基于STM32單片機的汽車遠程監(jiān)測系統(tǒng)

-1-第1章緒論1.1課題研究目的及意義汽車的高速發(fā)展，也是因為現(xiàn)代人們的生活水平快速提升。人們的生活水平提升就帶來了對生活品質的更高的需求。而作為汽車的選擇，不僅僅是看汽車的動力指數(shù)，還要看他的功能性，很多汽車的實用性功能也是人們所要關注的。最開始的汽車動力，汽車的安全性還有駕駛的舒適性，這都是人們要考慮的東西。同時也給人們帶來了很多的選擇。汽車的高速發(fā)展，還有各個汽車公司的進行產(chǎn)品的競爭設計，汽車產(chǎn)品的功能也是從最開始的照明，還有自動雨刷這些基礎功能，逐漸的發(fā)展成剎車的防抱死功能，主動剎車功能，還有無鑰匙進入功能，還有汽車的自動泊車功能，座椅的加熱功能，座椅的通風功能，座椅的按摩功能等等，這些功能都主要是為了提升功能汽車的品質生活，提高產(chǎn)品的核心競爭力。所以現(xiàn)在人們對可以使用手機進行檢測汽車的各種數(shù)據(jù)，這樣就可以不用人到汽車內(nèi)就可以得到各種信息。1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀最近由于國際局勢的大環(huán)境，以及科技的發(fā)展。新能源領域上，新能源汽車的發(fā)展也搭上了智能化的春風?，F(xiàn)在新能源汽車在國家的政策扶植下，我國的新能源汽車發(fā)展的速度很快，逐漸的成為了世界的領軍地位[1]。我國的新能源汽車，以及汽車的智能化發(fā)展已經(jīng)是處于遙遙領先的地位，在智能汽車的駕駛輔助領域上，以L2級別的駕駛輔助技術應用最廣，據(jù)相關數(shù)據(jù)預測，當?shù)?025年的時候，我國的L2駕駛輔助技術滲透率能達到50%藝術，到2030年車路協(xié)同將成為一個萬億級別市場[2].在最近的中國汽車研究大會上，各方學者專家都對我國的智能領域汽車發(fā)展方向提出自己的暢想，我國的信息研究專家介紹，我國目前已經(jīng)上路的L2輔助駕駛技術已經(jīng)上路的汽車就能達到800萬臺以上，這個市場的滲透率能達到30%以上[3]。證明我國對于輔助駕駛技術的認可度還是很高的，同時也證明我國市場領域具有很大的輸出空間。同時根據(jù)我國的鄉(xiāng)村和住房建設司副司長所說，我國已經(jīng)在16各城市進行2000對個重點道路的設置，也進行相關的全自動駕駛，也就是人們所定義的L4駕駛。L4的駕駛是完全可以進行無人駕駛的技術。目前已經(jīng)累計測試超過2700萬公里，為了以后的更加智能化打下了基礎[4]。1.3國外研究現(xiàn)狀在西方發(fā)達國家的科技發(fā)展當中，對于自動駕駛技術的研究是很早就開始。首先提出的是美國進行自動駕駛技術，美國想要實現(xiàn)無人駕駛技術，這樣無人駕駛汽車可以進行自動駕駛[5]。但是最開始的時候，由于人們對于無人駕駛的不信任，所以對于無人駕駛汽車的技術只停留在理論研究，并沒有進行實際測試。但是隨著科技的發(fā)展，以及高速公路的普及，因為高速公路大家都可以用很快的速度進行行駛，而且在高速公路上的車況很少，十分有利于無人駕駛技術的使用[6]。所以在80年代的時候，美國的很多大學都進行相關研究，尤其是美國的卡耐基梅隆大學進行自動駕駛技術設計，在當時已經(jīng)成功的進行了5000km的實驗。而且整個測試過程可以是十分完美的，也給后續(xù)的安全測試打下一定的基礎[7]。意大利的科學家也進行了相關的無人駕駛技術開發(fā)。意大利的科學家進行設計無人駕駛智能汽車進行了2000km的測試。而且無人駕駛的里程也達到了好多的占比[8]。而且美國的智能計劃由國防部提出的并且進行了相關的設計，在這個設計當中計劃生產(chǎn)數(shù)十臺無人駕駛的汽車在日本進行測試，同時日本的自動駕駛技術也是通過這次無人駕駛進行了相關提升。通過參與這次測試，日本也將本國的自動駕駛技術提升了一大步。而且在后期的整車調試也得到了核心的技術[9]。韓國的無人駕駛技術也是走出了自己的特殊，通過顏色識別，圖像識別進行了相關環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，可以實現(xiàn)汽車的自動避障功能，交通信號的自動采集功能。同時無人自動駕駛技術也是進行了多次的測試，每次測試結果還是很令人滿意的[10]。同時，對于汽車的智能化，還設計了對于汽車的各個傳感器數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計的能力，這個數(shù)據(jù)的檢測，這樣當汽車出現(xiàn)相關問題時就可以及時的進行解決[11]。智能汽車控制系統(tǒng)是當前汽車市場的熱門話題，其核心技術是芯片技術。為了滿足市場需求，各大芯片廠商加強了對汽車控制芯片的集成化專用化研究[12]。目前，生產(chǎn)汽車控制芯片的廠商主要集中在國外，包括恩智浦公司（NXP）、微芯公司（Microchip）、德州儀器公司（TI）、艾特梅爾公司（Atmel）等半導體芯片公司[13]。其中，恩智浦公司（NXP）是最早提出智能汽車控制芯片技術方案的公司，其技術方案采用PCF7952或者PCF7953為車控制的微處理器芯片，提高高靈敏度的信號接收器，支持低功耗的8位簡單指令集，并且對數(shù)據(jù)信息的傳輸提供加密解密技術。然而，該技術方案成本較高，市場占有率較小?，F(xiàn)在，智能汽車控制系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車控制研究領域的熱點之一[14]。