韋依

(東北林業(yè)大學 交通學院,黑龍江 哈爾濱150040)

1 概述

隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展,越來越多的家庭擁有了汽車,隨之而來的由于汽車而帶來的“麻煩事”卻也在不斷地增多,有關(guān)調(diào)查研究表明,有10%的司機曾經(jīng)將汽車鑰匙丟失或者將汽車鑰匙鎖在車內(nèi)而無法進入車內(nèi),這種情況發(fā)生之后,無論是電話聯(lián)系4S 店或者是利用開鎖公司進行開鎖,都會耽誤大量的時間,同時也會造成金錢上的損失。而無鑰匙進入也在此時沒有真正實現(xiàn)真正的無鑰匙進入,必須依賴于車鑰匙才能夠進入到汽車內(nèi)。在夏天的時候,汽車停在室外環(huán)境中,經(jīng)過太陽的暴曬,車內(nèi)溫度會達到40-60 攝氏度,當司乘人員進入車內(nèi)時,會感到明顯的燥熱,車內(nèi)的溫度短時間內(nèi)無法快速降下來,給司乘人員帶來了極不舒適的體驗；同樣的,在冬天的時候,汽車內(nèi)的溫度比較低,發(fā)動機的溫度無法快速上升,空調(diào)溫度也將不會快速上升,也會給司乘帶來比較差的體驗。以這三個問題為出發(fā)點,本系統(tǒng)利用單片機、藍牙、通信模塊等,構(gòu)建一個基于單片機藍牙的智能車門鎖系統(tǒng)。車主可以利用手機藍牙和本系統(tǒng)的車載藍牙模塊進行綁定識別,還可以利用手機藍牙來控制車門鎖的開啟與鎖定,同時,又可以與車載電腦相連,通過手機給汽車發(fā)送控制指令,啟動車輛,根據(jù)汽車內(nèi)的溫度高低,決定是否開閉空調(diào)來使車內(nèi)溫度達到適宜的溫度[1]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 藍牙模塊設(shè)計。本系統(tǒng)采用DFROBOT-BluetoothV3 藍牙串口模塊,DF-BluetoothV3 藍牙模塊采用獨特雙層板設(shè)計,即美觀又防止靜電損壞模塊,設(shè)計2 個電源輸入口,寬電壓供電(3.5V～8V)和3.3V 供電,可適用于各種場合。STATE 和LINK 指示燈清晰明亮,用于顯示模塊工作狀態(tài)和連接狀態(tài)。STATE 狀態(tài):搜索狀態(tài)(指示燈以2.9Hz 頻率閃爍) 連接狀態(tài)(指示燈以0.5Hz 頻率閃爍),LINK 狀態(tài)(配對后常亮)。自帶高效板載天線,信號質(zhì)量好發(fā)射距離更遠,透明串口,可與各種藍牙適配器、藍牙手機配對使用,人性化的設(shè)計為二次開發(fā)提供便利,撥碼開關(guān)可設(shè)置模塊狀態(tài),LED Off 可關(guān)閉LINK 燈進入省電模式,AT Mode可使模塊進入AT 指令模式,通過AT 指令可以修改波特率和主從機模式,2 個藍牙模塊就可以自由配對進行數(shù)據(jù)傳輸,非常適用于2 個單片機之間的數(shù)據(jù)通訊。藍牙模塊的的正極接在單片機的VCC 接口上,負極接在單片機的GND 接口上[2],數(shù)據(jù)段接在IO 口上,進行數(shù)據(jù)傳輸。藍牙模塊的初始密碼設(shè)為1234,當車主用手機連接上藍牙模塊后,可以在手機上重置此藍牙模塊的密碼,避免他人惡意連接。當車主重置藍牙密碼之后,當車主的手機藍牙打開且位于車輛50 米范圍之內(nèi)(無遮擋和其他信號干擾的情況下),手機藍牙可以與本系統(tǒng)的藍牙模塊自動進行連接,避免了重復連接的麻煩。在藍牙連接上之后,車主可以在手機上操作,在軟件上點擊相應(yīng)的按鈕即可控制車輛完成相應(yīng)的動作。點擊開鎖按鈕,即可實現(xiàn)汽車的解鎖[3],點擊鎖定按鈕,可以實現(xiàn)汽車的落鎖,點擊開啟空調(diào)按鈕,啟動車輛之后,點擊開啟空調(diào),選擇冷暖風模式,即可實現(xiàn)空調(diào)的自動開啟。

2.2 CAN 通信模塊的設(shè)計。CAN 總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)的主要協(xié)議,CAN 總線協(xié)議來進行汽車車載電腦和車載元件之間的通信。單片機不能直接與汽車的車門鎖模塊等進行通信,必須借助于CAN 模塊。目前,汽車中的網(wǎng)絡(luò)連接主要采用兩條CAN 總線,一條是驅(qū)動系統(tǒng)的高速CAN 總線,速率達500kb/s,另一條是車身系統(tǒng)的低速CAN 總線,速率是100kb/s[4]。車身系統(tǒng)的CAN 主要連接對象是4 門以上的中控門鎖、電動車窗、后視鏡和車廂內(nèi)照明燈等。有些先進的轎車除了上述2 條CAN 總線外,還會有第3 條CAN 總線,它的主要連接對象是衛(wèi)星導航及智能通信系統(tǒng)。汽車的車身系統(tǒng)網(wǎng)格圖如圖1 所示。

