黃岳勁，劉忠富，董玉華

(大連民族大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，遼寧 大連 116600)

0 引言

如今基本每個(gè)家庭都擁有自己私家車，由于種種原因，交通事故越來(lái)越頻繁。有些人多的地方如果發(fā)生車禍，周圍人可以進(jìn)行報(bào)警，交警醫(yī)生們會(huì)盡早的來(lái)到事發(fā)地點(diǎn)實(shí)施救援，但是，當(dāng)車禍發(fā)生在比較偏僻以及人煙稀少的地區(qū)，沒(méi)人進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)有人發(fā)現(xiàn)的時(shí)候可能因?yàn)閬?lái)不及救援車主已經(jīng)命喪車禍現(xiàn)場(chǎng)了[1]。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車禍遠(yuǎn)程監(jiān)控以及自動(dòng)報(bào)警，系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)車禍報(bào)警的基本功能。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是基于STM32單片機(jī)技術(shù)，結(jié)合GPS系統(tǒng)、GSM通信和傳感器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能:1)能夠精確判斷車輛是正常行駛還是發(fā)生交通事故。2)能夠精確定位出事故地點(diǎn)。3)能夠通過(guò)短信發(fā)送出GPS定位數(shù)據(jù)。4)結(jié)合云技術(shù)ONENET平臺(tái)能夠把數(shù)據(jù)上傳進(jìn)去且定位數(shù)據(jù)能從平臺(tái)內(nèi)找到。

圖1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分包括GPS連接電路、GSM/GPRS連接電路、加速度傳感器模塊、振動(dòng)傳感器模塊、系統(tǒng)電源模塊電路以及調(diào)試模塊。

2.1 主控電路

主控芯片的選擇有兩種方案,包括STC89C52和STM32 F103ZET6。本文所采用的芯片是由意大利半導(dǎo)體公司基于ARM公司的CORTEX-M公司生產(chǎn)的STM32 F103ZET6TM32微控制器。它是意大利半導(dǎo)體公司以ARM公司的Cortex-M為核心生產(chǎn)的。它的內(nèi)部資源(寄存器和外部功能)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)8051、AVR和PIC。基本上接近計(jì)算機(jī)的cpu，因此STM 32比STC 89C52更強(qiáng)大，也更加適合調(diào)試[2]。對(duì)于本文來(lái)說(shuō)，起最主要的特點(diǎn)是具有超高速的四個(gè)串口分別連接GSM、GPS以及超聲波。而STC89C52則只有一個(gè)串口可供使用。所以，STM32系列單片機(jī)無(wú)疑是最好的選擇。

2.2 GSM電路

系統(tǒng)的傳輸采用GSM模塊,GSM模塊采用ALIENTEK引入的高性能GSM模塊ATK-SIM86E。SIM86E支持RS232串口,支持5V-24V工作范圍,并提供語(yǔ)音、短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能[3]。可通過(guò)AT命令控制。GSM電路圖如圖2所示。

圖2 GSM電路

2.3 加速度傳感器

由于系統(tǒng)用于高速移動(dòng)的物體，加速度傳感器可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)移動(dòng)物體的加速度，為系統(tǒng)最終確定物體狀態(tài)提供重要依據(jù)，因此它是信息采集中非常重要的傳感器。當(dāng)我們想要計(jì)算車輛的加速度值的時(shí)候，通常通過(guò)車輛的百里加速時(shí)間來(lái)計(jì)算[4-5]。例如，家用車百里加速的平均時(shí)間為10 s～15 s。假設(shè)汽車在行駛過(guò)程中做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的正常范圍為0.19 g～0.28 g。當(dāng)汽車受到?jīng)_擊而由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o態(tài)時(shí),汽車的速度在很短的時(shí)間內(nèi)變?yōu)榱?相應(yīng)的加速度值將相對(duì)較大，通過(guò)計(jì)算并查閱相關(guān)數(shù)據(jù)后，我們將加速度報(bào)警閾值設(shè)置為3 g。