同時智能駕駛技術的芯片還有新的安裝技術，不僅僅是給使用者帶來了利好，也給各大車商帶了重大利好。因為通過新技術的引用，可以減少成本，從而獲得更多的利潤[15]。我國的電子信息技術這些年得到了高速的發(fā)展，使得我國的電子信息技術與國外的差距越來越小，尤其在軟件的設計方面，我國與國外的設計技術甚至已經(jīng)完成了反超，但是在硬件制造領域上，我國與國外還是有不小的差距距[16]。尤其是硬件的制造能力，我國國內(nèi)優(yōu)秀的廠商已經(jīng)可以設計出更好的芯片，但是由于國能的制造廠商沒有辦法滿足國內(nèi)設計的硬件制造水準，所以這個成為了我國過能廠商的弊端，而且國內(nèi)的新能源新希望汽車制造廠商與國內(nèi)高效的聯(lián)系也不緊密，尤其是我國的頂尖大學，往往得不到汽車廠商的支持，使得我國國內(nèi)高校得不到一手的設計信息，也導致國內(nèi)大學沒有足夠的資本去進行研究，同時汽車廠商也拿不到最新的技術進行產(chǎn)品升級，這樣就進入了各種怪圈，而且當科技技術沒有提升上去，我國國內(nèi)廠商就不得不陷入高成本買技術的境地，這樣國內(nèi)的汽車成本完全講不下去，也導致我國國內(nèi)新能源車企沒有國外汽車具有品牌的競爭力[17]。1.4本設計研究主要內(nèi)容本本設計采用以STM32單片機為基礎，使用傳感器和無線通信技術，設計一個汽車遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)：通過震動檢測車輛是否被毀，通過傳感器檢測車門是否關閉，車床天窗等是否關閉，通過壓力傳感器檢測汽車胎壓，定位監(jiān)測、以無線的形式傳輸?shù)绞謾CAPP中，同時還設置了一鍵報警求救功能，當車內(nèi)有情況時，一鍵報警，會在APP中提示。第2章技術選擇2.1單片機的選取方案一：STC89C51單片機STC89C51RC是一款高性能的單片機，它的內(nèi)核采用的是8051,，最高工作時鐘頻率可達80MHz。該單片機內(nèi)置4KBytes的Flash只讀存儲器，可進行1000次重復擦寫。同時，STC89C51RC兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)和80C51引腳，內(nèi)部集成通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元。此外，STC89C51RC系列單片機以8051為核心，采用高速低功耗8051單片機，采用全新的流水線/精簡指令集結構，內(nèi)置MAX810專用復位電路，具有出色的性能表現(xiàn)。方案二：STM32F103C8T6單片機因為STM32系列單片機的內(nèi)核采用的是ARM公司的基礎內(nèi)核，所以它的功能效率更加優(yōu)秀，而且由于內(nèi)置的高性能內(nèi)核，使得它可以32位的工作模式。而且還具有以下的特點：1.串行單線JTAG調試口下載接口具有十分常見的JTAG調試口，這個調試口可以采用在線調試的功能，而且利用單片機的內(nèi)部電路可以十分方便的進行調試，而且調試工具在市面上很容易就能找到，價格低廉。2.豐富的通信接口STM32是一款功能強大的單片機，不僅支持SPI串口通信，而且具有3個SPI接口，每個接口速度都非?？?，可以快速傳輸大量數(shù)據(jù)。此外，STM32還支持DMA，用戶可以通過軟件進行相關配置，無論是SPI還是I2C傳輸，都可以完美地完成數(shù)據(jù)傳輸。另外，STM32還支持外部SD卡的數(shù)據(jù)存儲和讀取。此外，STM32還具有5個USART接口，可以構成與外部數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾涌?，通信波特率可根?jù)實際需要進行設置，并且支持DMA。在本系統(tǒng)中，STM32與許多外部模塊相連接，例如GSM/GPRS模塊、GPS/北斗模塊、攝像頭模塊、RTC模塊、CAN總線模塊以及兩個主控芯片ARM之間的通信等等。3.豐富的IO口資源STM32單片機的IO口也是十分豐富的。包括了各種功能的I/O口。各個引腳口是單片機與系統(tǒng)外圍電路信息傳遞的重要接口。這些IO口可以通過高低電平進行相關的數(shù)據(jù)傳輸。同時因為STM32具有相當豐富的配置庫，可以根據(jù)功能不同進行不同的配置，例如可以進行上拉配置，也可以進行下拉配置，也可以進行懸浮配置進行等待數(shù)據(jù)的輸入。同時因為每個IO引腳都可以輸出5V，這樣一些不需要很大電流的工作硬件，就可以使用IO口提供一個安全的5V電壓進行供電。在本文當中，就采用了很多地方，想蜂鳴器的控制，各個電源控制，都是使用了IO口的供電功能。4.定時器和看門狗功能STM32具有很強大的定時器和看門狗功能，這些功能都是STM32的巨大優(yōu)勢。這種優(yōu)勢表現(xiàn)在他具有8個定時器，其中1，8計時器的功能室特殊計時器的功能，2－5是通用計時器，6，7是專用的計時器，而且通用定時器還具有分頻器的功能。將定時器的檢測位數(shù)進行盡可能多的分頻，由于STM32的功能限制，加上分頻器的功能進行輔助，可以完成從1到65536之間任意進行分頻。同時雖然有這么多的定時器，但是每一個定時器的功能都是獨立的，完全不受任何一個定時器的感染。同時每個定時器都是用來進行設計單片機輸出PWM波形，或者其他的控制信號。同時STM32也具有兩個看門狗，看門狗的功能就是當系統(tǒng)出現(xiàn)問題，人沒有及時發(fā)現(xiàn)的時候?？