基于感知的智慧道路檢測綜合控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要本項目是設(shè)計基于STM32的道路監(jiān)測綜合控制，使用MQ135空氣質(zhì)量傳感器及DHT11數(shù)字溫濕度傳感器檢測進行道路監(jiān)測綜合控制設(shè)計。通過應(yīng)用先進的感知技術(shù)，可以在城市道路上安裝智能感應(yīng)設(shè)備，如路燈和墻壁節(jié)點，并通過內(nèi)置的傳感器模塊和無線傳輸技術(shù)來實時收集交通、行人、通訊設(shè)備、空氣質(zhì)量和噪音等信息，從而實現(xiàn)道路監(jiān)控綜合系統(tǒng)的目標(biāo)。由于受到有限的經(jīng)濟和自然資源的限制，現(xiàn)代社會無法僅僅依靠傳統(tǒng)的路面拓寬技術(shù)就可以滿足人們的出行要求，因此，采取智能化的路面管理技術(shù)成為了一種可行的選擇.。采取這種技術(shù)，可以更加合理地配置路面，從而極大地改善現(xiàn)代城市的出行環(huán)境，并且可以顯著地提升出行的安全性。交通控制系統(tǒng)在近代社會中扮演著至關(guān)重要的作用，它不僅為城市交通提供了有力的支持，而且通過先進的信息和控制，為人們提供更便捷、更快速的交通服務(wù)，從而確保城市交通的有序運轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞：STM32；空氣質(zhì)量傳感器；行人ABSTRACTThisprojectistodesignaroadmonitoringcomprehensivecontrolsystembasedonSTM32,usingMQ135airqualitysensorandDHT11digitaltemperatureandhumiditysensordetectionforroadmonitoringcomprehensivecontroldesign.Byapplyingadvancedperceptiontechnology,intelligentsensingdevicessuchasstreetlightsandwallnodescanbeinstalledonurbanroads,andreal-timeinformationontraffic,pedestrians,communicationdevices,airquality,andnoisecanbecollectedthroughbuilt-insensormodulesandwirelesstransmissiontechnology,thusachievingthegoalofacomprehensiveroadmonitoringsystem.Duetolimitedeconomicandnaturalresources,modernsocietycannotrelysolelyontraditionalroadwideningtechnologytomeetpeople'stravelrequirements.Therefore,adoptingintelligentroadmanagementtechnologyhasbecomeafeasiblechoice.Byadoptingthistechnology,roadsurfaceconfigurationcanbemorereasonable,greatlyimprovingthetravelenvironmentofmoderncities,andsignificantlyimprovingtravelsafety.Trafficcontrolsystemsplayacrucialroleinmodernsociety,notonlyprovidingstrongsupportforurbantransportation,butalsoprovidingpeoplewithmoreconvenientandfastertransportationservicesthroughadvancedinformationandcontrol,therebyensuringtheorderlyoperationofurbantransportation.Keywords:STM32;Airqualitysensor;pedestrian目錄TOC\o"1-2"\h\u4989第1章緒論 第1章緒論1.1課題研究的目的意義隨著時代的進步，我國的社會和文化都取得了長足的進步，但同時，由于社會的不斷進步，交通的不斷改善，使得它成為了我國社會的一個關(guān)鍵因素。