基于GSM的油罐車監(jiān)測系統(tǒng)

第1章緒論1.1研究背景與意義在社會經(jīng)濟不斷發(fā)展的背景下，石油產(chǎn)業(yè)推動國民經(jīng)濟前進的作用越來越明顯。石油是我們現(xiàn)代工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等各個領域不可或缺的能源資源[1]。而油罐車則是石油運輸?shù)闹饕ぞ咧?，其安全性和穩(wěn)定性直接關系到石油運輸?shù)馁|量和效率。目前，我國石油行業(yè)已發(fā)展成為一個規(guī)模龐大、種類繁多的復雜系統(tǒng)，其中石油運輸體系的安全問題備受關注。石油運輸中的危險因素較多，例如道路條件、天氣變化、車輛故障、人為操作失誤等都會對運輸帶來不利影響。尤其是在疫情期間，由于國內外疫情的影響，石油行業(yè)的物流運輸面臨嚴峻考驗。如何保障油品的安全運輸，防范事故的發(fā)生，是當前急需解決的問題?；诖?，本文提出了一種基于GSM的油罐車監(jiān)測系統(tǒng)設計方案，旨在通過實時監(jiān)測油罐車的位置、速度等狀態(tài)信息，從而使得系統(tǒng)在油品運輸過程就能夠進行有效監(jiān)督管理和控制，達到提高運輸安全性和效率的目的[2]。該系統(tǒng)具有自主創(chuàng)新的特點，能夠實現(xiàn)對油罐車的全方位監(jiān)測和管理。通過傳感器采集油罐車的溫度、壓力、液位等信息，并將其實時傳輸?shù)奖O(jiān)測中心[3]，以便隨時掌握油罐車的狀態(tài)。同時，通過傳感器技術，可以實時檢測油罐車的相關狀態(tài)。除此之外，該系統(tǒng)還能夠進行數(shù)據(jù)分析，在數(shù)據(jù)超出正常值還能發(fā)出預警。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，可以了解油罐車的運輸規(guī)律和習慣，發(fā)現(xiàn)異常情況并進行預警，防止事故的發(fā)生。同時，該系統(tǒng)可以與其他監(jiān)測平臺和應用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換和共享，進而使信息資源整合到一起，為進一步實現(xiàn)信息資源的優(yōu)化利用提供了方便，最終達到提升石油產(chǎn)業(yè)的整體競爭力和發(fā)展水平的目的。總之，基于GSM的油罐車監(jiān)測系統(tǒng)設計方案是一項具有重要意義的研究工作。它將解決當前石油運輸安全問題，提高石油產(chǎn)業(yè)的效益和發(fā)展水平，具有廣泛的應用前景和推廣價值。1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1國內研究現(xiàn)狀油罐車監(jiān)測系統(tǒng)是指對油罐車的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，以保障油品安全運輸?shù)囊环N技術手段。目前，國內在油罐車監(jiān)測系統(tǒng)方面已經(jīng)有了不少研究成果，主要集中在以下三個方面。1.無線傳感器網(wǎng)絡技術在油罐車監(jiān)測系統(tǒng)中的應用無線傳感器網(wǎng)絡技術是指利用分布式傳感器節(jié)點通過無線通信方式進行信息采集、處理和傳輸?shù)囊环N技術。該技術在油罐車監(jiān)測系統(tǒng)中的應用可以有效地實現(xiàn)油罐車的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，提高了油品運輸?shù)陌踩院涂煽啃?。例如，上海交通大學的研究人員設計了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的油罐車實時監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對油罐車的溫度、壓力、液位等參數(shù)進行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行處理和分析。該系統(tǒng)具有實時性強、數(shù)據(jù)準確性高、安裝維護簡便等優(yōu)點。2.GPS定位技術在油罐車監(jiān)測系統(tǒng)中的應用GPS定位技術是指利用衛(wèi)星信號進行位置信息定位的一種技術[4]。該技術在油罐車監(jiān)測系統(tǒng)中的應用可以實現(xiàn)對油罐車的位置和行駛路線進行實時監(jiān)測和跟蹤，提高了運輸效率和安全性。例如，天津大學的研究人員設計了一種基于GPS定位技術的油罐車遠程監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過GPS定位對油罐車的位置進行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線通信方式傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行處理和分析。該系統(tǒng)具有實時性強、準確性高、操作簡便等優(yōu)點。3.智能診斷技術在油罐車監(jiān)測系統(tǒng)中的應用智能診斷技術是指利用計算機技術和人工智能技術進行故障預測、故障診斷和故障處理的一種技術。該技術在油罐車監(jiān)測系統(tǒng)中的應用可以實現(xiàn)對油罐車的故障進行預測和診斷[5]，提高了維護效率和運輸安全性。例如，中國科學院合肥物質科學研究院的研究人員設計了一種基于智能診斷技術的油罐車故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過對油罐車傳感器數(shù)據(jù)的分析和處理，進行故障預測和診斷，并提供相應的故障處理建議。該系統(tǒng)具有準確性高、效率快、成本低等優(yōu)點。綜上所述，國內在油罐車監(jiān)測系統(tǒng)方面已經(jīng)有了不少研究成果，其中無線傳感器網(wǎng)絡技術、GPS定位技術和智能診斷技術都得到了廣泛應用。