基于STM32的車輛安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

緒論1.1論文的背景與意義時(shí)代在發(fā)展，社會(huì)在進(jìn)步。機(jī)動(dòng)車的擁有數(shù)量也在持續(xù)上升，機(jī)動(dòng)車在為我們的日常生活帶來方便的同時(shí)，也隨之增加了其所帶來的安全隱患。在國(guó)外，對(duì)車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)的研究和開發(fā)已經(jīng)有幾十年的歷史，建立了較為完善的車輛安全監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)化體系。近年來，我國(guó)在汽車安全技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)品的研究與開發(fā)方面也取得了很大的進(jìn)步。例如由湖南大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)等高校和湖南亮財(cái)汽車安全科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的“汽車防撞保護(hù)系統(tǒng)-AAPS"，不僅具有原創(chuàng)性自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而且填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外汽車安全產(chǎn)品的空白。但是當(dāng)車輛發(fā)生碰撞后，不能及時(shí)得到處理仍是當(dāng)今規(guī)范安全監(jiān)測(cè)方面的一大難點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，司機(jī)因疲勞駕駛、不規(guī)范動(dòng)作駕駛以及飲酒駕駛所造成的道路安全交通事故在所有安全事故中的比重甚至達(dá)到了20%，并且在出現(xiàn)死亡的交通事故的原因排名中卻位列第一。故對(duì)駕駛機(jī)動(dòng)車的駕駛?cè)藛T的駕駛狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督可有效的監(jiān)督駕駛員的駕駛行為，對(duì)于降低交通事故及人員死亡率，保護(hù)人身生命安全及財(cái)產(chǎn)，創(chuàng)建和諧社會(huì)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2論文的主要工作本設(shè)計(jì)是基于STM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研制。通過STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用顏色傳感器識(shí)別紅綠燈顏色，并由語言模塊做出溫馨的語音提示，通過超聲波傳感器檢測(cè)與前方車輛以及其他障礙物的距離，當(dāng)距離較近時(shí)，同樣會(huì)給出語音提示，通過壓力傳感器檢測(cè)車輛是否發(fā)生碰撞，當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，在ESP8266WIFI模塊與手機(jī)鏈接的情況下，通過GSM模塊及時(shí)自動(dòng)打電話到指定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警通知，在緊急狀況下可以主動(dòng)打電話到指定手機(jī)求助，并且可以在手機(jī)APP查看車輛行駛狀況，比如記錄車輛碰撞次數(shù)等。具體工作如下：(1)通過STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(2)使用顏色傳感器識(shí)別紅綠燈顏色，并由語言模塊做出溫馨的語音提示(3)通過超聲波傳感器檢測(cè)與前車或者其他障礙物之間的距離(4)通過壓力傳感器檢測(cè)車輛是否發(fā)生碰撞(5)通過ESP8266WIFI模塊與手機(jī)鏈接(6)通過GSM模塊及時(shí)自動(dòng)打電話到指定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警通知(7)在緊急狀況下可以主動(dòng)打電話到指定手機(jī)求助(8)可以在手機(jī)APP查看車輛行駛狀況，比如記錄車輛碰撞次數(shù)。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)及單元電路選型2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于STM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研制。