然而，根據(jù)最新的調(diào)查，我國的道路交通安全仍然存在嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，每年因此造成的死亡和受傷的人數(shù)高達120萬，這一比例令人擔(dān)憂。隨著科技的進步，中國的汽車比例從1.9%迅速增長，而由此導(dǎo)致的交通事故也從原本的15%增加到2000年之前的10萬起，而造成的損失更加慘重，超過60%的損失都來源于駕駛員、乘客或騎自行車的個體。中國的汽車安全狀況令人擔(dān)憂，據(jù)估計，這一領(lǐng)域的損失高達5180億（人民幣）這使得如何有效地保障公眾的出行安全變得極其困難。以智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)為起步，它可以以更加經(jīng)濟高效的手段，從而滿足智慧城市的多種要求，從而促使智慧城市的發(fā)展。這種技術(shù)可以以較少的投資，把傳統(tǒng)的路燈、墻壁等設(shè)施提高到更高的水平，使它們變得更加先進，同時，它還可以收集和處理來自各個角落的城市動態(tài)信息，從而更好的滿足社會發(fā)展的要求，促使智慧城市的發(fā)展。隨著一系列智慧城市的發(fā)展，它們的各項服務(wù)也將得到實施。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀中國的城市擁有眾多的交叉點，這些點上的汽車、摩托車、電瓶車等，構(gòu)成了一個復(fù)雜的交通網(wǎng)絡(luò)，使得當(dāng)前的交通狀態(tài)變得極其擁擠，汽車、摩托車、電瓶車等，以及其他類型的汽車，幾乎每一個都必須經(jīng)歷這樣的繁忙的環(huán)境，這樣的狀態(tài)導(dǎo)致了當(dāng)前的交通擁堵，也增加了交通事故的風(fēng)險。經(jīng)過研究，可以得出結(jié)論：交叉口的交通事故比例高達1/3，而且這種情況也是造成交通安全的主要原因之一。這主要歸因于信號燈的設(shè)置和使用，比如黃色閃爍的過短，司機來得快，而且司機也沒能按照規(guī)則來使用，從而導(dǎo)致了車輛的擁堵和混亂。由于中國的經(jīng)濟迅猛發(fā)展，汽車數(shù)量不斷增長，但傳統(tǒng)的定時駕駛方式仍然存在，導(dǎo)致道路管理不善。特別是在十字路口，由于汽車數(shù)量的激增，道路管理的缺陷日益突顯，導(dǎo)致道路擁擠、交通不暢，給市民的日常生活帶來不便。隨著技術(shù)的進步，信號燈的作用日益突出，在智慧城市的建設(shè)和運營過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。美國VII系統(tǒng)（vehicleinfrastructureintegration）旨在改善道路交通狀況，它可以有效地將駕駛者之間的溝通、行駛狀態(tài)以及周圍設(shè)施的狀態(tài)進行有機結(jié)合，以達到更好的安全性和運行效率。CVIS（cooperativevehicleinfrastructuresystem）的目的不僅僅局限于汽車，而且還包括了更多的服務(wù)，如提供實時的天氣預(yù)報、實時的道路情況監(jiān)測、實時的交通安全預(yù)警、實時的電子收費、實時的道路維護、實時的道路檢測、實時的道路警示、實時的道路維修服務(wù)。