圖1 車身系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

本系統(tǒng)采用威特智能TTL-CAN 通信模塊,產(chǎn)品的主要參數(shù)如表1 所示。通過CAN 模塊,將單片機的信號進行轉(zhuǎn)換,來控制圖一中的空調(diào)節(jié)點來調(diào)節(jié)空調(diào)[5],控制圖1 中的主控節(jié)點,來進行開啟、鎖定車門和啟動汽車的工作。該模塊可以進行數(shù)據(jù)雙向緩存,CAN 轉(zhuǎn)TTL 串口: 擁有2K 字節(jié)緩存;TTL 串口轉(zhuǎn)CAN: 50 包數(shù)據(jù)緩存,數(shù)據(jù)緩存相當于一個大水池,在出口數(shù)據(jù)量小于入口數(shù)據(jù)。量時,數(shù)據(jù)存起來,再慢慢發(fā)送出去,避免數(shù)據(jù)丟包。由此可以通過CAN 總線準確穩(wěn)定地獲取汽車的其他元器件的工作狀態(tài),為之后的功能擴展留出了接口。

表1 TTL-CAN 模塊參數(shù)

2.3 供電電源設(shè)計。在本系統(tǒng)中,單片機、TTL-CAN 模塊、藍牙模塊、使用的均為5V 直流電,而現(xiàn)在汽車上使用的大多數(shù)是12V 的直流電,因此需要將12V 的直流電轉(zhuǎn)換成5V 的交流電進行使用。

LM2576 是一款常用的降壓型開關(guān)電源穩(wěn)壓IC, 其最高輸入電壓為40V, 輸出電壓分固定版和可調(diào)版兩種,這里選用LM2576T-5.0V 版本, 其輸出為5V 的固定電壓,輸出電流可達3A。由于LM2576 內(nèi)部調(diào)整管工作于開關(guān)狀態(tài),故大電流輸出時,LM2576 發(fā)熱要比LM7805 小得多。

圖2 電路輸入為12V 直流,輸出為5V 的穩(wěn)定電壓。12V 接口可以接在汽車的常火線上,避免由于汽車熄火關(guān)閉開關(guān)之后沒有電源供給的情況。+5V 電源端與單片機VCC 相連,為單片機和其他元器件提供穩(wěn)定的5V 直流電源,保證系統(tǒng)各個元器件都能夠正常工作。設(shè)計的12V 直流電壓轉(zhuǎn)5V 直流電壓的電路圖如圖2 所示[6]。

圖2 LM2576T 12V 直流電轉(zhuǎn)5V 直流電電路圖

3 軟件工作流程

開機后,本系統(tǒng)進行初始化,藍牙模塊處于待連接狀態(tài),LINK 指示燈熄滅,STATE 狀態(tài)指示燈以2.9Hz 頻率閃爍。此時單片機從CAN 總線獲取到車輛的狀態(tài),包括汽車車門鎖的狀態(tài)、汽車的發(fā)動機啟動狀態(tài)、空調(diào)啟動狀態(tài)等。當有設(shè)備嘗試與本車藍牙進行配對時,藍牙模塊首先會進行密碼驗證、密碼驗證通過之后,在手機軟件界面會出現(xiàn)開鎖、落鎖、啟動空調(diào)、關(guān)閉空調(diào)等選項按鈕。當車主按下開鎖按鈕后,如果車門鎖已經(jīng)處于開啟狀態(tài),則軟件會直接提示,車門鎖已經(jīng)開啟；如果車門鎖處于關(guān)閉狀態(tài),則單片機會控制車門鎖進行開啟,并提示用戶車門鎖已經(jīng)開啟。同理,車門落鎖的邏輯流程亦然。當車主選擇開啟空調(diào)按鈕之后,可以設(shè)定進行制冷或者是進行制熱,然后設(shè)定具體的溫度參數(shù)。單片機中央處理器通過CAN 總線啟動車輛和空調(diào),進行相應(yīng)的制熱制冷動作,連接在單片機上的溫度傳感器會實時獲得車內(nèi)的溫度,當溫度達到設(shè)定的溫度之后,單片機將會控制空調(diào)進行關(guān)閉,如此往復,可以使車內(nèi)溫度維持在車主設(shè)定溫度附近。

4 結(jié)論

通過上述系統(tǒng),可以讓車主使用手機控制汽車的鎖定與開啟,避免了由于汽車鑰匙被鎖在車內(nèi)或者汽車鑰匙丟失而無法進入車內(nèi)所帶來的困擾,幫助車主真正實現(xiàn)了無鑰匙進入,避免車主生活中由于車鑰匙而帶來的諸多用車煩惱。同時可以利用手機遠程提前調(diào)節(jié)汽車空調(diào)的溫度,避免了夏天和冬天司乘進入車內(nèi)時汽車內(nèi)溫度過高或者過低帶來的不舒適的體驗。本系統(tǒng)的改裝成本比較低,系統(tǒng)耗能低,且工作可靠,系統(tǒng)安全性也比較高,有很好的發(fā)展前景。在日益發(fā)展的汽車智能化的潮流中,此系統(tǒng)將會給車主帶來更加便捷和人性化的體驗。