通過STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用顏色傳感器識(shí)別紅綠燈顏色，并由語言模塊做出溫馨的語音提示，通過超聲波傳感器檢測(cè)與前方車輛以及其他障礙物的距離，當(dāng)距離較近時(shí)，同樣會(huì)給出語音提示，通過壓力傳感器檢測(cè)車輛是否發(fā)生碰撞，當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，在ESP8266WIFI模塊與手機(jī)鏈接的情況下，通過GSM模塊及時(shí)自動(dòng)打電話到指定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警通知，在緊急狀況下可以主動(dòng)打電話到指定手機(jī)求助，并且可以在手機(jī)APP查看車輛行駛狀況，比如記錄車輛碰撞次數(shù)?；赟TM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：圖1基于STM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2.2系統(tǒng)的主要流程首先將本設(shè)計(jì)板子上電，然后各傳感器會(huì)進(jìn)行初始化，WIFI模塊通過SIM卡連接信號(hào)，顏色傳感器此時(shí)可以識(shí)別紅綠燈顏色，識(shí)別出的顏色由語言模塊做出溫馨的語音提示，超聲波傳感器可以檢測(cè)與前方車輛或者其他類型障礙物之間的距離，經(jīng)過檢測(cè)后，通過顯示屏顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，當(dāng)距離較近時(shí)，同樣會(huì)給出語音提示，當(dāng)壓力傳感器受到外界壓力時(shí)，即表明車輛發(fā)生碰撞，當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，在ESP8266WIFI模塊與手機(jī)鏈接的情況下，通過GSM模塊及時(shí)自動(dòng)打電話到指定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警通知，在緊急狀況下可以主動(dòng)打電話到指定手機(jī)求助，并且可以在手機(jī)APP查看車輛行駛狀況，比如記錄車輛碰撞次數(shù)。2.3單元電路選型2.3.1單片機(jī)的選型一個(gè)好的設(shè)計(jì)必然具備一個(gè)適合本身的好的控制元器件，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)來作為總的數(shù)據(jù)控制中心，其起到一個(gè)計(jì)算并控制的作用，要想使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)較好的實(shí)現(xiàn)智能化控制，就不能缺少計(jì)算和控制。所以，單片機(jī)在本次設(shè)計(jì)中有著不可替代的作用，本次我選擇單片機(jī)卻沒選擇含有操作系統(tǒng)的CPU，用單片機(jī)作為微型單片計(jì)算的數(shù)據(jù)元件，是因?yàn)閱纹瑱C(jī)價(jià)格便宜操作較為簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，而且單片機(jī)的資源適中，不會(huì)造成浪費(fèi)資源的現(xiàn)象，但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，單片機(jī)的種類也逐漸增多，而且每種單片機(jī)的特性和功能大不相同，性能也存在著較大的差異，故選擇一個(gè)適用于本設(shè)計(jì)的單片機(jī)是非常值得我研究的方面，下面是我對(duì)幾款常見的單片機(jī)性能之間的比較：。方案一：采用STM32F1型單片機(jī)，此單片機(jī)在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中被普遍使用，與之前常用的51單片機(jī)相比，此單片機(jī)有著更為豐富的IO資源端口，而且在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上，又增加了很多比較實(shí)用的真實(shí)性能。它內(nèi)部可同時(shí)控制多個(gè)定時(shí)器，處理速度較其他單片機(jī)快了很多，是一款名副其實(shí)性能比較強(qiáng)大的芯片，并且與本設(shè)計(jì)的需求相洽和。方案二：采用STM32F4型單片機(jī)，此單片機(jī)相比于上述的STM32F1單片機(jī)性能更加的完備，是一款32位的具有更多IO資源端口的單片機(jī)，并且這款單片機(jī)還能進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，所得數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，而且還可以對(duì)一些較為復(fù)雜的圖像進(jìn)行加工處理，它比STM32F1有著更多的定時(shí)器和資源串口，但是此設(shè)計(jì)不用使用功能如此多的單片機(jī)，如使用此單片機(jī)會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)。