60在布魯塞爾的4年時間里，與超過60位伙伴建立了聯(lián)盟，致力于打造一種融合了硬件與軟件的全面交互式服務(wù)，以此來改善道路的使用情況，無論是私家轎車，還是公共交通或商業(yè)運輸，都可以得益于ertico的協(xié)助。日本主要的系統(tǒng)是UTMS21(universaltrafficmanagementsystemforthe21stcentury,UTMS21)。是以ITS為基礎(chǔ)的綜合系統(tǒng)概念,由NPA(NationalPoliceAgency)等5個相關(guān)部門和機構(gòu)共同開發(fā)的，是繼20世紀(jì)90年代初UTMS系統(tǒng)以來的第2代交通管理系統(tǒng)，DSSS是UTMS21中保障安全的核心項目，用于提高車輛與過街行人的安全。因此，從國外的交通控制的發(fā)展趨勢可以看出，現(xiàn)代的交通控制向著智能化的方向發(fā)展，大多采用計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使車輛行駛和道路導(dǎo)航實現(xiàn)智能化，從而緩解道路交通擁堵，減少交通事故，改善道路交通環(huán)境，節(jié)約交通能源，減輕駕駛疲勞等功能，最終實現(xiàn)安全、舒適、快速、經(jīng)濟的交通環(huán)境。1.3論文研究內(nèi)容本課題研究旨在開發(fā)一種新型的道路監(jiān)測方法，它使用MQ135和DHT11兩種傳感器來收集和處理環(huán)境污染。該方法將使用先進的感應(yīng)技術(shù)，在城市街頭安裝多種智能攝像頭，并將這些攝像頭與其他傳感器相連，從而收集和處理有關(guān)交通、駕駛員、行人、電子產(chǎn)品、環(huán)境污染和噪聲等方面的信息，從而提高整個道路安全性。實現(xiàn)的功能如下，1.使用MQ135傳感器模塊，能夠監(jiān)控室內(nèi)的空氣質(zhì)量，而DHT11數(shù)字溫濕度傳感器則能夠?qū)崟r監(jiān)控公共場所的溫濕度；2.通過使用紅外傳感器來監(jiān)測道路上的汽車和行人的數(shù)量；3.通過使用傳聲器來監(jiān)測道路周圍的噪音水平；4、通過使用壓力傳感器來監(jiān)測道路上的積水情況；5、通過使用STM32單片機，可以對信號進行分析和處理，以確定是否需要人工干預(yù)；6.遠(yuǎn)程通信模塊將檢測到的信號進行終端傳輸，以便人員觀測第2章系統(tǒng)設(shè)計要求及方案2.1設(shè)計要求通過結(jié)構(gòu)化的方法，可以構(gòu)建一個能夠?qū)崟r傳輸數(shù)據(jù)的智能路面監(jiān)測系統(tǒng)。這個系統(tǒng)由四個不同的組成部分組成：傳輸介質(zhì)、傳輸芯片、選擇性電路、數(shù)據(jù)收集。此外，還有一個上位機軟件，它負(fù)責(zé)處理上位機的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)崟r傳輸給用戶。本研究旨在通過使用STM32型數(shù)字單片機、多種感應(yīng)器，包含高溫感應(yīng)器、氣壓感應(yīng)器、紅外傳感器、噪音檢測電路以及電源電路，構(gòu)建一個完整的系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于實際場景中。2.2設(shè)計思路首先，需要仔細(xì)研究市場上的各種主控芯片，以確定它們的優(yōu)劣勢，并選擇最適合課題的芯片。其次，需要根據(jù)硬件設(shè)計，選擇合適的外部設(shè)備，包括通信芯片、傳感器芯片和電源穩(wěn)壓芯片。通過采用分模塊化的系統(tǒng)程序設(shè)計，將下位機程序劃分為若干個獨立的模塊，并建立相應(yīng)的流程圖，以便更好地完成課題的任務(wù)。2.3總體設(shè)計框圖經(jīng)過精心挑選，構(gòu)建了一個以STM32型單片機、環(huán)境感知器件和傳輸按鈕模塊組成的全新的智慧道路監(jiān)測綜合控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1。