未來，隨著各種新技術的不斷涌現(xiàn)，油罐車監(jiān)測系統(tǒng)將會更加完善和實用化。1.2.2國外研究現(xiàn)狀近年來，油罐監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)已成為許多國家的研究熱點。隨著技術的不斷進步，許多國外學者對基于GSM的油罐監(jiān)控系統(tǒng)的設計和應用進行了深入研究，并取得了顯著的成果。本文主要從系統(tǒng)架構、傳感器技術和數(shù)據(jù)處理三個方面總結了國外基于GSM的油罐監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。國外研究人員提出了基于GSM的油罐監(jiān)控系統(tǒng)的不同系統(tǒng)架構。例如，印度研究人員提出了一種由三個主要組件組成的系統(tǒng)架構：中央服務器、GSM模塊和嵌入式控制器。中央服務器負責接收和存儲從油罐收集的數(shù)據(jù)，而GSM模塊用于向服務器傳輸數(shù)據(jù)。嵌入式控制器負責收集安裝在油罐上的各種傳感器的數(shù)據(jù)，如溫度和壓力傳感器。同樣，美國研究人員提出了一種包括GPS模塊、GSM模塊和微控制器的系統(tǒng)架構。GPS模塊用于跟蹤油罐的位置[6~9]，而GSM模塊用于與中央服務器進行實時通信。微控制器負責處理從各種傳感器收集的數(shù)據(jù)，并通過GSM模塊將其發(fā)送到服務器。傳感器技術在基于GSM的油罐監(jiān)控系統(tǒng)的設計中起著至關重要的作用。國外研究人員提出了不同類型的傳感器來監(jiān)測油罐的不同參數(shù)。例如，意大利研究人員開發(fā)了一種溫度傳感器，該傳感器使用光纖技術來測量油罐中的石油溫度。該傳感器高度準確，不受電磁干擾。同樣，英國研究人員開發(fā)了一種基于壓阻技術的壓力傳感器。該傳感器能夠精確測量油箱內的壓力，并且對壓力的微小變化具有高靈敏度。此外，中國研究人員開發(fā)了一種液位傳感器，該傳感器使用超聲波技術測量油箱內的液位。該傳感器精度高，能夠在惡劣的環(huán)境中工作。數(shù)據(jù)處理是基于GSM的油罐監(jiān)控系統(tǒng)的另一個重要方面。國外研究人員提出了不同的數(shù)據(jù)處理技術來分析從各種傳感器收集的數(shù)據(jù)。例如，英國研究人員開發(fā)了一種基于主成分分析（PCA）的數(shù)據(jù)處理技術。該技術能夠從大量數(shù)據(jù)中提取有用的信息，并提供對未來趨勢的準確預測。同樣，美國研究人員開發(fā)了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)處理技術。該技術能夠從歷史數(shù)據(jù)中學習，并根據(jù)學習到的模式進行預測。國外研究人員對基于GSM的油罐監(jiān)控系統(tǒng)的設計和應用進行了大量研究，在系統(tǒng)架構、傳感器技術和數(shù)據(jù)處理方面取得了顯著成就。未來，隨著技術的不斷進步，基于GSM的油罐監(jiān)控系統(tǒng)將變得更加先進和廣泛應用。1.3本文研究內容本文研究了一種基于GSM的油罐車監(jiān)測系統(tǒng)設計。該系統(tǒng)主要是通過GPS定位和GSM網(wǎng)絡通信技術實現(xiàn)對油罐車的壓力，溫度，火焰等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和管理。該論文探討了油罐車監(jiān)測系統(tǒng)的意義和現(xiàn)狀，并分析了市場上不同油罐車監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)缺點。在此基礎上，提出了車載終端、服務器端、客戶端三部分的整體架構和功能模塊，以滿足需求。[10~13]。其中，車載終端主要負責采集油罐車的運行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡上傳到服務器端。服務器端則負責數(shù)據(jù)接受報警功能[14]。接著，論文詳細講解了系統(tǒng)中各個模塊的具體實現(xiàn)方法和技術要點，例如車載終端的硬件設計、溫度檢測，火焰，壓力模塊的使用、GSM模塊的通信協(xié)議、服務器端的數(shù)據(jù)庫設計等。最后，通過實驗驗證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并對其性能進行了綜合評價?？傊?，該論文針對油罐車監(jiān)測領域的需求，設計了一套基于GSM的油罐車監(jiān)測系統(tǒng)，具備較高的實用性和可行性，可為油罐車運輸行業(yè)提供有效的管理手段。

第2章整體方案設計2.1系統(tǒng)需求分析該文從需求分析出發(fā)，設計和實現(xiàn)了基于GSM的油罐車輛測系統(tǒng)，包括系統(tǒng)軟硬件設計、上位機設計、系統(tǒng)實現(xiàn)和系統(tǒng)測試等方面。特別重點介紹了系統(tǒng)各個功能模塊的詳細設計思路和實現(xiàn)方法，并對系統(tǒng)的關鍵技術和部分源代碼進行了詳細的解釋和說明。該系統(tǒng)應完成的主要功能有：1.車輛在行進的過程當中能對車輛存儲罐進行實時姿態(tài)檢測。在檢測的過程當中，如果發(fā)現(xiàn)車輛的傾斜角度過大時，能夠實現(xiàn)自動報警的功能，同時該傾斜角度報警一直能夠通過按鍵進行設置，可以不根據(jù)不同的場合以及不同的運輸優(yōu)品進行選擇。能夠通過壓力傳感器檢測罐內壓力，壓力數(shù)值異常可以發(fā)出報警信號。2.在運輸?shù)倪^程當中，可以針對有關的參數(shù)信息進行檢測，例如在運輸?shù)倪^程當中需要實時進行檢測運輸過程當中的溫度以及濕度狀況等參數(shù)信息，同時還需要能夠使用火焰檢測傳感器進行檢測是否有明火產(chǎn)生。3.可以一健求助，當系統(tǒng)發(fā)生緊急狀況的時候，司機可以實現(xiàn)一鍵求救功能，能夠再按下按鍵時，將自身的定位坐標信息通過短信發(fā)送到遠程監(jiān)控后臺，同時該系統(tǒng)還能夠將定位信息進行實時顯示，主要是將緯度信息顯示到液晶顯示器上。