方案三：采用Arduino型單片機(jī)，此單片機(jī)在國(guó)外的許多設(shè)計(jì)中很受歡迎，大多原因在于其操作簡(jiǎn)單，有較多的封閉式儲(chǔ)存庫(kù)，但是它的IO資源端口相對(duì)來說少很多，數(shù)據(jù)處理也較為緩慢，而此設(shè)計(jì)涉及多模塊同時(shí)，所以此單片機(jī)不適合此次設(shè)計(jì)。根據(jù)上面對(duì)多種單片機(jī)的特點(diǎn)、性能以及適用程度的總體分析，方案一中的STM32F1單片機(jī)的綜合性能較為完備，最符合本次設(shè)計(jì)所需要求，所以選擇STM32F1型號(hào)的單片機(jī)作為此次設(shè)計(jì)的處理中心。2.3.2超聲波傳感器的選型本設(shè)計(jì)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度、濕度數(shù)據(jù)，因此需要選擇合適的傳感器來進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)本設(shè)計(jì)需求，有以下幾種方案的選型。方案一：采用通用型超聲波傳感器，此傳感器使用較為方便快捷，同時(shí)還具備較好的選頻特性。傳感器內(nèi)部線路斷開連接時(shí)，傳感器輸出相對(duì)較高的電壓，同時(shí)阻抗也隨之增高，但是不符合易本次設(shè)計(jì)的很大一個(gè)原因是因?yàn)榇藛纹瑱C(jī)受噪音的影響很大。由于車輛在街道上，處于一個(gè)較為聲音嘈雜的環(huán)境中，所以此超聲波傳感器不太適用于本設(shè)計(jì)。方案二：采用寬帶型超聲波傳感器，在多通道中使用時(shí)，此超聲波傳感器使用較為方便，其在工作時(shí)擁有兩個(gè)不同的頻率波帶供其使用，可以視為兩種不同頻率的超聲波傳感器搭配在一起同時(shí)使用。但是其購(gòu)買費(fèi)用較高，而且對(duì)諧振頻率有較高的要求，所以也不太適用。方案三：采用密封型超聲波傳感器，密封型超聲波傳感器可適應(yīng)于多種環(huán)境下的超聲波測(cè)距，對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，可運(yùn)用于汽車后方檢測(cè)物體的裝置及待時(shí)計(jì)算器等。通過上述三種不同類型傳感器性能的分析，再結(jié)合本設(shè)計(jì)需求，我決定采用方案三中的密閉型超聲波傳感器作為本次設(shè)計(jì)所需的傳感器2.3.3顯示屏的選型本設(shè)計(jì)采用顯示屏來增加實(shí)用性方面的可視性。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的目的以及要求，再通過各種資料查閱市面上大多設(shè)計(jì)中所采用的顯示屏，依據(jù)它們的性能，做出選擇，下面是我對(duì)現(xiàn)在大多設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的顯示屏的選擇：方案一：采用數(shù)碼顯示管，數(shù)碼管在我們的生活中非常的常見，它被應(yīng)用在我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)領(lǐng)域，例如家用轎車的儀表顯示盤，老式電子鐘表的數(shù)字顯示盤等等，其應(yīng)用廣泛的很大一部分原因在于其工作原理簡(jiǎn)單，它常采用9個(gè)左右的LED燈組來顯示我們?cè)O(shè)計(jì)或者應(yīng)用設(shè)備中所需的數(shù)字類型或者字母類型，并且其價(jià)格方便比較便宜。但是它只能顯示字母或者是數(shù)字，不能顯示文字，但在本次設(shè)計(jì)中需要將必要的文字實(shí)時(shí)顯示在顯示屏上，故數(shù)碼顯示管式顯示屏不符合本冊(cè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，故不予以采用。方案二：采用UARTHMI串口式液晶顯示屏，此顯示屏在開發(fā)方面相當(dāng)?shù)姆奖憧旖?，其?nèi)部含有一個(gè)獨(dú)立的自定義處理器，它可以獨(dú)立編程控制顯示器的顯示內(nèi)容，并且該液晶顯示屏可以手動(dòng)觸屏控制，由于此液晶顯示屏功能強(qiáng)大，在現(xiàn)有的顯示屏中算是一個(gè)處于高端產(chǎn)品的排序行列，其購(gòu)買費(fèi)用也相對(duì)于其他顯示器來說高出很多，如用此顯示屏必然會(huì)有很大程度上的資源浪費(fèi)，故不采用此液晶顯示屏。方案三：采用復(fù)式12864液晶顯示屏，此液晶顯示屏因有128*64個(gè)像素點(diǎn)而被命名為12864液晶顯示屏，該液晶顯示屏內(nèi)部含有一個(gè)獨(dú)立較為完善的文字?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，即可以顯示字母、數(shù)字還可以顯示大多常用文字，由于其功能強(qiáng)大，可以同時(shí)顯示四行文字和數(shù)字的組合信息，而且還可以顯示圖片、曲線以及彩色文字。