該系統(tǒng)由三個關(guān)鍵組成部分組成：信息采集、控制與執(zhí)行。其中，信息采集部分采用了高精度的放大技術(shù)，將多種傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可供單片機讀取的數(shù)據(jù)，以便于其對數(shù)據(jù)的有效分析與處理。STM32系列的單片機是控制和執(zhí)行模塊的關(guān)鍵組成部分，它能夠有效地收集和傳輸數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和傳輸。結(jié)構(gòu)框圖如下：圖2-1系統(tǒng)框圖第3章硬件電路設(shè)計在這項研究中，將重點關(guān)注STM32主控芯片。為了滿足需求，包括MQ135感應(yīng)器、DHT11信號溫濕度傳感器、紅外傳感器模塊、傳聲器模組、遠(yuǎn)程通訊模組和報警模組。這些模組的任務(wù)都是非常清晰且易于操作的，各個模塊分工明確編程簡單。3.1主控模塊電路設(shè)計單片機被視為整體系統(tǒng)的基石，其由電源、晶振、復(fù)位等部分構(gòu)成的結(jié)構(gòu)極其精細(xì)，這些部分構(gòu)成了一條完美的線性網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)了單片機的功能，同時，其他一些外部部分則可以完成各種邏輯任務(wù)。由于單片機的結(jié)構(gòu)簡潔，CPU、存儲器和端口都起著重要的作用。CPU的功能主要集中于處理數(shù)據(jù)，而存儲器的功能主要集中于數(shù)據(jù)處理，而端口的功能主要集中于數(shù)據(jù)處理。由于單片機的傳輸電壓一般采用直流3.3V和5V，因此，當(dāng)使用該設(shè)備來完成程序測試時，可以使用該設(shè)備的串口來連接。圖3-1主控芯片引腳圖圖3-1主控芯片引腳圖STMF32是一種具有出色性能的SoC（片上系統(tǒng)）微控制器，具有多種串、并行接口，支持Wi-Fi802.11、雙模藍牙4.2版及其他多種外部設(shè)施。作為8266芯片的升級版，stmf32具有兩種不同的時序處理，其頻率范圍從240MHz到更多。CPU的引腳數(shù)量已經(jīng)大幅增加，由原來的17個增加至36個，其中包括16個PWM通道，而且擁有4MB的閃存，ram容量也達到520KB，使得cpu的運行更加高效。ESP32Wrover是一種常見的單片機的主控芯片，它擁有4MB的內(nèi)置SPI閃存，并且還配備了8MB的偽靜態(tài)RAM，這樣一來，就能夠滿足不同的應(yīng)用場景，比如SPI、I2S、I2C、CAN、UART、MAC和IR等。該單片機可以與霍爾效應(yīng)傳感器、溫度傳感器、觸覺傳感器等多個傳感器相連，而且可以通過AzureIoT及其相關(guān)的應(yīng)用程序來獲取更多的信息。此外，該單片機也可以通過加密硬件加速，如AES、SHA-2、RSA、橢圓曲線加密或是隨機數(shù)生成器，來滿足用戶的需求。3.2道路信息采集模塊設(shè)計3.2.1紅外傳感器模塊采用先進的技術(shù)，光電傳感器模塊采用了高靈敏度的紅外對射技術(shù)，這種技術(shù)可以準(zhǔn)確地探測出被觀察的物體的溫度變化。當(dāng)被觀察的物體的溫度達到或超過某個特定的臨界值時，該技術(shù)將發(fā)出相應(yīng)的信號，從而使得該物體的溫度變化得以及時發(fā)出警報。這款傳感器在運行過程中完全無需與被檢測對象接觸，從而避免了摩擦損壞，延長了其使用壽命，同時其具備極強的靈敏性和準(zhǔn)確性，并能夠迅速響應(yīng)。這種傳感器由兩個主要組成部分組成：一個用于探測的光學(xué)系統(tǒng)，另一個用于接收并處理來自外界的信息。這兩個組成部分都具備兩種不同的工作模式：透射、反射。它們都能夠通過兩種不同的技術(shù)來實現(xiàn)，即熱敏探頭和光電探頭。