4.在系統(tǒng)進行工作的過程當中，所采集的溫度及濕度和相應的或在信息能夠傳輸?shù)今{駛室，供司機能夠實時查看相應的狀況。技術要求：1.采用傳感器采集，定位技術；2.以單片機、傾角傳感器模塊、溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、火焰檢測模塊、電源模塊等完成硬件設計；3.采用KEIL軟件平臺和C編程語言完成下位機軟件設計；4.采用E4A軟件平臺完成基于GSM的油罐車輛檢測系統(tǒng)設計。2.2整體功能方案設計本系統(tǒng)在進行設計的過程當中，主要是針對于油罐車的環(huán)境監(jiān)測進行實時檢測，系統(tǒng)的設計在進行輸入模塊設計的時候，主要是采用了斜角度傳感器模塊，溫度檢測傳感器模塊以及濕度檢測傳感器模塊時，壓力傳感器模塊，還應用到了火焰檢測傳感器模塊以及GPS定位檢測傳感器模塊，在控制輸出時則是能夠將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳至司機的手機當中，也能夠通過液晶信息顯示系統(tǒng)進行實時顯示，同時在進行報警的時候則是利用到了聲光報警系統(tǒng)能夠利用GSM發(fā)送報警短信信息。火焰?zhèn)鞲衅骰鹧鎮(zhèn)鞲衅鲉纹瑱C報警器驅動器數(shù)字信號單片機報警器驅動器數(shù)字信號模擬信號壓力傳感器模擬信號壓力傳感器GSM手機GSM手機數(shù)字信號濕度模塊數(shù)字信號濕度模塊數(shù)字信號按鍵輸入模塊數(shù)字信號按鍵輸入模塊電源電源2.3器件選型2.3.1STM32F103C8T6STM32F103C8T6單片機是一款32位ARMCortex-M3內核的微控制器芯片，它集成了片上存儲器、控制器、外設和通信接口等眾多功能模塊，在嵌入式系統(tǒng)中擁有廣泛的應用。（1）內核模塊STM32F103C8T6單片機使用ARMCortex-M3內核，該內核采用哈佛結構，具有高性能、低功耗、易于編程的特點。內核模塊還包含時鐘和復位電路、異常處理和調試模塊等子模塊。（2）存儲器模塊STM32F103C8T6單片機的存儲器包括閃存、SRAM和EEPROM，閃存用于程序代碼的存儲，SRAM用于數(shù)據(jù)存儲，EEPROM用于非易失性數(shù)據(jù)存儲。存儲器模塊還包含一個存儲器保護單元，可以防止未經(jīng)授權的存儲器訪問。（3）控制器模塊STM32F103C8T6單片機控制器模塊包括時鐘控制器、復位控制器、電源管理單元等。時鐘控制器用于配置系統(tǒng)時鐘和各個外設時鐘，復位控制器用于系統(tǒng)復位和外設復位，電源管理單元用于控制芯片的供電。（4）外設模塊STM32F103C8T6單片機擁有豐富的外設模塊，包括通信接口、定時器、ADC、DAC、PWM等。其中，通信接口包括USART、SPI、I2C、CAN等，可以滿足不同應用場景下的通信需求；定時器主要用于生成各種時間基準信號；ADC和DAC用于模擬信號采集和輸出；PWM用于控制電機、LED燈等。（5）調試模塊STM32F103C8T6單片機調試模塊包括JTAG和SWD兩種調試方式，可以通過調試器進行程序的下載和調試。此外，還提供了一些輔助功能，如斷言和跟蹤等。STM32F103C8T6單片機是一款功能豐富、性能優(yōu)異的微控制器芯片，它的模塊設計相較于其它單片機而言更為合理、更易于集成和編程，這些特點為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者提供了更多的便利。在實際應用中，可以根據(jù)具體需求選擇相應的模塊進行配置，以實現(xiàn)更好的性能和功耗平衡。圖2.1STM32F103C8T6單片機實物圖2.3.2火焰?zhèn)鞲衅骰鹧鎮(zhèn)鞲衅魇且环N用于檢測火焰并發(fā)出相應信號的傳感器。它是一種重要的安全設備，廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)等場所中，如廠房、倉庫、辦公室、酒店等。MPX火焰?zhèn)鞲衅髂軌驅崟r檢測周圍環(huán)境中的火焰，并及時向控制系統(tǒng)發(fā)送警報信息，從而保護人員和財產(chǎn)的安全。火焰?zhèn)鞲衅骰诩t外線輻射原理或紫外線輻射原理，通過檢測環(huán)境中的光譜變化來識別火焰。當傳感器接收到足夠的光譜變化時，就會發(fā)出警報信號，使得控制系統(tǒng)可以及時采取措施。火焰?zhèn)鞲衅饔卸喾N類型，包括點型火焰?zhèn)鞲衅骱途€型火焰?zhèn)鞲衅?。點型火焰?zhèn)鞲衅魍ǔ０惭b在天花板上，用于監(jiān)測環(huán)境中的火災情況。線型火焰?zhèn)鞲衅鲃t被安裝在長時間或曲折的管道或隧道內，這些地方容易發(fā)生火災，例如油氣管道或制藥廠。火焰?zhèn)鞲衅骶哂性S多優(yōu)點，包括反應速度快、精度高、安裝方便等。除了用于火災檢測外，火焰?zhèn)鞲衅鬟€可用于熱處理設備中的自動控制、爐溫監(jiān)測等領域。總之，火焰?zhèn)鞲衅髟诒Ｗo人員和財產(chǎn)安全方面發(fā)揮著重要作用。隨著技術的不斷進步，火焰?zhèn)鞲衅饕矊⒃絹碓较冗M和智能化，為各種場所提供更加安全和可靠的保護。2.3.3OLED顯示屏在本次設計中，我使用0.96英寸的OLED顯示模塊來實現(xiàn)顯示功能。該模塊有兩種版本可供選擇，一種是采用IIC通信協(xié)議進行通信，另一種則是采用SPI通信協(xié)議。本次設計我們選擇了采用IIC通信的OLED顯示屏模塊。如圖2.2所示，這是OLED顯示模塊的實物圖。為防止電壓過高導致短路和顯示屏燒毀，我們限制了顯示模塊的電壓不超過5V。同時，SDA和SCL需要與MCU連接，并且通過IIC通信協(xié)議將需要顯示的內容投射在屏幕上。采用OLED顯示模塊具有許多優(yōu)點，例如高亮度、高對比度、響應速度快等特點。因此，它非常適合用于小型設備和嵌入式系統(tǒng)的顯示需求。通過正確的選擇和連接顯示模塊，以及正確配置相應參數(shù)，我們能夠展示所需的數(shù)據(jù)和信息，從而使整個系統(tǒng)更加智能化和易于操作。