撮T狗程序就會自動的重新啟動程序，防止系統(tǒng)出現(xiàn)不可靠的結果。5.快速的中斷處理通過以上詳細的說明，結合整體的功能與現(xiàn)實環(huán)境。選用方案二進行系統(tǒng)的設計，因為STM32F103VC是具有很多優(yōu)點，相比較于STC89C51的處理速度以及可靠性上都有很大的優(yōu)勢。圖2.1STM32單片機實物圖2.2顯示模塊的選擇顯示器方面，在顯示模塊上有兩種方案可以選擇，一種是常用的LCD顯示模塊，一種是最近比較流行的OLED顯示模塊，這兩種顯示模塊各有各的優(yōu)缺點，具體信息如下：方案一OLED顯示模塊:OLED顯示模塊，又叫做有機發(fā)光二極管，他是近幾年被研發(fā)出來的新型顯示模塊，具有可以自發(fā)光，不需要背光調試的有點。而且由于可以自發(fā)光，所以他的發(fā)光角度寬，顯示的亮度更加的優(yōu)秀，同時因為不需要背光進行調節(jié)，可以大幅度的減小顯示模塊的厚度。而且使用的溫度也不苛刻?，F(xiàn)在受到越來越多人的喜愛。但是OLED也具有造價過于昂貴的特點，因為它采用的材料更貴，造價就更貴。雖然它的自發(fā)光優(yōu)點可以大幅度的提高顯示分辨率，但是將它使用在大屏幕的時候不僅成本是跟高，顯示的效果缺沒有LCD顯示的效果好，方案二LCD1602顯示屏：LCD的顯示原理就是利用電壓去驅動液晶電路進行排序，根據(jù)不同的驅動信號，液晶分子就可以按照人們想要的順序去排列。當然為了能使得顯示的圖片更加清晰，就一定要增加透光遮光的顯示層，這個現(xiàn)實層一般是采用三色的濾光層進行顯示。通常情況下，根據(jù)液晶分子可以自由流動的特點，通過電壓給分子進行相關激勵，這樣液晶就會產(chǎn)生一個光學的顯示。當電壓扯去以后，液晶分子還會回到原先的狀態(tài)，這樣就可以反復的去顯示數(shù)據(jù)。LCD顯示屏具有一下的優(yōu)點：1.顯示質量高LCD顯示模塊的顯示亮度是恒定的，而且布局合理，顯示的狀態(tài)也不是頻閃的，對人體去識別十分具有優(yōu)勢。2.數(shù)字式接口LCD1602顯示的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)字信號進行傳輸，這樣的優(yōu)點就是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準確，而且與單片機鏈接十分方便。3.體積小、重量輕整個顯示屏的體積可以控制到很小，這樣使用起來就很方便。而且因為體積小導致它的重量也很輕。4.功耗低因為液晶的驅動耗能特別小，而LCD1602的主要耗能就是通過驅動液晶耗掉的，所以完全可以說液晶顯示電路的功耗特別低。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，雖然OLED顯示屏的技術更加的先進，但是由于本系統(tǒng)追求的是更好的適用性，所以LCD1602具有不可替代性。它的功耗，它的易用性，它的成本低，都是趨勢本系統(tǒng)選擇的原因，實物圖如圖所示。圖2.2LCD1602實物圖2.3開關控制模塊的選擇方案一步進電機：而步進電機由于其精度高、步長高、精密運動控制好等優(yōu)點，在機械手臂等精密控制領域得到了廣泛的應用。通過對該方案的具體情況進行了分析，認為該方案是一種高精度、低轉速的控制方式，采用步進電機對其進行精密的控制，確保了其穩(wěn)定、準確的轉速控制。方案二直流電機：直流電機根據(jù)命名規(guī)則可以知道，直流電機就是通過直流電供能的電極，直流電極是最常用的電機之一。他可以講電能轉換成機械能，主要的工作原理就是因為電流可以產(chǎn)生對應的磁場，在把電線放在兩個磁鐵之間，這樣當通電的導線具有磁場以后，就會進行旋轉，這樣就把電能轉換成機械能。根據(jù)不同的激勵方式，可以將直流電極分成自激勵，它激勵，還有永磁體這三大類。同時根據(jù)是導電線圈轉動還是磁鐵轉動也分為，定子，轉子，磁體等器件。最后，本文將兩種方法進行了比較，得出結論：采用二種方法，其穩(wěn)定性較好，較適用于本系統(tǒng)的設計。圖2.3直流電機實物圖2.4按鍵模塊的選擇型號一：小型自鎖開關自鎖開關就是每一次都會固定狀態(tài)，按下去以后它自己就鎖上了。就不會改變它自己的狀態(tài)，除非再次按下，這樣就會改變一次狀態(tài)。這種按鍵最常見的就是電源開關，因為電源開關要一直保持原有的狀態(tài)，那么自鎖開關就完全符合這個需求。我們常見的插排當中的那個電源開關就是自鎖開關的一種。圖2.4自鎖開關實物圖型號二：小型微動開關微動開關的功能和自鎖開關正好是反過來的。微動開關按一次就有一個改邊信號，除非一直按下去，不然它就立刻變回原有狀態(tài)，一般這個原有狀態(tài)就是開的狀態(tài)。它一般是用在按鍵電路當中。因為按鍵電路是通過識別被按下的次數(shù)，來完成固定的功能，那么它就可以完美的完成這個功能，將微動開關與地想鏈接，按下一次就會有一個低電平信號觸發(fā)。圖2.5微動開關實物圖經(jīng)以上介紹，按鍵系統(tǒng)是單次觸發(fā)的，每一次按下都要使得單片機可以接受到信號，所以采用方案二微動開關。2.5報警模塊的選擇方案一：5V揚聲器揚聲器是一種將電信號轉換成聲音信號的裝置，這種裝置被廣泛的應用正在聲音信號的輸出。主要的工作原理就是利用不同的電壓信號去激勵紙盆進行振動，這樣紙盆的振動就產(chǎn)生了聲音信號。產(chǎn)生信號的好壞主要是和紙盆的好壞，還有電信號的處理狀態(tài)有關。圖2.6揚聲器方案二：5V蜂鳴器蜂鳴器的聲音轉換原理和揚聲器是差不多的，也是將電信號轉換成聲音信號。