紅外接收管是一種光敏二極管，它的工作原理是通過接收反向的偏壓信號來實現(xiàn)高靈敏度的檢測。然而，由于它的發(fā)射功率較低，因此在接收端，為了增強信號的強度，通常會添加一個放大電路。當(dāng)今的產(chǎn)品設(shè)計中，為了節(jié)省時間和空間，大多數(shù)產(chǎn)品都采用了集成的接收頭，以確保接收信號的穩(wěn)定性和可靠性。在本設(shè)計中，采用了光電檢測元件，其中最常見的是光敏元件，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有車輛接近或遠(yuǎn)離時，它將自動發(fā)出警報，以判斷是否存在空車位。如圖3-3為紅外對管原理圖。 圖3-3紅外對管原理圖圖3-3紅外對管原理圖3.2.2溫濕度傳感器模塊這個集成模塊由一個藍色網(wǎng)格探測頭和一排彎曲的針組成，它們可以被分為三針和四針，這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于溫濕度檢測，具有良好的靈敏度，可以連續(xù)探測外界環(huán)境，并且可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理。DHT11芯片，如圖3-5所示。圖3-5DHT11芯片DHT11說明，如表3-2所示。表3-2DHT11說明端口名端口號端口說明VCC1溫濕度模塊電源輸入DATA2溫濕度檢測數(shù)據(jù)輸出GND3溫濕度模塊接地DHT11溫濕度檢測原理：40bit的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過16bit的濕度、16bit的溫度以及+8bit的校驗才能被正確地輸入。接收信號控制，溫濕度檢測由低功耗模式到高速檢測模式，DHT11發(fā)出響應(yīng)信號，送出40bit信息，并觸發(fā)標(biāo)志采集[6]。主機一旦開始通信就拉下總線500us，然后釋放總線，一旦延遲20-40us，主機就開始注意從機的響應(yīng)信號。從機的響應(yīng)信號可能是一個大約80us的低電平，隨后從機啟動總線高電平大約80us[7]。信號采集，如圖3-7所示。初始工作，如圖3-8所示。圖3-7信號采集圖3-8初始工作數(shù)字1信號表示，如圖3-9所示。數(shù)字0信號表示，如圖3-10所示。圖3-9數(shù)字1信號表示圖3-10數(shù)字0信號表示通過端口1的正向電源輸入，我們能夠?qū)㈦娫碫CC連接到系統(tǒng)中，而端口2的數(shù)據(jù)傳輸口則連接到P3.7，從而實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)與主控芯片之間的傳輸。最后，端口4的電源輸出端則連接到GND。溫濕度檢測模塊電路，如圖3-9所示。圖3-9溫濕度檢測模塊電路3.2.3壓力傳感器模塊當(dāng)前，市場上流通的壓力傳感器包括電阻應(yīng)變型、電容型、壓電型等，在挑選這些傳感器的過程中，必須綜合考量它們的性能、可靠性、使用壽命以及適宜的工作條件，以確保它們能夠滿足各種需求。（1）由于其低的穩(wěn)定性、良好的準(zhǔn)確率、可靠的靈敏度以及極低的使用壽命，使得電容式壓力傳感器在惡劣的工況下難以進行遠(yuǎn)程測量。（2）電子式壓力傳感器具有良好的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、可靠性以及較長的使用壽命，然而，對于更廣泛的應(yīng)用，還需要更多的深入探索。（3）由于其具有良好的穩(wěn)定性、出色的準(zhǔn)確率、可靠的耐久性以及適用于各種復(fù)雜的工作條件，因此電阻應(yīng)變式壓力傳感器是理想的選擇。綜上所述，選用電阻應(yīng)變式壓力傳感器作為電子秤稱重傳感器是最為合適的。電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。