其內(nèi)部構(gòu)造較為復(fù)雜，含有多個(gè)轉(zhuǎn)換處理中心，其價(jià)格在大部分的液晶顯示器中也相對(duì)較高，再根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要判斷，不采用該顯示器。方案四：采用OLED顯示屏，這款顯示屏在目前大多電氣設(shè)計(jì)中都有所應(yīng)用，這款顯示屏通過SPI進(jìn)行通信連接，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小是最大的特點(diǎn)，它隨體積小，但可以顯示字母、文字以及圖片，而且其編程簡(jiǎn)單，在工作時(shí)所占用的IO資源端口也較其他液晶顯示屏少很多。非常適合本次設(shè)計(jì)的需求，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。依據(jù)上面對(duì)幾種不同顯示屏的對(duì)比，再根據(jù)本設(shè)計(jì)要同時(shí)顯示文字、數(shù)字以及字母的設(shè)計(jì)需求，對(duì)不同顯示屏的價(jià)格成本預(yù)估，不得浪費(fèi)產(chǎn)品資源等問題，我選擇上述方案四中所介紹的OLED顯示屏作為本次設(shè)計(jì)中所用的顯示屏。2.3.4無線模塊的選型本設(shè)計(jì)需要將數(shù)據(jù)上傳到OLED液晶顯示器上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，因此需要使用一個(gè)無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的無線連接傳輸模塊有很多種，故應(yīng)該選擇一個(gè)適用于本設(shè)計(jì)的無線傳輸模塊，具體研究方案如下：方案一：采用WIFI連接模塊，WIFI在我們的生活中隨處可見，我們平時(shí)在日常的上網(wǎng)和查詢資料時(shí)都要用得到，WIFI模塊工作在2.4G的傳輸，傳輸速度非?？?，除此之外，WIFI模塊利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，可以通過IP連接功能遠(yuǎn)程控制相對(duì)應(yīng)連接的服務(wù)器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。但是WIFI傳輸有很大的距離要求，超出限定的傳輸范圍之后，WIFI將斷開連接，數(shù)據(jù)傳輸自然也會(huì)中止，數(shù)據(jù)也便不能在顯示屏上顯示。方案二：采用藍(lán)牙模塊，當(dāng)下我們的手機(jī)上都有藍(lán)牙功能，藍(lán)牙模塊與WIFI模塊一樣，同樣工作在2.4G頻段，同樣具有遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)的功能。但是藍(lán)牙模塊同樣有距離限制，一般超過50米之后，也將自動(dòng)斷開連接，自然也將不能繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。最主要的是藍(lán)牙模塊不具備IP功能，而我本次的設(shè)計(jì)需要通過IP進(jìn)行連接，所以藍(lán)牙模塊不適合本次設(shè)計(jì)。方案三：采用GSM模塊，該模塊是一個(gè)采用2G的模塊，像我們以前使用的只能打電話和發(fā)消息的老版本手機(jī)一樣，都是由該模塊提供的，該模塊具有本次設(shè)計(jì)需要的IP連接功能，此功能可以連接服務(wù)器，僅使用一張手機(jī)卡就可以通過手機(jī)卡來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。根據(jù)上述選型方案，再結(jié)合本設(shè)計(jì)所需要利用SIM卡向手機(jī)發(fā)出指令的要求，考慮成本，最終選擇方案三的GSM模塊作為本設(shè)計(jì)用于從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)的模塊。2.3.5壓力傳感器的選型本設(shè)計(jì)通過壓力傳感器來感受外界所施加的壓力，通過壓力來判斷車輛是否發(fā)生碰撞，并將所受到的壓力大小顯示在OLED顯示屏上。具體有以下幾種方案的選擇。方案一：采用壓電式壓力傳感器，該壓電式傳感器是一種目前市場(chǎng)上常見的的自發(fā)電式傳感器，當(dāng)載物表面受到壓力時(shí)，載物表面會(huì)產(chǎn)生一種相應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)換到壓電片上。物體往往延著一定方向受到一定的壓力，此時(shí)物體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一種類似極化的現(xiàn)象，同時(shí)在另一面會(huì)產(chǎn)生一種與受力所產(chǎn)生電荷符號(hào)相反的電荷，若此時(shí)撤去外界施加的壓力，則會(huì)立馬回復(fù)不帶電的平衡狀態(tài)。