區(qū)別是蜂鳴器的顯示聲音并不是已顯示清晰的語音為目的，是已顯示高昂的，引人注意的音調為主要目的，所以它被經(jīng)常用在各種報警電路當中。圖2.75V蜂鳴器實物圖以為報警電路主要是發(fā)出聲音提示用戶系統(tǒng)出現(xiàn)問題，對于發(fā)出聲音的具體內(nèi)容并不是很重要，所以在選擇報警設備上，選擇了方案二，作為報警模塊。2.6震動傳感器的選擇圖2.8震動傳感器如圖2.8所示，振動檢測模塊主要是通過檢測導針與振動軸是否接觸到。當它接觸到的時候就是代表此時沒有振動產(chǎn)生，只要有振動產(chǎn)生那么振動軸就會發(fā)生振動，那么就不會與導針A或者B鏈接，那么整體電路就是斷路。這樣系統(tǒng)就可以檢測到整體發(fā)生了振動。整個振動傳感器的工作原理很簡單，但是使用起來確實是很方便。本方案采用的就是這種工作原理的震動傳感器模塊。2.7車門車窗檢測模塊的選擇車門是否關閉可以采用限位開關進行檢測，因為當車門關閉的時候，就可以驅動限位開關閉合，這樣只要檢測限位開關的狀態(tài)就可以確定當前車門是否關閉。下圖為限位開關的實物圖。圖2.9限位開關車窗檢測是否關閉，再采用限位開關就有一些不合適，因為車窗的橫截面積比較小，去擠壓限位開關可能會出現(xiàn)誤觸發(fā)或者不觸發(fā)的可能。所以在車窗和天窗是否開合的模塊選擇，就采用了更加穩(wěn)妥的方案，采用光電開關進行識別是否關閉。下圖為光電開關的實物圖。圖2.10限位開關2.8胎壓檢測模塊的選擇由于胎壓就是輪胎內(nèi)的氣壓，所以選用了可以檢測到氣壓的檢測模塊，這款氣體檢測模塊具有高精度檢測效果。采用的是最常見的DIP封裝，這款封裝型號是可以講芯片的引腳完全表現(xiàn)出來。同時芯片內(nèi)部集成了大量電路，例如壓力傳感器，以及對于壓力傳感器的檢測電路，信號處理電路。甚至還內(nèi)部封裝了一個處理芯片，用來處理當前檢測到的壓力信號。這款壓力傳感器是被廣泛的應用在各種檢測壓力的領域上，例如胎壓檢測，握力檢測等。圖2.11胎壓檢測模塊2.9汽車定位傳感器的選擇根據(jù)功能的設計，要選用一款可以定位汽車的模塊。方案一，采用我國最先進的北斗定位系統(tǒng)，我國的北斗定位系統(tǒng)不僅具有更高精度的定位能力，還具有更快的反應速度。而且北斗定位系統(tǒng)現(xiàn)在被用在多設備的定位上。定位系統(tǒng)的本質就是對當前位置的具體定位。工作原理就是通過接受響應的衛(wèi)星信號進行位置的判斷。同時定位模塊的工作難點主要是集中在對于信號的傳輸過程，信號的傳輸過程決定了當前定位的準確℃。通過三個以上的衛(wèi)星傳遞過來的信息就可以進行相關位置的確定。確定的信息包括經(jīng)緯度，高度，當前時間等信息。每一個信息都是通過系統(tǒng)對于當前衛(wèi)星發(fā)來的信息進行的相關計算。方案二，選用GPS定位模塊（VK2828U7G5LF模塊）這款定位模塊在網(wǎng)上有廣泛的應用，而且資料更加的完善，所以選用該模塊作為汽車定位傳感器。圖2.12VK2828U7G5LF模塊2.10WiFi模塊的選擇最常見的WiFi模塊就是ESP8266，這款WiFi模塊是市面上最常見的應用最廣泛的WiFi模塊。這款WiFi模塊功耗低，性能好，被經(jīng)常用在需要用到WiFi通訊的模塊上。例如智能安防的信息傳輸，智能樓宇的用戶交流，智能家居的遠程聯(lián)網(wǎng)，這些都是使用這款WiFi模塊。同時它也在小小的模塊當中集成了超級多的功能。集成了一個32位的單片機進行數(shù)據(jù)的處理，同時也有數(shù)據(jù)傳輸和接受的天線。對于標準的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議也是完全滿足的。同時網(wǎng)上的鏈接協(xié)議站都是最全，最新的。使用者可以通過這個WiFi模塊，將它的系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡當中。同時它也具有一下的優(yōu)點。（1）工作電壓滿足3.3V就可以工作；（2）引腳的輸出最大電流可以達到12mA；（3）NRST引腳的輸出規(guī)則可以進行自定義，即可以定義低電平有效，也可以定義高電平有效；（4）同時WiFi模塊還具有升級的功能，可以通過識別引腳的高低電平，來進行識別當前的工作模式。（5）還具有與外界通訊的功能，下圖為WiFi模塊的實物圖。圖2.13ESP8266模塊2.11開發(fā)環(huán)境介紹程序是使用Keil5軟件進行的軟件設計，這款軟件是嵌入式單片機最常用的軟件之一，如圖2.14所示。圖2.14keil5軟件編程界面系統(tǒng)總體設計3.1整體的方案設計整體方案是通過單片機作為主控芯片，這樣根據(jù)單片機將各個模塊檢測的數(shù)據(jù)進行分析，然后再將檢測的數(shù)據(jù)進行相關分析與處理。這樣就可以實現(xiàn)將汽車的相關數(shù)據(jù)傳輸給手機app。具體工作內(nèi)容是：通過震動模塊檢測汽車是否發(fā)生移動，通過車門檢測模塊檢測當前車窗狀態(tài)，通過胎壓檢測模塊檢測輪胎的胎壓，通過定位模塊檢測汽車的位置，通過按鍵模塊進行系統(tǒng)的設置。這些數(shù)據(jù)傳輸給單片機以后，單片機進行處理數(shù)據(jù)，并且將這些數(shù)據(jù)傳輸給顯示模塊，當檢測到某些數(shù)據(jù)超出設定值，單片機就會觸發(fā)報警模塊，以及可以通過天窗驅動進行控制天窗開關，也可以通過車門驅動控制模塊來控制車門的狀態(tài)。