瑥亩闺姌蚴テ胶猓a(chǎn)生相應(yīng)的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。電阻應(yīng)變式傳感器測量原理如圖2.3所示。圖2.3電阻應(yīng)變式傳感器測量原理當(dāng)收到垂直正壓力P的影響，梁會發(fā)生形變，這會導(dǎo)致R1和R3遭到擠壓，使它們的阻值升高；同樣，R2和R4也會遭到擠壓，使它們的阻值降低。由此，電橋就會失去平衡，并且會形成一種未平衡的電流，這個電流會隨著載荷P的施加呈正相關(guān)，最終會把無意義的能量轉(zhuǎn)換為有意義的能量。通過使用R1、R2、R3以及R4組件，惠更斯電橋可以實現(xiàn)電路中電阻的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)電路的穩(wěn)定運行，其工作原理如圖2.4所示。圖2.4測量電橋原理本次設(shè)計測量模塊采用得芯片是國外公司生產(chǎn)的HX711型24位數(shù)模轉(zhuǎn)換化芯片，這款芯片主要就是為高精度的稱重傳感器而設(shè)計，這款芯片的得主要特點是響應(yīng)時間短，運行速度快，抗干擾能力強，集成度高等一系列特點，不僅內(nèi)部包含穩(wěn)壓電源，晶體振蕩器，還擁有與同類芯片相兼容的外圍電路，一系列的設(shè)計不僅大大降低了成本，還在很大程度增加了測量得穩(wěn)定性以及可靠性。該芯片的編程方式非常容易，它可以通過管腳來控制電流，而無需編程內(nèi)置的寄存器。它可以支持兩個獨立的電路：A和B。A電路的電流覆蓋了±20mv至±40mv的電平，可編程增益可達64至128mv。B的通道具有固定的64增益，可以有效地監(jiān)控系統(tǒng)的各項參數(shù)。此外，該芯片的供電可靠性極高，無須使用額外的模擬電源，而且其中的時鐘振蕩器無須額外的元件，只有當(dāng)芯片被激活后，它才會被重置。如圖2.5所示，為重力檢測模塊：圖2.5重力檢測模塊電路3.2.4空氣質(zhì)量傳感器模塊此次粉塵光傳感器的設(shè)計中我們需要為大家選擇的一個傳感器裝置是au0gp2y1010au0f粉塵光散射傳感器,它的主要特點其實就是一個散射傳感器利用了對光學(xué)敏感的散射原理即光對于粉塵的散射[8]。這款光散射傳感器由紫外線光電發(fā)射晶體管和紅外線LED構(gòu)成，它們沿著一條對角線方向分布，可以實時檢測到微小的粉塵顆粒，并可以準(zhǔn)確識別出煙霧和灰塵，同時，它還可以將脈沖信號轉(zhuǎn)換為一個模擬的電壓，從而實現(xiàn)實時的環(huán)境監(jiān)測。v-led和v-led-gnd兩個接口被安裝在傳感器的兩個端子上，當(dāng)?shù)谝粋€端子接通電源時，會自動激活帶有發(fā)光led的二極管，從而實現(xiàn)傳感器的內(nèi)部供電。第一個和第二個端子都連接到了電源的兩個端子。具體的電路圖3-2如下:圖3-9傳感器電路3.2.5噪音收集傳感器模塊通過采用噪音檢測傳感器，可以實現(xiàn)對聲音的準(zhǔn)確檢測，這種傳感器采用集成模塊，可以通過購買焊接底座來安裝，并配備雙指示燈，具備模擬量和閾值翻轉(zhuǎn)雙輸出功能。噪音芯片，如圖3-10所示。圖3-10噪音芯片噪音芯片說明，如表3-4所示表3-4噪音芯片說明符號編號說明AO1噪音信號模擬量輸出GND2正電源VCC3接地DO4噪音信號數(shù)字量輸出噪音檢測原理：通過將聲波的振幅轉(zhuǎn)換為可調(diào)節(jié)的電勢，AO模式可以將其轉(zhuǎn)換為可以被人耳聽取的頻率，從而使得麥克風(fēng)能夠及時地將其中的頻率轉(zhuǎn)換為可以被人耳聽取的頻率，并通過AO模式可以將其轉(zhuǎn)換為可以被人耳聽取的頻率。采用高集成度的機械焊接制作的噪聲檢測模塊，可以免除自行設(shè)計和焊接電路的繁瑣步驟，而且P1.7控制的AO和DO噪聲信號輸入口可以實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)對噪聲的有效檢測。噪音檢測模塊電路，如圖3-11所示。