方案二：采用應(yīng)變片壓阻型壓力傳感器，應(yīng)變片壓阻式壓力傳感器一般是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)的原理進(jìn)行工作。該傳感器利用單晶硅的復(fù)合回路以及電阻的反向連接形成，向單晶硅的某一方向添加一個(gè)等值大小的電阻，使電阻接成橋路，然后將單晶硅片放在傳感器內(nèi)部。若所受外界壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)壓力發(fā)生變化，此變化與其成正比，最后由橋式電路輸出信號(hào)的形式體現(xiàn)壓力。方案三：采用電磁型壓力型傳感器，這個(gè)壓力傳感器是一種特殊的有源型的傳感器,其在工作時(shí)必須以物體材料內(nèi)部所產(chǎn)生的的壓磁效應(yīng)，所謂壓磁效應(yīng)就是在外力作用下，以一種應(yīng)變的形式發(fā)生在磁鐵材料的內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，再通過各磁疇之間因受外力作用而界限發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而使磁疇磁化強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動(dòng)，因而鐵磁材料的磁化強(qiáng)度也發(fā)生相應(yīng)的變化，這種由于應(yīng)力使鐵磁材料磁化強(qiáng)度變化的現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)。除此之外，只要有一定數(shù)量的線圈纏繞在磁鐵上，再加以外力的作用下,鐵磁材料的導(dǎo)磁率發(fā)生變化，則會(huì)引起線圈的電感和阻抗變化，這就是電磁效應(yīng)。通過對(duì)上述各個(gè)方案的仔細(xì)對(duì)比，再結(jié)合本設(shè)計(jì)對(duì)壓力傳感器的基本要求，最終選擇方案二應(yīng)變片壓阻型壓力傳感器，作為本設(shè)計(jì)的壓力傳感器。3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)依據(jù)前面各個(gè)模塊的選擇，我本次設(shè)計(jì)使用的是STM32F103C8T6單片機(jī)作為設(shè)計(jì)的主控單片機(jī)，該單片機(jī)系統(tǒng)電路較為簡(jiǎn)單，僅僅需要一個(gè)晶振即可讓單片機(jī)工作，而晶振起振需要并聯(lián)上兩個(gè)完全相同的22PF電容，本設(shè)計(jì)使用的是開源STM32F103C8T6模塊，該模塊是一個(gè)最小系統(tǒng)，將所有引腳留出供開發(fā)者使用，在本設(shè)計(jì)電路板上給該開源模塊留出了接口，單片機(jī)模塊接口電路如圖2所示。圖2STM32F103C8T6單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)3.2顏色傳感器電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用HW-067顏色傳感器識(shí)別紅綠燈顏色，HW-067顏色傳感器使用簡(jiǎn)單，其有4根信號(hào)引腳，2根電源線引腳，VCC和GED引腳，共8根引腳，其中電源引腳的VCC和單片機(jī)的VCC引腳相連接，電源的GN引腳D和單片機(jī)的GND引腳連接，其余的信號(hào)引腳與單片機(jī)的普通IO口一一對(duì)應(yīng)，具體的顏色傳感器接口電路圖如圖3所示。圖3溫度傳感器電路設(shè)計(jì)圖3.3顯示屏的接口電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用OLED液晶顯示屏顯示系統(tǒng)的溫度、濕度、煙霧濃度信息，OLED屏采用SPI通信方式與單片機(jī)通信，以此OLED屏的電路接口設(shè)計(jì)也是與單片機(jī)的SPI接口相連，一共有7個(gè)引腳，占用資源少，具體OLED液晶屏的接口電路圖如圖4所示。圖4OLED液晶接口電路設(shè)計(jì)圖3.4超聲波傳感器電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用密閉型超聲波傳感器傳感器檢測(cè)與前車以及其他障礙物的距離，當(dāng)距離較近時(shí)，語音播報(bào)模塊會(huì)對(duì)超聲波傳感器反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行語音播報(bào)。具體的電路設(shè)計(jì)圖如圖5所示。圖5密閉型超聲波傳感器電路設(shè)計(jì)圖3.5WIFI模塊接口電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)采用WIFI模塊將紅綠燈顏色，距離，壓力數(shù)據(jù)上傳到OLED顯示屏上，以便在手機(jī)端上能夠?qū)崟r(shí)顯示，該WIFI模塊采用單片機(jī)通信方式，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要將單片機(jī)的串口與WIFI模塊的串口連接在一起，WIFI模塊正常工作需要5根線，2根電源線，2根數(shù)據(jù)線，1根復(fù)位線，具體的WIFI模塊接口電路設(shè)計(jì)如圖6所示。