整體的數(shù)據(jù)通過單片機與wifi模塊將這些數(shù)據(jù)傳輸給手機的app當中。下圖為基于單片機整體方案設計圖。圖3.1基于單片機整體方案設計圖3.2基本內(nèi)容本設計采用以STM32單片機為基礎，使用傳感器和無線通信技術，設計一個汽車遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)：通過震動檢測車輛是否被毀，通過傳感器檢測車門是否關閉，車床天窗等是否關閉，通過壓力傳感器檢測汽車胎壓，定位監(jiān)測、以無線的形式傳輸?shù)绞謾CAPP中，同時還設置了一鍵報警求救功能，當車內(nèi)有情況時，一鍵報警，會在APP中提示。主要設計硬件和軟件兩部分。在硬件設計部分，以STM32作為中心控制單元，負責數(shù)據(jù)處理和發(fā)送。微動開關、光電開關、壓力傳感器、震動傳感器、GPS模塊、顯示屏等采用相應的傳感器以及適合的設計方法。在軟件設計部分開發(fā)一個App,主要通過App進行控制。同時在App上顯示主要信息App通過WiFi熱點的形式連接模塊連接到硬件部分，通過手機APP可以實時查看檢測信息以及控制車窗開關等操作。主要模塊及功能如下：車門車窗檢測模塊：車門用微動開關來檢測，車窗和天窗用光電開關來檢測，車門、車窗、天窗各一個來替代，來檢測當前狀態(tài)。（1）檢測模塊的設計檢測模塊盡可能的選擇已有，成熟的模塊作為檢測模塊。因為成熟的檢測模塊，不僅具有完善的信息資料，而且外圍電路的設計也十分簡單。同時成熟的檢測模塊還可以輸出準確的數(shù)據(jù)。（2）按鍵模塊的設計按鍵模塊主要是信號的輸入端，起到將使用者想要輸入的信息，可以輸入到系統(tǒng)內(nèi)的作用。（3）驅動模塊的設計由于系統(tǒng)當中有兩個驅動模塊，所以就要進行驅動模塊的設計。需要選擇合適的驅動進行控制車窗和車門。（4）顯示方案的設計系統(tǒng)當中要選擇合適的顯示模塊，進行數(shù)據(jù)的顯示。因為根據(jù)整體的設計，是需要一個合適的顯示模塊，將系統(tǒng)所檢測的數(shù)據(jù)，充分的檢測出來。通訊模塊的設計本文系統(tǒng)當中主要的功能就是可以通過通訊模塊與手機進行連接，這樣使用者就可以遠程的檢測汽車當前狀態(tài)。系統(tǒng)硬件設計4.1顯示模塊的設計顯示模塊主要是要將檢測到的信息進行顯示，根據(jù)程序的設計，一共要顯示經(jīng)緯度信息，車輛開關信息，胎壓信息，車窗和車門關閉信息。詳細的顯示程序流程圖請參照下圖所示。開始開始程序初始化數(shù)據(jù)接收結束數(shù)據(jù)顯示圖4.1顯示流程設計4.2震動模塊的硬件設計根據(jù)上一章震動模塊的硬件設計可以知道，電路是將震動傳感器的信號放大以后傳輸給單片機的PB1引腳。所以軟件設計當中，只需要識別PB1引腳的電平變換就可以。詳細的設計流程圖請參照下圖所示。開始開始程序初始化采集PB1引腳電壓平結束單片機識別圖4.2震動檢測流程設計4.3車門，車窗關閉模塊的硬件設計根據(jù)硬件的設計，這三部分的檢測模塊分別與單片機的PB7，PB8，PC13連接。分別起到的功能是，單片機的PB7-8是車窗，天窗的檢測，當這兩個引腳變成高電平的時候就代表車窗和天窗是關閉的，反之就是打開的。而單片機的PC13腳檢測的是車門的開關，當這個引腳是低電平的時候，就代表此時車門已經(jīng)關閉。詳細的設計流程圖請參照下圖所示。開始開始初始化檢測門窗狀態(tài)結束報警是否關閉？NOYSE圖4.3車窗車門檢測流程圖4.4胎壓檢測模塊硬件設計由于選用的STM32單片機自帶AD轉換器，是一個十位轉換，分成高八位和低二位。編寫程序時，我們首先需要選擇相應的通道，打開8路通道，還需要能夠清除前一次的數(shù)據(jù)。當然，十位的寄存器也需要選擇相應的移位與或運算。因為傳感器本身的系統(tǒng)設計，可以通過查閱硬件手冊獲得信息，我們是要將檢測到的數(shù)據(jù)，通過數(shù)學公式進行相關的校準。因為單片機的最大工作能力，我們最大的測試速度只能達到150mm/s，但是能由于通過AD轉換，只能轉換成10進制，所以對于150mm/s就需要將數(shù)據(jù)進行修正，通過計算可以得到，修正的參數(shù)為0.147，然后我們就可以將測試程序靠近單片機進行測試，這個測試的過程是得到數(shù)據(jù)進一步的進行校準，最后經(jīng)過多次數(shù)據(jù)的校準，得到準確的計算公式，下圖為胎壓檢測模塊軟件流程圖。開始開始初始化接受數(shù)據(jù)結束數(shù)據(jù)轉化數(shù)據(jù)分析圖4.4胎壓檢測流程圖4.5定位檢測模塊硬件設計定位檢測模塊采用的是vk2828u7g5lf，該芯片采用的也是串行通信的數(shù)據(jù)傳輸方式，定位檢測模塊采用的是數(shù)據(jù)傳輸模式。也就是定位檢測模塊可以檢測到當前的位置，然后通過串口進行數(shù)據(jù)傳輸。下圖為定位檢測模塊流程圖開始開始初始化串口連接結束數(shù)據(jù)通信圖4.5定位檢測模塊軟件流程圖4.6天窗，車門驅動模塊硬件設計天窗，車門驅動采用的是兩個直流電機進行控制，軟件的設計主要是通過控制驅動芯片L293D來控制兩個直流電機。下圖為天窗，車門驅動模塊軟件設計。開始開始初始化功能識別結束電機正轉/反轉圖4.6天窗，車門驅動模塊軟件流程圖4.7按鍵模塊的設計根據(jù)硬件按鍵功能的設計，在軟件上將各個功能進行完善。詳細的按鍵設計流程圖請參照下圖所示。