圖2.20.96寸OLED顯示模塊實物2.3.4壓力傳感器壓力傳感器模塊是一種測量物體壓力的裝置，由壓力傳感器和信號處理電路組成。它通過測量物體所受的壓力大小，將其轉換為電信號輸出，實現(xiàn)對物體壓力的精確測量。壓力傳感器模塊在工業(yè)自動化、軍事航空、醫(yī)療設備等領域中得到了廣泛應用。壓力傳感器模塊一般包含傳感器和信號處理電路兩部分。其中，傳感器用于測量并檢測物體受到的壓力大小，信號處理電路則對傳感器采集到的模擬信號進行轉換，將其轉換為數(shù)字信號、進行數(shù)據(jù)處理并輸出。壓力傳感器模塊的精度和靈敏度是其關鍵性能指標之一。傳感器的靈敏度越高，就能夠檢測到更小的壓力變化，從而提高測量精度。同時，還需要考慮傳感器的耐用性、抗干擾性以及溫度、濕度等環(huán)境因素的影響。壓力傳感器模塊具有廣泛的應用場景。例如，在汽車領域，它可以被用來檢測輪胎氣壓，以避免行駛過程中發(fā)生爆胎；在醫(yī)療設備中，它可以用于血壓計和呼吸機等設備中，以確?；颊叩纳眢w狀態(tài)得到準確監(jiān)控；在航空領域，它則可以被用來檢測飛機機身的氣壓變化，以確保飛機的安全運行?？傊瑝毫鞲衅髂K具有廣泛的應用前景和市場需求。隨著技術的不斷進步和應用場景的不斷拓展，壓力傳感器模塊將會越來越成為人們工作和生活中的重要組成部分。2.3.5GSM模塊SIM900A模塊是一種基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的無線通信模塊，可用于智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、遠程監(jiān)控等領域。它支持語音通話、短信、GPRS數(shù)據(jù)傳輸、TCP/IP協(xié)議等多種功能，具有低功耗、高穩(wěn)定性和廣泛的應用場景。SIM900A模塊采用SMT工藝制造，尺寸小、體積輕，能夠方便地與其他電子設備集成。其主要特點如下：支持四個頻段：850/900/1800/1900MHz，適用于全球各地的GSM網(wǎng)絡。支持GPRS類10，最高速度為85.6kbps，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和接收。支持TCP/IP協(xié)議，可以進行遠程服務器通訊。支持語音通話和短信功能，可以進行雙向通訊。具有低功耗模式，可延長電池使用壽命。采用標準AT指令集控制，易于在不同系統(tǒng)中集成和使用。SIM900A模塊的連接方式比較簡單，只需要將其連接到電源和外部天線即可。在與控制器或其他設備集成時，只需通過串口通信發(fā)送AT指令即可完成各種操作，如發(fā)送短信、撥打電話等。2.4單片機控制器2.4.1時鐘電路的設計在STM32微控制器系統(tǒng)中，時鐘電路是至關重要的組成部分之一。它不僅提供了系統(tǒng)時鐘信號，還影響著芯片的性能和功耗等方面。因此，在設計STM32時鐘電路時，需要考慮多個因素，包括時鐘源、時鐘分頻、時鐘精度等。1.時鐘源選擇在STM32微控制器中，提供了多種時鐘源可供選擇，包括外部晶體振蕩器、內部RC振蕩器、內部高速晶體振蕩器等。其中，外部晶體振蕩器是最常用的時鐘源之一，具有精度高、噪聲小等優(yōu)點，適合于需要較高時鐘精度的應用場景。而內部RC振蕩器則更加便于使用和控制，適合于一些低功耗的應用場景。2.時鐘分頻為了滿足不同的應用需求，STM32微控制器提供了多種時鐘分頻方式，可以根據(jù)具體需求進行選擇。例如，可以通過配置預分頻器來實現(xiàn)CPU時鐘頻率的調整，或者通過AHB/APB總線分頻來調整總線時鐘頻率，以達到減小功耗或提高性能的目的。3.時鐘精度時鐘精度是時鐘電路設計中一個非常重要的因素。在STM32微控制器中，為了保證時鐘精度，一般會采用外部晶體振蕩器，并進行校準。晶體振蕩器的頻率與溫度、供電電壓等因素有關，因此需要進行校準來保持穩(wěn)定的時鐘頻率和精度。另外，還可以采用PLL（PhaseLockedLoop）鎖相環(huán)技術來實現(xiàn)高精度時鐘輸出。4.時鐘多源切換為了滿足不同場景下的應用需求，STM32微控制器提供了時鐘多源切換功能，可以輕松地切換不同的時鐘源。例如，在系統(tǒng)啟動時可以先將內部RC振蕩器設置為時鐘源，等待外部晶體振蕩器穩(wěn)定后再切換到外部晶體振蕩器上?？傊赟TM32時鐘電路的設計中，需要綜合考慮多個因素，包括時鐘源、時鐘分頻、時鐘精度、時鐘多源切換等。適當?shù)嘏渲眠@些參數(shù)，可以使得系統(tǒng)具有更好的性能和功耗平衡。同時，也需要注意時鐘電路的阻抗匹配、布線和電源干擾等問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。2.4.2復位電路的設計STM32復位電路是微控制器系統(tǒng)不可或缺的部分，它負責在系統(tǒng)出現(xiàn)異常或意外情況下將系統(tǒng)恢復到正常狀態(tài)，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。因此，在設計STM32復位電路時，需要考慮多個因素，包括復位信號源、復位類型、復位延時等。1.復位信號源在STM32系統(tǒng)中，復位信號源可以通過多種方式產(chǎn)生，常見的包括手動復位按鍵、軟件復位、看門狗復位等。其中，手動復位按鍵可以通過引腳直接連接到復位電路中，當按鍵按下時產(chǎn)生復位信號；軟件復位則是通過CPU內部寄存器產(chǎn)生復位信號；看門狗復位是通過設置看門狗定時器來產(chǎn)生復位信號。不同的復位信號源具有不同的應用場景，需要根據(jù)實際需求進行選擇。2.復位類型在STM32系統(tǒng)中，復位分為硬件復位和軟件復位兩種類型。硬件復位是由復位電路自動產(chǎn)生的，無法被程序控制，可以確保系統(tǒng)在發(fā)生異常時快速恢復到正常工作狀態(tài)；軟件復位則是由程序通過寫入寄存器產(chǎn)生的，可以控制復位時機和復位范圍。不同的復位類型適用于不同的需求場景。3.復位延時在STM32系統(tǒng)中，由于復位電路需要時間來完成初始化和清除操作，因此需要一定的復位延時來保證系統(tǒng)穩(wěn)定。