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)包括六個(gè)模塊，分別為：主控模塊（STM32芯片）、電源模塊、檢測(cè)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、無線模塊、報(bào)警模塊（蜂鳴器）。該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

4.2 主控模塊

本系統(tǒng)的主控芯片采用STM32，主控模塊的作用為對(duì)檢測(cè)模塊返回的信息進(jìn)行分析處理，然后控制驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警模塊做出相應(yīng)的反應(yīng)，或者將檢測(cè)信息通過無線模塊傳輸給車主。主控模塊為整個(gè)系統(tǒng)的核心，其芯片STM32的引腳圖如圖2所示。

圖2 STM32引腳圖

4.3 檢測(cè)模塊

檢測(cè)模塊采用紅外傳感器，當(dāng)汽車啟動(dòng)后，檢測(cè)模塊也隨之啟動(dòng)，紅外傳感器不斷探測(cè)車身周圍有無障礙物，并將檢測(cè)到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理。其工作原理如圖3所示，相當(dāng)于把紅外線發(fā)射器和接收器同時(shí)裝入同一個(gè)裝置里，在發(fā)射器的前面放一塊反光板，利用光的反射原理完成光電控制作用。

圖3 檢測(cè)模塊原理圖

4.4 驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)模塊采用伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)能夠把輸入的信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸的角速度或角位移輸出，并且轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速隨信號(hào)電壓的大小和方向而變化。使用伺服電動(dòng)機(jī)便于單片機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊的控制。

4.5 報(bào)警模塊

本模塊采用不同規(guī)格的蜂鳴器進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)不同狀況時(shí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)蜂鳴器發(fā)出不同的蜂鳴聲，從而區(qū)分出不同的報(bào)警類型。

4.6 無線模塊

無線模塊使用NRF2401無線模塊接口進(jìn)行配置，通過該無線模塊與手機(jī)相連，汽車的狀態(tài)信息可以通過該模塊實(shí)時(shí)傳輸?shù)绞謾C(jī)中進(jìn)行顯示。NRF2401無線模塊原理圖如圖4所示。

圖4 NRF2401無線模塊原理圖

5.軟件設(shè)計(jì)

汽車報(bào)警系統(tǒng)是以STM32為核心，多個(gè)模塊集合而成的系統(tǒng)，因此利用模塊化方式對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，程序采用C語言編寫，主要包含主控制程序、檢測(cè)程序、驅(qū)動(dòng)程序、無線傳輸程序等。系統(tǒng)通電后首先進(jìn)行初始化，然后檢測(cè)模塊開始進(jìn)行信息檢測(cè)并將信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)分析完畢后，若判斷狀態(tài)異常則調(diào)用相應(yīng)子程序驅(qū)動(dòng)模塊做出反應(yīng)；若判斷狀態(tài)正常則返回重新檢測(cè)。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，不斷的重復(fù)上述過程，從而保證汽車處于穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

6.結(jié)束語

本文提出了基于STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)汽車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主控模塊、電源模塊、檢測(cè)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、無線模塊、報(bào)警模塊配合組成了一個(gè)多功能汽車報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以有效地保證汽車內(nèi)部設(shè)備處于正常狀態(tài)同時(shí)還具有防盜、自動(dòng)避障的功能，如果將本理論設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合起來，將會(huì)促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。