圖6WIFI模塊接口電路設(shè)計(jì)圖3.6壓力傳感器電路設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)提供壓力檢測(cè)的壓力傳感器可以算是本設(shè)計(jì)的核心元件之一，本設(shè)計(jì)采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，該傳感器的工作原理是將外界所產(chǎn)生的的壓力轉(zhuǎn)化成一種可供內(nèi)部檢測(cè)的電信號(hào)，進(jìn)而通過對(duì)電信號(hào)的檢測(cè)，來判斷外界是否受到壓力。通過外界是否產(chǎn)生壓力來判斷車輛是否發(fā)生碰撞。如圖7所示。圖7壓力傳感器工作原理圖3.7GSM電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用GSM模塊，該芯片可使GSM射頻式芯片、基帶處理式芯片、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、功能放大器件等集成在一塊線路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。GSM的電路設(shè)計(jì)如圖8所示。圖8GSM電路設(shè)計(jì)4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1軟件框架設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于STM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研制。通過STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用顏色傳感器識(shí)別紅綠燈顏色，并由語言模塊做出溫馨的語音提示，通過超聲波傳感器檢測(cè)與前方車輛以及其他障礙物的距離，當(dāng)距離較近時(shí)，同樣會(huì)給出語音提示，通過壓力傳感器檢測(cè)車輛是否發(fā)生碰撞，當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，在ESP8266WIFI模塊與手機(jī)鏈接的情況下，通過GSM模塊及時(shí)自動(dòng)打電話到指定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警通知，在緊急狀況下可以主動(dòng)打電話到指定手機(jī)求助，并且可以在手機(jī)APP查看車輛行駛狀況，比如記錄車輛碰撞次數(shù)。4.2程序模塊設(shè)計(jì)4.2.1OLED液晶程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用OLED液晶顯示屏顯示紅路燈顏色、與前方障礙物之間的距離、壓力數(shù)據(jù)，程序運(yùn)行時(shí)，如果液晶屏刷新過于頻繁，會(huì)占用過多單片機(jī)資源，因此給OLED液晶顯示屏開啟了一個(gè)1秒定時(shí)器用于刷新，1s結(jié)束時(shí)，則OLED液晶屏開始刷新，具體的OLED液晶顯示屏顯示流程圖如圖9所示。圖9OLED顯示流程圖4.2.2SYN6288語音播報(bào)程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用SYN6288型語音播報(bào)模塊，為顏色傳感器監(jiān)測(cè)出的紅綠燈顏色、與前方障礙物距離較近時(shí)提供溫馨語音提示。具體的SYN6288語音播報(bào)模塊程序設(shè)計(jì)流程圖如圖10所示。圖10DHT11程序流程圖4.2.3WIFI模塊上傳數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用WIFI模塊連接OneNet服務(wù)器，通過WIFI模塊將溫度，濕度，煙霧濃度數(shù)據(jù)上傳到OneNet服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)控，程序設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免數(shù)據(jù)上傳冗余，采用一個(gè)20秒定時(shí)器定時(shí)來定時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，以免上傳太過頻繁導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，具體的WIFI模塊上傳數(shù)據(jù)流程圖如圖11所示。