通常情況下，復位延時可以設置為幾毫秒到幾十毫秒不等，具體取決于系統(tǒng)的復雜程度和初始化工作量。需要注意的是，在設計復位延時時，需要考慮復位信號源的穩(wěn)定性和干擾情況，以確保延時時間的準確性和穩(wěn)定性?？傊赟TM32復位電路的設計中，需要綜合考慮多個因素，包括復位信號源、復位類型和復位延時等。在進行設計時，需要根據(jù)不同的應用場景選擇不同的方案，同時也需要注意電路的穩(wěn)定性和可靠性，以確保系統(tǒng)在異常情況下能夠快速恢復到正常狀態(tài)。第3章硬件電路設計3.1DHT11溫濕度模塊我們的系統(tǒng)需要實時監(jiān)測油罐環(huán)境的溫度情況，因此我們選擇了DHT11溫濕度傳感器來采集這些數(shù)據(jù)。DHT11具有多個優(yōu)點：首先，它內部融合了感溫單元和濕度檢測單元，能夠更加準確地測量數(shù)據(jù)；其次，它帶有小型處理器，可以對傳感器數(shù)據(jù)進行快速處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機處理器。DHT11只需要使用一根數(shù)據(jù)線來與單片機進行通信，所占用的引腳較少。通過采用單數(shù)字總線技術來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能。下圖3.1展示了DHT11溫濕度傳感器的實物圖。因此，我們可以方便地使用DHT11傳感器來采集并傳輸溫濕度信息，從而實時監(jiān)測和檢測環(huán)境的變化。圖3.1DHT11溫濕度傳感器實物圖溫濕度系統(tǒng)的程序設計流程需要經(jīng)過初始化、傳感器初始化、數(shù)據(jù)采集轉換和液晶顯示等步驟。首先，進行初始化是十分關鍵的步驟。在該過程中，系統(tǒng)需要完成各種參數(shù)的設置和設備的連接，并確保系統(tǒng)能夠正常運行。接下來，就要對DHT11傳感器進行初始化。此時，需要將與溫濕度傳感器模塊相應的引腳進行配置，在此基礎上才能進行數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集后，單片機需要對采集到的數(shù)據(jù)進行轉換。這有助于系統(tǒng)更好地處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)準確的溫濕度測量。最后，將數(shù)據(jù)展示在液晶顯示器上是非常關鍵的一步。通過展示采集到的數(shù)據(jù)，用戶可以更直觀地了解環(huán)境的溫濕度情況。該流程包括系統(tǒng)初始化、DHT11初始化、溫濕度采集、數(shù)據(jù)轉換以及液晶顯示器的數(shù)據(jù)展示等步驟。這些步驟被合理地組合在一起，使得該系統(tǒng)的設計流程十分清晰明了。該系統(tǒng)可以廣泛應用于各種場合，例如環(huán)境監(jiān)測、氣象預報等領域，為人類提供更加準確、方便的服務。通過對溫濕度數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和分析，該系統(tǒng)有助于人們更好地了解環(huán)境的變化，并采取相應的措施來保護環(huán)境和人類健康。使DHT11監(jiān)測溫度和濕度，首先需要將硬件接口連接，把VDD引腳接到stm32的3.3V供電口，把GND引腳接到GND端口，GPIO口設為輸出模式，輸入高電平持續(xù)40毫秒，并把DATA口變?yōu)檩斎肽Ｊ饺缓蟮却x取數(shù)據(jù)，以下是DHT11部分代碼：以下是從DHT11讀取一個位：u8DHT11_Read_Bit(void) { u8retry=0; while(DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待變?yōu)榈碗娖?{ retry++; delay_us(1); } retry=0; while(!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待變?yōu)楦唠娖?{ retry++; delay_us(1); } delay_us(40);//等待40us if(DHT11_DQ_IN)return1; elsereturn0; }以下是從DHT11讀取一個字節(jié)：u8DHT11_Read_Byte(void){ u8i,dat; dat=0; for(i=0;i<8;i++) { dat<<=1; dat|=DHT11_Read_Bit(); } returndat;}以下是從DHT11讀取一次數(shù)據(jù)：//temp：溫度值（0~50℃）//humi：濕度值（20%~90%）u8DHT11_Read_Data(u8*temp,u8*humi){ u8buf[5]; u8i; DHT11_Rst(); if(DHT11_Check()==0) { for(i=0;i<5;i++)//讀取40位數(shù)據(jù) { buf[i]=DHT11_Read_Byte(); } if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4]) { *humi=buf[0]; *temp=buf[2]; } } elsereturn1; return0; }3.2串口設計首先，該子程序需要進行初始化設置，包括串口通訊參數(shù)、中斷優(yōu)先級等。接著，在系統(tǒng)運行過程中，當需要發(fā)送短信時，單片機內部程序會觸發(fā)串口中斷，并執(zhí)行對應的中斷處理程序。完畢后，單片機將從中斷處理程序中返回，恢復正常狀態(tài)，繼續(xù)進行系統(tǒng)信號的檢測和處理。USART是一種通用異步收發(fā)傳輸模塊，可以支持串行通信協(xié)議。USART串口通信通常用于與其他設備或模塊進行數(shù)據(jù)通信.