基于以上所述，系統(tǒng)最終選擇使用數(shù)字3軸加速度計(jì)ADXL345。ADXL345傳感器是具有內(nèi)部可移動(dòng)部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這些可移動(dòng)部件對(duì)它們接收的脈沖非常敏感,并且能夠很好地檢測(cè)物體的加速度。ADXL345傳感器是一種多晶硅表面微機(jī)械結(jié)構(gòu),位于晶片頂部，由于采用懸浮在晶圓表面結(jié)構(gòu)上方的加速多晶硅彈簧，因此可提供強(qiáng)度電阻。

ADXL345傳感器的具體接口電路如圖3所示。

圖3 ADXL345 傳感器電路圖

2.4 GPS傳感器

GPS模塊用于確定車輛的實(shí)時(shí)緯度和經(jīng)度信息。 ATK-NEO-6M模塊使用外部增強(qiáng)型天線，搜索和定位功能比沒(méi)有外置天線的功能更強(qiáng)大。該模塊是基于北斗GPS衛(wèi)星所接定位到的經(jīng)緯度信號(hào)，因此可以快速準(zhǔn)確地獲取車禍地點(diǎn)GPS信息。

2.5 震動(dòng)傳感器

當(dāng)汽車被撞擊或被砸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)信號(hào)，震動(dòng)傳感器檢測(cè)到汽車的異常震動(dòng)信息，并通過(guò)SIM868E模塊將該信息發(fā)送出去。讓別人知道車子發(fā)生了車禍。傳感器使用ND-1振動(dòng)傳感器。ND-1傳感器是一種可以檢測(cè)物體振動(dòng)的傳感器。因此,許多報(bào)警裝置使用振動(dòng)傳感器。

ND-1傳感器可在很寬的電壓范圍內(nèi)工作，工作電壓最低為2 V，最大電壓為5 V。當(dāng)檢測(cè)到車子發(fā)生震動(dòng)時(shí)，該傳感器輸出高電平。 ND-1接口的引腳數(shù)少于5個(gè)，易于連接。引腳1接地，引腳2連接到延遲設(shè)置，引腳3連接到數(shù)據(jù)輸出，引腳4連接到靈敏度設(shè)置，引腳5連接到電源的正端。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)采集方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)啟動(dòng)后，初始化硬件設(shè)備，感知層模塊開(kāi)始收集車輛信息，收集分為驅(qū)動(dòng)采集和停車采集兩部分。 如果汽車正在行駛,它收集車輛加速度和振動(dòng)信息。當(dāng)系統(tǒng)確定車輛異常時(shí),STM32主控制器模塊向SIM868 E短消息模塊發(fā)送AT命令。系統(tǒng)采集方案流程圖如圖4所示。

圖4 信息采集流程圖

3.2 收發(fā)短信軟件設(shè)計(jì)

SIM868E模塊連接到STM32ZET6的串口2，并為其供電。 SIM868E模塊通過(guò)STM32。 插入電話卡并上電后，STM32將AT命令集發(fā)送給GSM模塊，檢查是否正常。 GSM模塊運(yùn)作流程圖如圖5所示。

圖5 收發(fā)短信流程圖

3.3 主程序設(shè)計(jì)

STM32F103ZET6做初始化后，等待采集回來(lái)的信息的信息。 主程序正在等待(使用while循環(huán))，等待任何可能的輸入，然后做出判斷，然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?系統(tǒng)的主程序流程圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)的控制層總體流程

4 結(jié)束語(yǔ)

在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在閱讀和查詢一定數(shù)量的文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了系統(tǒng)軟硬件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了微處理器，加速度傳感器，振動(dòng)傳感器，GPS定位模塊和GSM模塊的選擇和設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)的初始階段，每個(gè)傳感器都不知道如何使用它。之后，通過(guò)查詢信息以尋求老師和同學(xué)的幫助，并了解每個(gè)傳感器的使用和注意事項(xiàng)。軟件部分的設(shè)計(jì)主要是對(duì)每個(gè)子模塊的編程。首先,對(duì)每個(gè)子模塊程序進(jìn)行修改和編譯,使子模塊在連接到STM32開(kāi)發(fā)板后能夠正常工作。最后,把各個(gè)模塊的程序進(jìn)行合并。

在設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟硬件后，測(cè)試了系統(tǒng)各模塊的應(yīng)用功能。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)的功能基本滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，使車輛更加智能和方便，從而提高了人們的出行質(zhì)量。