圖11WIFI模塊上傳數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)圖5系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試5.1系統(tǒng)總體測(cè)試通過很長(zhǎng)一段時(shí)間對(duì)PCB原理圖，各硬件之間的連接以及程序的的設(shè)計(jì)，再將各個(gè)硬件電路焊接在一起，基于STM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終制作完成，為了驗(yàn)證完成之后的功能都是否能正常實(shí)現(xiàn)，以及最終的功能是否符合最初的設(shè)計(jì)要求，我對(duì)實(shí)物進(jìn)行進(jìn)一步的程序調(diào)試，基于STM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體效果圖如果12所示。圖12基于STM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)從上面基于STM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物圖可以看到，整個(gè)系統(tǒng)由許多部分焊接而成，其中包括STM32F1單片機(jī)、超聲波傳感器、壓力傳感器、語音播報(bào)模塊、顏色傳感器、GSM模塊、WIFI模塊、OLED顯示屏以及按鍵。多個(gè)部分組合在一起構(gòu)成了整個(gè)基于STM32車輛安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。5.2液晶顯示測(cè)試系統(tǒng)上電之后，OLED會(huì)顯示顏色、壓力、距離數(shù)據(jù)，由圖可以看到，顯示一切正常，具體的OLED顯示如圖13所示圖13OLED液晶屏顯示測(cè)試5.3HW-067顏色傳感器數(shù)據(jù)本設(shè)計(jì)通過HW-067顏色傳感器采集紅綠燈顏色，并顯示在OLED液晶顯示屏上，測(cè)試時(shí)用綠、黃、紅三種顏色的卡片放在顏色傳感器上，顏色傳感器就會(huì)自動(dòng)識(shí)別顏色?？梢栽贠LED顯示屏上看到，顏色從綠色變成黃色再變成紅色，如圖14、15、16所示。圖14HW-067測(cè)試圖1圖15HW-067測(cè)試圖2圖16HW-067測(cè)試圖35.4手機(jī)APP運(yùn)行測(cè)試本設(shè)計(jì)利用GSM以及WIFI模塊，對(duì)手機(jī)進(jìn)行連接，連接后在手機(jī)上可以查看紅綠燈顏色以及記錄碰撞次數(shù)等。具體的手機(jī)APP控制界面圖如17所示。圖17手機(jī)控制app操控界面結(jié)論本設(shè)計(jì)經(jīng)歷了電路設(shè)計(jì)，PCB設(shè)計(jì)，打板，焊接，調(diào)試等一系列過程，基本實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)通過STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(2)使用顏色傳感器識(shí)別紅綠燈顏色，并由語言模塊做出溫馨的語音提示(3)通過超聲波傳感器檢測(cè)與前車或者其他障礙物之間的距離(4)通過壓力傳感器檢測(cè)車輛是否發(fā)生碰撞(5)通過ESP8266WIFI模塊與手機(jī)鏈接(6)通過GSM模塊及時(shí)自動(dòng)打電話到指定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警通知(7)在緊急狀況下可以主動(dòng)打電話到指定手機(jī)求助(8)可以在手機(jī)APP查看車輛行駛狀況，比如記錄車輛碰撞次數(shù)。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，我又一次溫習(xí)了之前學(xué)過的許多專業(yè)知識(shí)，當(dāng)然也學(xué)到了許多在之前并不太了解的知識(shí)，例如一些傳感器的工作原理以及與單片機(jī)之間如何進(jìn)行連接。此次設(shè)計(jì)，不僅鍛煉了我獨(dú)立思考的能力，還鍛煉了我的動(dòng)手能力。當(dāng)然在設(shè)計(jì)PCB圖和各個(gè)傳感器的原理以及流程圖時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自身存在的很多不足，尤其是單片機(jī)的定時(shí)器和各個(gè)串口程序的編寫還不夠熟練，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)過程和后期的調(diào)試過程中都出現(xiàn)了很多本來不應(yīng)該出現(xiàn)的問題，這使我在整個(gè)實(shí)物制作過程中浪費(fèi)了很多時(shí)間?？偟膩碚f，這次設(shè)計(jì)讓我學(xué)習(xí)到了很多之前不知道或者不太了解的知識(shí)，比如各種傳感器原理圖方面的知識(shí)，STM32單片機(jī)的編程知識(shí)。最讓我感受深刻的是在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中遇到問題之后那種仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的過程，這種樂于研究，刻苦鉆研的精神讓我真正的體會(huì)到了獨(dú)立自主完成一件事的意義。