要使用USART進行串口通信首先要配置其運行參數(shù)并配置GPIO引腳用于連接數(shù)據(jù)和傳輸線路以下是串口的主要代碼：voidUSART2_Config(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;/*configUSART2clock*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);/*USART2GPIOconfig*//*ConfigureUSART2Tx(PA.02)asalternatefunctionpush-pull*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);/*ConfigureUSART2Rx(PA.03)asinputfloating*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設置NVIC中斷分組2：2搶占優(yōu)先級，2位相應優(yōu)先級NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;//是能串口2中斷NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;//先占優(yōu)先級2級NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3;//從優(yōu)先級2級NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//是能外部中斷通道NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);/*USART2modeconfig*/USART_InitStructure.USART_BaudRate=9600;USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;USART_Init(USART2,&USART_InitStructure);USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);//開啟中斷USART_Cmd(USART2,ENABLE);}3.3液晶顯示子程序設計在數(shù)據(jù)采集方面，該系統(tǒng)需要獲取必要的數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)可能來自多個傳感器或外部設備，并且需要經(jīng)過一定的處理才能被正確地顯示在液晶屏上。該系統(tǒng)需要在液晶顯示器狀態(tài)判斷方面確保液晶顯示器處于空閑狀態(tài)才能進行數(shù)據(jù)發(fā)送，如果液晶顯示器正在忙碌，則不能進行數(shù)據(jù)發(fā)送。在進行數(shù)據(jù)發(fā)送時，若液晶顯示器處于空閑狀態(tài)，則該系統(tǒng)通過驗證將數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶顯示器上。同樣地，如果液晶顯示器忙碌，則無法進行數(shù)據(jù)發(fā)送。最后，在信息顯示方面，該系統(tǒng)需要確定要展示數(shù)據(jù)的位置和內容，以確保信息清晰可見。這可以通過對發(fā)送數(shù)據(jù)進行處理和優(yōu)化實現(xiàn)?？傊?，該系統(tǒng)的設計流程包括了數(shù)據(jù)采集、液晶顯示器狀態(tài)判斷、數(shù)據(jù)發(fā)送和信息顯示等關鍵步驟。通過合理的流程設計和優(yōu)化，該系統(tǒng)可以高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示功能，為用戶提供更好的使用體驗。顯示位置設置顯示位置設置顯示內容設置液晶數(shù)據(jù)更新液晶初始化開始寫檢測忙Y圖4.2OLED液晶顯示器程序設計流程圖要使用OLED顯示器首先要初始化oled，再定義屏幕像素數(shù)和顯示模式，將需要顯示的位圖和文本數(shù)據(jù)寫入OLED屏幕，使用底層驅動程序（如I2C或SPI接口）將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絆LED屏幕內存中，還需要刷新oled屏幕，顯示新的數(shù)據(jù)。以下是oled的部分代碼：清屏函數(shù)：voidOLED_Clear(void){ u8i,n; for(i=0;i<8;i++)for(n=0;n<128;n++)OLED_GRAM[n][i]=0X00; OLED_Refresh_Gram();//更新顯示}以下是畫點函數(shù)：voidOLED_DrawPoint(u8x,u8y,u8t){ u8pos,bx,temp=0; if(x>127||y>63)return;//超出范圍了 pos=7-y/8; bx=y%8; temp=1<<(7-bx); if(t)OLED_GRAM[x][pos]|=temp; elseOLED_GRAM[x][pos]&=~temp; }以下是oled初始化代碼：voidOLED_Init(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//使能A端口時鐘 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHz GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); //初始化GPIOB10，11 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11); OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);//關閉顯示 OLED_WR_Byte(0xD5,OLED_CMD);//設置時鐘分頻因子，振蕩頻率 OLED_WR_Byte(80,OLED_CMD);//[3:0]，分頻因子；[7:4]，振蕩頻率 OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD);//設置驅動路數(shù) OLED_WR_Byte(0X3F,OLED_CMD);//默認0X3F（1/64） OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD);//設置顯示偏移 OLED_WR_Byte(0X00,OLED_CMD);//默認為0 OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//設置顯示開始行[5：0]，行數(shù) OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//電荷泵設置 OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);//bit2，開啟/關閉 OLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD);//設置內存地址模式 OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD);//[1:0],00列地址模式;01,行地址模式;10,頁地址模式；默認10; OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD); //段重定義設置，bit0:0,0->0;1,0->127; OLED_WR_Byte(0xC0,OLED_CMD); OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD);//設置COM硬件引腳配置 OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD);//[5:4]配置 OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD);//對比度設置 OLED_WR_Byte(0xEF,OLED_CMD);//1~255；默認0X7F（亮度設置） OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD);//設置預充電周期 OLED_WR_Byte(0xf1,OLED_CMD); OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD);//設置VCOMH電壓倍率 OLED_WR_Byte(0x30,OLED_CMD); OLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD);//全局顯示開啟 OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);//設置顯示方式 OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD);//開啟顯示 OLED_Clear();}第4章軟件系統(tǒng)設計4.1軟件程序設計本系統(tǒng)工作的第一步是進行初始化，完成后開始進行數(shù)據(jù)信息采集。此次采集主要包括溫度信息、壓力信息以及火焰信息，并將其顯示到夜間顯示器上。如果發(fā)生火焰、壓力異?；蛘邷囟瘸瑯说惹闆r，該系統(tǒng)會自動進行報警，并通過電話形式進行報警，系統(tǒng)在進行工作的過程當中還會采集司機是否按下緊急求救按鍵，當司機按下緊急求救按鍵時，也會進行緊急報警功能。其主程序設計流程圖如下，圖4.1顯示：參數(shù)異?；蛘咚緳C求救？參數(shù)異?；蛘咚緳C求救？聲光報警GSM報警結束開始溫濕度，壓力，火焰采集系統(tǒng)初始化液晶顯示 NY圖4.1主程序設計流程圖4.2上位機界面本次基于GSM的油罐車監(jiān)測系統(tǒng)是一款為了提高油罐車運輸安全而設計的實時監(jiān)測系統(tǒng)，油罐車監(jiān)測系統(tǒng)主要由上位機和下位機組成，在本設計中上位機尤為關鍵，油罐車內的實時情況全靠上位機來得知，當數(shù)據(jù)超出閾值時，上位機會第一時間得知，可以第一時間采取處理措施，以免造成更大危機。Eclipse是一款基于Java的開源集成開發(fā)環(huán)境（IDE），可用于開發(fā)各種應用程序，如Java應用、Web應用、移動應用嵌入式系統(tǒng)等。Eclipse是一個完全開放源代碼的IDE，它是由Eclipse基金會維護開發(fā)的。Eclipse基金會是一個非營利性組織，它的宗旨是推動共同協(xié)作和創(chuàng)新，為開發(fā)人員提供一個高效、靈活和可擴展的開發(fā)工具?？傊?，Eclipse是一款非常強大和靈活的開發(fā)工具，它可以適用于各種應用和開發(fā)環(huán)境，可以提高開發(fā)效率和質量.本系統(tǒng)采用STM32單片機，結合火焰?zhèn)鞲衅?、溫濕度傳感器和壓力傳感器來進行數(shù)據(jù)采集。采集到的數(shù)據(jù)將通過LED顯示屏進行顯示，同時通過串口連接到上位機，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C中如圖4.2。圖4.2上位機界面第5章系統(tǒng)測試在系統(tǒng)整個設計完成后，需要對其進行驗證，以確保硬件和軟件部分能夠正確工作并具有較高的可靠性，以應用于實際現(xiàn)場。同時還需要進行相應的調試來解決可能存在的問題。調試過程主要分為硬件系統(tǒng)調試和軟件系統(tǒng)調試兩個方面。在硬件系統(tǒng)調試方面，需要確保各個硬件模塊之間的連接正常，電源穩(wěn)定，元器件選型合理等因素都符合要求。此外，還需要對每個硬件模塊進行功能測試，確保它們能夠正常工作，并且滿足系統(tǒng)預期的目標。在軟件系統(tǒng)調試方面，需要對系統(tǒng)進行全面測試，包括各個軟件模塊之間的交互、數(shù)據(jù)傳輸是否準確等。同時，需要測試系統(tǒng)在不同環(huán)境下的運行情況，以及對錯誤的處理和恢復能力。在進行調試時，需要采取科學的方法，通過逐步排查來找到問題的根源，并采取針對性的措施進行解決。在調試過程中需要記錄詳細的信息，如錯誤日志、調試結果等，以便于追溯問題和做出相應的改進?？