開始開始初始化結束按鍵掃描按鍵識別按鍵1按鍵2按鍵3按鍵4按鍵5緊急報警模式切換數(shù)據(jù)加數(shù)據(jù)減改變汽車狀態(tài)圖4.7按鍵流程圖第5章系統(tǒng)軟件設計軟件設計就是為了使得硬件電路可以正常工作的設計，因為不同的硬件采集模塊輸出的信號也不相同，如果在硬件之間進行信息通訊的話，就會造成很大的麻煩，而將這些信息統(tǒng)一的給單片機輸入，然后再通過單片機中軟件的設計，進行數(shù)據(jù)處理，那么就會得到很好的結果。為了維持軟件的高效、穩(wěn)定，通常需要遵守以下原則。1、盡量降低擴展接口與內(nèi)部各模塊之間的復雜度；2、模塊之間的獨立性應該增強，這樣后期維護比較方便；3、當軟件系統(tǒng)規(guī)模比較大的時候，應該努力提升軟件系統(tǒng)的可靠性。當軟件的可靠性越高，那么它抗衡問題故障的能力自然也就越強，硬件的可靠性能的影響因素主要是物理作用機理衰變和老化，而軟件可靠性的干擾因素最重要的是整體設計與實現(xiàn)。故而，軟件的可靠性和耐久性應該在設計階段就確定下來，生產(chǎn)與測試階段再考慮就為時已晚了。4、軟件系統(tǒng)的健壯性突出了軟件設計者的設計能力。

5、易讀性是可靠性、可修改性的關鍵前提。易讀性不僅僅指文檔清晰明了，關鍵是要結構簡單。這充分考驗了軟件設計者的觀察力、創(chuàng)造力、理解力。6、高效性

，決定高效性的因素主要是代碼運行的時間和占用內(nèi)存的大小。當然，在滿足項目需求的情況下，占用內(nèi)存越小越好。5.1主程序的設計按照系統(tǒng)的功能設計，詳細地畫出了系統(tǒng)的主要流程。具體內(nèi)容見下面的圖表。開始開始初始化位置檢測并顯示胎壓檢測并顯示車輛狀態(tài)檢測并顯示胎壓是否超范圍？進行報警繼續(xù)檢測是否超過振動限定？結束進行報警車窗側門是否關閉？進行報警YSENOYSENOYSENO圖5.1主流程圖設計5.2WiFi模塊軟件設計串口通訊（SerialCommunications）是一種簡單的數(shù)據(jù)傳輸方式，它采用按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)的方式。與并行通信相對，串口通信只需要一根線傳輸數(shù)據(jù)，每次只能傳輸一個位，因此傳輸一個字節(jié)需要傳輸8次。單片機的串口（USART）有接收和發(fā)送端，其中RX用于接收數(shù)據(jù)，TX用于發(fā)送數(shù)據(jù)。通過串口通信，兩個單片機可以進行數(shù)據(jù)傳輸。在WiFi與STM32之間的數(shù)據(jù)傳輸中，采用了串口通訊方式。下圖為WiFi軟件流程圖。開始開始初始化串口連接結束數(shù)據(jù)通信圖5.2WiFi檢測流程圖5.3串口數(shù)據(jù)調試根據(jù)系統(tǒng)的設置，需要將檢測到的所有數(shù)據(jù)通過串口傳輸給手機，這個時候就要將檢測到的各個數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)的軟件程序進行設定，這樣才可以在手機上正確的顯示，根據(jù)查閱資料將下列信息進行處理：voidUart_Send_dat(){ uartdat_byte(1,"Data,"); if(Press>999) uartdat(1,0x30+Press/1000%10); else uartdat_byte(1,""); uartdat(1,0x30+Press/100%10); uartdat(1,0x30+Press/10%10); uartdat_byte(1,"."); uartdat(1,0x30+Press/1%10); uartdat_byte(1,","); if(Press_H>999) uartdat(1,0x30+Press_H/1000%10); else uartdat_byte(1,""); uartdat(1,0x30+Press_H/100%10); uartdat(1,0x30+Press_H/10%10); uartdat_byte(1,"."); uartdat(1,0x30+Press_H/1%10); uartdat_byte(1,","); //--壓強壓強閾值12 uartdat(1,0x30+jing_du/1000%10); uartdat(1,0x30+jing_du/100%10); uartdat(1,0x30+jing_du/10%10); uartdat_byte(1,"."); uartdat(1,0x30+jing_du/1%10); uartdat_byte(1,","); uartdat(1,0x30+wei_du/100%10); uartdat(1,0x30+wei_du/10%10); uartdat_byte(1,"."); uartdat(1,0x30+wei_du/1%10); uartdat_byte(1,","); //--經(jīng)緯度值34 if(Car.Door==0) uartdat_byte(1,"0,"); else uartdat_byte(1,"1,"); if(Car.Window==0) uartdat_byte(1,"0,"); else uartdat_byte(1,"1,"); if(Car.Sky==0) uartdat_byte(1,"0,"); else uartdat_byte(1,"1,"); //--車門車窗天窗567 if(ShockTime==0) uartdat_byte(1,"0,"); else uartdat_byte(1,"1,"); if(Car.Police==0) uartdat_byte(1,"0,"); else