圖3-11噪音模塊電路3.3按鍵模塊設(shè)計當(dāng)多個按鍵組合在一起時，由于每個按鍵的電路都是一個獨立的，因此單片機的判斷工作變得非常復(fù)雜。為了簡化操作和使用，我們建議采用一個獨立的按鍵來實現(xiàn)設(shè)計要求。獨立按鍵的優(yōu)勢在于，它們只占用一個接口，而且在按下時，可以獨立地獲取彈起信息，而且它們的電路連接也不會影響到其他的接口，這樣可以滿足設(shè)計要求，同時還可以實現(xiàn)存取車兩個功能，因此，獨立按鍵的設(shè)計十分合理，可以滿足多種需求。當(dāng)按下獨立按鍵時，四個引腳會被分成兩組，每組兩個，它們之間會相互連接，從而實現(xiàn)按鍵的初始化。一旦按鍵被彈起，兩組引腳就會被分別連接，從而開始執(zhí)行所需的操作。圖3-6展示了按鍵模塊的連接線。3.4電源電路設(shè)計LM1117芯片被廣泛應(yīng)用于3.3V的微控制器，其具有-3.3V至+3.3V的穩(wěn)定電壓，并且具有（2.6-15）V的輸出能力，能夠?qū)崿F(xiàn)800mA的高效率。這種特殊的結(jié)構(gòu)，能夠滿足不同的應(yīng)用場景，并且具有良好的穩(wěn)定性。需要特別指出的是，我們采用了SOT-223、TO-220、TO-252、TO-263等不同的封裝方案，其相關(guān)的電路結(jié)構(gòu)可以參考圖3-4。微控制器的CJA117B可以將其功率調(diào)整至3.3V，并且可以配置多種功能，包括輸入功能、報警模塊、定位功能、無線射頻功能以及IOT功能。兩個2級的電解質(zhì)，分別為10uF和0.1uF，被安裝在穩(wěn)定的放大器的輸入端，用以控制外界的高頻干擾，同時防止自身的諧波干擾；另外兩個2級的電子質(zhì)，分別為4.7uF和0.1uF，被安裝在放大器的輸出端，用以控制外界的低頻干擾。圖3-圖3-4電源電路圖第4章軟件設(shè)計4.1開發(fā)軟件介紹通過使用KeilMDK編程軟件，可以在STM32F103C8T6單片機上實現(xiàn)本設(shè)計的功能，并且可以通過C語言來實現(xiàn)這些功能。KeilMDK軟件安裝時器件與編譯器分離設(shè)計，使用更加方便簡潔，其他的庫文件是根據(jù)開發(fā)者本身具體情況來選擇性安裝[9]。這款軟件可以使用多種ARM微控制器內(nèi)核，包括ARM7、ARM9、Cortex-M4/M3/M1、Cortex-R0/R3/R4，而且它的SWD下載能力更是大大增強，最高可達50M（KEIL4最大可達10M），比原來的快出5倍，大大加快了項目的完成時間。KeilMDK工程庫采取了直通寄存器的方式，為開發(fā)者創(chuàng)造了一完整接口，能夠通過利用庫中的函數(shù)來完成程序，從而有效地加快了程序的運行，并且能夠清晰地展示出KeilMDK的編程界面，詳見圖4-1。圖4-1KeilMDK編譯界面采用先進的庫函數(shù)編程技術(shù)，將新的庫工程建立過程劃分為以下幾個步驟：圖4-1KeilMDK編譯界面1.請在指定的地方創(chuàng)建一個新的文件夾，并為它命名以滿足您的需求；2.為了更好地管理文件夾，我們創(chuàng)建了四個文件夾：DOC文件夾用于存儲程序說明，Libraries文件夾用于存儲STM32單片機庫函數(shù)的.c和.h文件，Project文件夾用于存儲工程及其編譯后產(chǎn)生的各種子文件，User文件夾用于存儲主函數(shù)以及其相關(guān)的子函數(shù)的.c和.h文件；3.在工程中，將.c文件添加到任何位置，并調(diào)整.h文件的路徑，以便將編譯后的子文件存儲在指定的位置；4.重新設(shè)定下載程序的參數(shù)，然后開始編譯并下載。4.2軟件設(shè)計思路（1）重新組織軟件架構(gòu)：明確每個部分在程序中的作用，確定哪些部分可以被其他部分調(diào)用，以及如何實現(xiàn)這些調(diào)用。（2）該模塊由一個標(biāo)準(zhǔn)的文件結(jié)構(gòu)組成，它能夠為用戶提供方便的接口。