傊?，調試是一項非常重要的工作，在系統(tǒng)設計完成后必須認真對待。通過認真的調試，可以有效提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，確保其能夠正常地應用于實際場景中。5.1系統(tǒng)硬件電路的調試在硬件系統(tǒng)調試過程中，需要對硬件部分的所有組成部分進行仔細檢測。首先要觀察各個芯片引腳是否正常工作，確保它們能夠正常接收和發(fā)送信號。其次還需要檢查電路板部分是否存在虛焊或轉換不良等情況，保證整個系統(tǒng)的連接穩(wěn)定性。當系統(tǒng)的各個電源模塊都可以正常工作時，需要測試單片機系統(tǒng)是否能夠正確地執(zhí)行程序，并且確認GSM是否能夠成功地發(fā)送信息。這樣可以確保系統(tǒng)的每個部分都能夠正常工作，從而滿足系統(tǒng)設計的需求。為了更好地掌握硬件系統(tǒng)的調試狀況，可以使用圖表來記錄各項檢查的結果。例如，可以使用下圖5.1來記錄整個系統(tǒng)硬件部分的焊接狀況，以及其他重要的測試指標。在進行調試時，需要采取謹慎的態(tài)度，耐心排查可能存在的故障，并逐步解決問題。同時也需要充分利用現(xiàn)代化的工具和設備，如示波器、邏輯分析儀等，來幫助檢測問題所在?？傊谟布到y(tǒng)調試過程中，需要仔細檢查每一個部分，確保它們正常工作。通過這種方式，我們才更能保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。圖5.1硬件系統(tǒng)設計圖5.2系統(tǒng)軟件調試系統(tǒng)的軟件調試主要是對軟件部分程序的編寫進行調試。為此，我們使用了STM32單片機，該單片機可在使用過程中實現(xiàn)程序編寫的功能。為了完成編寫任務，我們將主要使用KEIL5軟件。該軟件支持匯編語言和C語言編寫程序，并可提供相應的調試功能。在編寫程序時，我們需要仔細檢查每個模塊的代碼，確保它們符合系統(tǒng)設計要求。同時，為了確保程序運行的正確性，我們還需要進行一系列的調試工作。通過這些調試工作，我們成功地實現(xiàn)了該套系統(tǒng)的正確運行，在下圖5.2中展示了調試結果。在進行軟件調試時，我們需要采用科學的方法，通過逐步排查來找到問題的根源，并采取針對性的措施進行解決。我們還需要記錄詳細的信息，如錯誤日志、調試結果等，以便于追溯問題和做出相應的改進?？傊?，軟件調試是系統(tǒng)開發(fā)中非常重要的環(huán)節(jié)。通過認真的調試工作，我們可以確保軟件部分程序的正確性和穩(wěn)定性，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性和性能。圖5.2軟件調試成功界面5.3GSM模塊調試使用GSM模塊時，需要使用串口助手進行調試。首先需要檢測GSM模塊是否正常工作，并根據(jù)系統(tǒng)編碼方式對不同報警信息進行編譯和調試。在調試過程中，我們使用串口助手模塊，并選擇與系統(tǒng)匹配的COM接口。接著，將波特率設置為9600，設置好相應的格式即可開展調試工作。在上電之后，我們通過發(fā)送AT指令來測試GSM模塊是否能夠正常工作。如果該GSM模塊能夠返回OK指令，則證明該系統(tǒng)與電腦終端之間的連接正確，并且成功實現(xiàn)了串口功能的發(fā)送。下圖5.3展示了GSM模塊調試的結果。在進行GSM模塊調試時，我們需要注意以下幾點。首先，要確保選用的串口助手模塊和GSM模塊兼容，并且能夠支持相應的波特率和數(shù)據(jù)格式。其次，我們還需檢查GSM模塊的硬件連接是否正確，如供電、信號傳輸?shù)确矫?。最后，我們需要詳細記錄調試過程的結果，并及時處理發(fā)現(xiàn)的問題?？傊谑褂肎SM模塊時，通過串口助手進行調試是非常必要的。只有經(jīng)過認真的調試工作，才能保證該模塊能夠正常工作，從而滿足系統(tǒng)的設計要求。第6章總結與展望本文主要介紹了基于GSM的油罐車監(jiān)測系統(tǒng)設計。該系統(tǒng)通過使用GPS和傳感器技術，能夠實時監(jiān)測油罐車的實時位置、車速、油量以及溫度等信息，并將這些信息通過GSM網(wǎng)絡傳輸?shù)椒掌魃线M行處理。通過對這些信息的分析和處理，可以有效地提高油罐車的管理效率和安全性。在系統(tǒng)設計中，我們主要采用了AT指令控制芯片、傳感器和GSM模塊等技術。其中，AT指令控制芯片負責與GSM模塊之間的通信。通過這些技術的協(xié)同作用，我們成功地實現(xiàn)了油罐車的實時監(jiān)測。在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，我們還存在一些問題。首先，由于GSM網(wǎng)絡的限制，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度較慢，需要對數(shù)據(jù)進行壓縮和優(yōu)化，由于傳感器的靈敏度和可靠性不同，可能會導致數(shù)據(jù)的誤差和不穩(wěn)定性。在未來的工作中，我們將繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)設計，解決現(xiàn)有問題。首先，我們可以采用更高效的數(shù)據(jù)傳輸技術，如4G網(wǎng)絡和NB-IoT等技術，以提高數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性。其次，在實現(xiàn)GPS定位功能時，我們可以結合其他定位技術，如北斗衛(wèi)星定位、慣性導航等技術，以提高精度和可靠性。最后，我們還可以通過引入更加高精度和可靠的傳感器，以提高油罐車監(jiān)測系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性?？傊?，基于GSM的油罐車監(jiān)測系統(tǒng)設計是一項具有廣泛應用前景的技術。通過不斷地創(chuàng)新和優(yōu)化，我們相信這項技術將會在未來得到進一步的發(fā)展和應用。

參考文獻[1]魯鵬，黃道濤．油罐車運輸安全分析及對策研究[J]．中國