uartdat_byte(1,"1,");//--震動緊急報警89 uartdat(1,0x30+key_set/1%10); uartdat_byte(1,","); //--按鍵設置10 33 if(Car.State==0) uartdat_byte(1,"0,"); else uartdat_byte(1,"1,");//--汽車狀態(tài)11 if(Press>Press_H) uartdat_byte(1,"0,"); else uartdat_byte(1,"1,");//--胎壓狀態(tài)12 if(Press_L>999) uartdat(1,0x30+Press_L/1000%10); else uartdat_byte(1,""); uartdat(1,0x30+Press_L/100%10); uartdat(1,0x30+Press_L/10%10); uartdat_byte(1,"."); uartdat(1,0x30+Press_L/1%10); uartdat_byte(1,","); //--壓強壓強閾值12 if(Press<Press_L) uartdat_byte(1,"0,"); else uartdat_byte(1,"1,");//--胎壓狀態(tài)12 uartdat_byte(1,"\r\n");}第6章系統(tǒng)測試本章重點介紹了本系統(tǒng)的最終測試部分。對各種功能進行測試，并依據(jù)實際反饋結果對其進行功能檢驗。這是最后一步，也是最關鍵的一步。這一章是對上一章的一次測試，通過實際的生產(chǎn)，以驗證硬件和軟件的流程是否正確。6.1軟件測試Keil5軟件在程序編寫完成后，可以使用自帶的編輯調試功能進行軟件程序的檢查。如下圖箭頭所示，當程序編寫完成后可以按下箭頭所指的第一個按鍵，對程序進行編譯。這個時候，如果程序有沒有問題，有問題的話會有多少個，都會在圖6.2顯示出來。圖6.1調試按鍵圖6.2編譯結果如圖6.2所示，程序的軟件編譯結果顯示沒有錯誤，那就可以將軟件進行聯(lián)合編譯，同時輸出可執(zhí)行文件，這個功能就是按下圖6.1的第二個按鍵。此時就會生成一個可以通過USB串口傳輸給單片機的.Hex文件。下圖為聯(lián)合編譯的輸出結果。圖6.3聯(lián)合編譯輸出結果在保存程序輸出的文件夾當中，找到STM32.hex文件,將這個文件下載到STM32單片機中就可以了。圖6.4STM32.hex文件所在位置6.2實物制作在電路設計中，涉及到的模塊通常不止一種，而是包括多個模塊，例如傳感器模塊、單片機模塊、顯示報警模塊等。由于這些模塊之間的相互作用和影響，調試過程較為繁瑣，不確定因素也較多。為了避免各模塊之間的干擾，通常采用分塊調試的方法，即將整個電路分成若干個模塊進行獨立調試，最終再將各個模塊組合起來進行整體調試。在電路安裝完成后，必須進行以下調試前的檢查工作。首先要檢查連線情況，包括錯接、少接和多接等連線錯誤。可以直接對照電路原理圖進行檢查，也可以以元器件為中心逐一檢查引腳的連線情況。為確保連線的可靠性，還可以使用萬用表電阻檔進行連通檢查。在檢查過程中，還要注意硬件焊接的質量，檢測元器件的好壞以及各個硬件模塊功能是否正常。這些檢查工作的目的是為了確保電路的連通性和穩(wěn)定性，避免在調試過程中出現(xiàn)不必要的問題。在完成以上檢查并確認無誤后，方可進行通電調試。但在此之前，務必注意電源的正、負極性不能接反，并檢查電源輸入端與公共接地端間是否存在短路。這些注意事項的目的是為了避免電路短路或損壞，確保調試過程的安全性和順利性。在通電調試過程中，需要逐一測試各個模塊的功能是否正常，以及模塊之間的相互作用是否符合設計要求。如果出現(xiàn)問題，需要逐一排查，找出問題所在并進行修復。只有在所有模塊都調試完畢且整個電路運行正常后，才能進行下一步的應用和測試。圖6.5實物圖6.2.1顯示測試顯示測試主要是看顯示數(shù)據(jù)是否亂碼，同時顯示的數(shù)據(jù)要準確，清晰。根據(jù)軟件的設計，第一行顯示經(jīng)緯度，以及汽車的當前狀態(tài)，第二行顯示胎壓和車窗和天窗的開關狀態(tài)。請參照下圖所示。圖6.6屏幕測試圖6.2.2按鍵調節(jié)設置通過按鍵可以進行相關的數(shù)據(jù)設置和操作，詳細的按鍵檢測請參照下圖所示。下圖測試的是胎壓的上下限定。圖6.7上限測試圖6.2.3車窗天窗檢測測試通過兩個光電開關進行模擬檢測車窗和天窗關閉狀態(tài)，在測試當中，選用了盒子去遮擋一下亮光光電開關，這樣就可以得到車窗和天窗關閉的狀態(tài)信號，同時也可以在顯示屏上顯示，測試方法采用將車窗傳感器遮擋，天窗傳感器未遮擋的情況，具體測試如下圖所示：圖6.8實物測試圖6.2.4胎壓檢測模塊測試根據(jù)測試不同壓強的結果來證明胎壓檢測模塊正常工作，這里測試的時候采用了針管擠壓空氣來產(chǎn)生不同的氣壓進行檢測，具體測試圖如下圖所示。圖6.9胎壓測試圖6.2.5WiFi模塊測試根據(jù)功能設定，需要將數(shù)據(jù)通過WiFi傳輸給手機，同時也可以通過手機對系統(tǒng)進行設置。首先將手機與系統(tǒng)的WiFi進行連接。系統(tǒng)的WiFi名為：TendDaDianZi。連接完成以后打開手機軟件“WiFi”就可以看見手機的控制界面，同時按動手機控制界面，系統(tǒng)有相關反應，證明WiFi模塊是正常工作的。下圖為WiFi的手機控制界面。圖6.10WiFi測試圖6.2.6天窗和車門驅動模塊測試采用了兩個直流電機進行模擬驅動天窗和車門，所以對于天窗和車門的具體驅動測試，就是通過驅動直流電機正轉反轉進行測試。