參考文獻(xiàn)[1]呂德剛；張金柱.汽車主動(dòng)安全避撞系統(tǒng)發(fā)展研究[J].黑龍江科技信息.2010(09):156。[2]基于圖像處理技術(shù)的汽車安全系統(tǒng)研發(fā)成功[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2011(05):114-115。[3]賀大松；門延會(huì).激光測(cè)距技術(shù)在汽車主動(dòng)安全裝置中的應(yīng)用研究[J].應(yīng)用激光.2011(02):89-91。[4]閆宏濤；段大祿.某微型汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)碰撞安全性仿真分析與研究[J];企業(yè)科技與發(fā)展;2014年16期[5]王鵬；汽車車架碰撞變形及安全改進(jìn)措施[J];機(jī)械工程與自動(dòng)化;2012年02期[6]汪偉；辛勇.汽車碰撞安全性有限元分析研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J];科技廣場(chǎng);2008年07期[7]侯磊；仇磷.汽車安全碰撞問題的數(shù)學(xué)模型[J];.上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年02期[8]財(cái)經(jīng);中國(guó)汽車碰撞歐洲安全標(biāo)準(zhǔn)[J];中國(guó)防偽報(bào)道;2005年10期[9]HELENAFERNANDEZ-LOPEZ,JOSEA.AFONSO,J.H.CORREIA,etal.Towardsthedesignofefficientnonbeacon-enabledZigBeenetworks[J].Computernetworks,2012,11(11).[10]Automaticsafemotioncontrolsystemforarobotimanipulator[J].V.A.Kartashev,V.V.Safronov.JournalofComputerandSystemsSciencesInternat.2017(2)

附錄附錄1系統(tǒng)程序代碼#include"stm32f10x.h"#include"config.h"#include"usart.h"#include"delay.h"#include"led.h"#include"oled.h"#include"word.h"#include"key.h"#include"beep.h"#include"string.h"#include"timer.h"#include"DS18B20.h"#include"adc.h"#include"pwm.h"#include"dht11.h"#include"motor.h"#include"usart2.h"#include"timer3.h"#include"timer4.h"#include"wifi.h"#include"onenet_http.h"charr_flag=0;chars_flag=0;chard_flag=0;u16adcx;intlight=0;char*presult;inttemp=0;inthumi=0;intwater=0;intwind=0;intcontrol=0;intOneNet_water=0;intOneNet_wind=0;intOneNet_Flag=0;charbuff[128];voidWIFI_Handle();intmain(void){u8temp[50];SystemInit();TIMERx_Init(TIM2,7200,10000);DHT11_Init();Beep_Init();Function_init();OLED_Init();Adc_Init();Key_Init();uart_init(9600);Usart2_Init(115200);TIM2->CR1|=1<<0;TIM4_Init(300,7200);WiFi_ResetIO_Init();while(1){OLED_Menu_Display();Key_Handler();WIFI_Handle();}}voidWIFI_Handle(){if(r_flag==0){if(WiFi_Init()==0){r_flag=1;TIM1_ENABLE_20S();}}if(Usart2_RxCompleted==1){Usart2_RxCompleted=0;TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);if(strstr(&RXbuff[2],"200OK")){if(strstr(&RXbuff[2],"\"errno\":0")){if(strstr(&RXbuff[2],"datastreams")){presult=strstr(&RXbuff[2],"\"id\":\"water_data\"");