下圖天窗和車門驅動模塊檢測示意圖。圖6.11驅動模塊功能測試總結本課題詳細介紹了關于基于STM32的遠程汽車檢測的相關設計，市面上雖然已經(jīng)有相關的汽車遠程數(shù)據(jù)檢測技術，但由于體積大，成本高等特點，阻礙了大部分消費者的購買欲望，所以，本設計的開發(fā)，一方面對單片機今后的發(fā)展，不同領域的延伸等等，有著重要的發(fā)展意義，同時又對汽車行業(yè)起到很大的輔助意義。硬件設備應用到了STM32最小系統(tǒng)板、紅外線傳感器、氣壓檢測傳感器、振動檢測模塊、顯示模塊，報警模塊，WiFi模塊等。在軟件的使用上，電路圖的繪制應用AltiumDesigner，程序的編譯編寫應用KeiluVision5。并且還創(chuàng)新的應用了手機app編程軟件，將手機端的WiFiapp進行了圖形化的設計。本設計采用以STM32單片機為基礎，使用傳感器和無線通信技術，設計一個汽車遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)：通過震動檢測車輛是否被毀，通過傳感器檢測車門是否關閉，車床天窗等是否關閉，通過壓力傳感器檢測汽車胎壓，定位監(jiān)測、以無線的形式傳輸?shù)绞謾CAPP中，同時還設置了一鍵報警求救功能，當車內(nèi)有情況時，一鍵報警，會在APP中提示。參考文獻[1]單承贛，單玉峰，姚磊.射頻識別（RFID）原理與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2020.[2]鄔明寬.CAN總線原理和應用系統(tǒng)設計[J].2021.[3]李羅,盧建剛.KEELOQ加密算法在硬件加密中的應用[J].電子技術應用,2019,32(9):42-43.[4]陳偉,唐厚君,沈會.基于PIC16F886單片機的KEELOQ防盜系統(tǒng)設計[J].電氣自動化,2022,34(6):74-75.[5]RajiRS.Smartnetworksforcontrol[J].Spectrum,IEEE,2020,31(6):49-55.[6]RawalA.RFID:TheNextGenerationAuto-IDTechnology-Areviewofradiofrequencyidentificationtechnology,includingitssuccessesandchallenges[J].MicrowaveJournal;Internationaled,2019,52(3):58.[7]AltmanZ,MittraR,BoagA.Newdesignsofultrawide-bandcommunicationantennasusingageneticalgorithm[J].AntennasandPropagation,IEEETransactionson,2020,45(10):1494-1501.[8]ABR,BJT,CSKS.Stochasticmodellingandanalysisofmobilitymodelsforintelligentsoftwaredefinedinternetofvehicles[M].Wiley,2021.[9]OmeizaD,AnjomshoaeS,WebbH,etal.FromSpokenThoughtstoAutomatedDrivingCommentary:PredictingandExplainingIntelligentVehicles'Actions[J].2022.[10]趙烽.KEELOQ加密算法安全性探究[J].信息網(wǎng)絡安全,2021(8):29-31.[12]薛巨峰,喬鵬.基于KEELOQ技術的遙控門禁系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].電子技術應用,2021,39(2):45-47.[12]程和生.被動門禁系統(tǒng)的設計及關鍵技術的研究[D].安徽:合肥工業(yè)大學,2021.[13]肖軍.傳感器在汽車中的應用和發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)工程,2019,12(12):20-21.[14]雷雙江.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的移動機器人循跡控制[J].機床與液壓,2020,41(3):99-101.[15]劉海超,劉紅旗,馮明,等.智能汽車集成式線控制動系統(tǒng)傳動機構優(yōu)化設計[J].機械工程學報,2022,58(20):11.[16]臧勇,蔡英鳳,孫曉強,等.基于可拓博弈的智能汽車軌跡跟蹤協(xié)調控制方法研究[J].機械工程學報,2022,58(8):14.[17]蔡英鳳,俞學凱,陳龍,等.一種基于深度高斯過程的智能汽車動力學預測模型,訓練數(shù)據(jù)獲取方法,以及訓練方法:,CN202211063588.6[P].2022.#include"led.h"#include"delay.h"#include"sys.h"#include"usart.h" #include"usmart.h" #include"math.h"#include"lcd1602.h"#include"hcsr04.h"#include"exti.h"#include"key.h"#defineBEEPPBout(9)//PB9u8TxData[10];//發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)組externunsigned