（3）采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移思想（多任務(wù)設(shè)計）可以有效地實現(xiàn)程序的規(guī)劃和控制，從而達到最佳的效果。（4）中斷、緩沖的作用和地位怎樣控制實時事件，怎樣協(xié)調(diào)程序的流程（5）信息在各個任務(wù)之間互相流動的保證，讓模塊功能獨立，是模塊化設(shè)計的基（6）模塊的層次關(guān)系及模塊化設(shè)計模塊的調(diào)用關(guān)系及怎樣模塊化（7）程序的測試和可測試性：如何在模塊化設(shè)計下測試模塊程序4.3單片機程序設(shè)計4.3.1主程序設(shè)計圖4-1主程序流程圖為了更好地監(jiān)督道路的狀況，采用了一種特殊的技術(shù)，即利用萬能的板材構(gòu)建出了一個完善的程序框架。這個框架包含了多個獨立的子程序，它們可以執(zhí)行各種復(fù)雜的操作，并且可以通過程序的調(diào)度來完成。在將硬件連接至電源之前，必須先完成多種預(yù)處理步驟，其中最常見的是串口預(yù)處理，以確保定時器和外部中斷的正常運作。此外，為了完成硬件的檢測，還必須將其轉(zhuǎn)變?yōu)锳DC，并且必須先完成ADC的預(yù)處理。使用子程序來實現(xiàn)按鈕輸入和密碼的操作，并使用子程序來進行傳感器的檢查和監(jiān)控。此外，使用子程序來轉(zhuǎn)換ADC中的模擬值為數(shù)字值，并使用子程序進行無線通訊，實現(xiàn)向外部的發(fā)送信號的目的。4.3.2溫濕度檢測程序設(shè)計溫濕度檢測子程序流程圖，如圖4-3所示。圖4-3顯示子程序流程圖DHT11溫濕度檢測傳感器的正確運作對于測試精度和可靠性都起著極其重要的作用，它可以監(jiān)測溫度和濕度，并且可以及時發(fā)現(xiàn)和處理任何可疑的狀態(tài)，從而保證測試的準(zhǔn)確度和可信度。對于保證溫濕度測試的準(zhǔn)確度，DHT11傳感器需要經(jīng)歷初始化和電平調(diào)節(jié)的步驟。當(dāng)DHT11發(fā)出一個低電壓時，會立即識別出N，如果未能及時發(fā)出，會繼續(xù)識別，最終識別出Y，從而發(fā)出一個低壓。當(dāng)DHT11發(fā)出一個高壓時，我們會立即識別出N，如果未能及時發(fā)出，會繼續(xù)識別出Y，從而發(fā)出一個高壓。每隔一段時間，傳感器就會對所獲取的信息進行處理，從而形成一個新的信息，然后被主控芯片接受，再發(fā)出指令，以便給予相關(guān)的處理。4.3.2噪聲檢測程序設(shè)計環(huán)境噪聲是另外一項重要的檢測指標(biāo)由噪聲檢測傳感器實現(xiàn)這一功能，因為采集到的噪聲屬于模擬信號，無法直接進行數(shù)據(jù)之間的互通，需要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換來處理。接通電源后，主控芯片會初始化，源源不斷的產(chǎn)生時鐘脈沖信號，對帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的端口進行識別與選擇，判斷是否進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，判斷為N，將持續(xù)識別，判斷為Y，可以進行轉(zhuǎn)換，讀取檢測到的模擬量，通過電壓比較轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，完成噪聲數(shù)據(jù)的處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖，如圖4-4所示。圖4-4模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖4.3.4無線通信程序設(shè)計通過將兩個寄存器分別賦予不同的電平信號，可以實現(xiàn)無線發(fā)送。當(dāng)RX寄存器接收到低電平信號時，up寄存器接收到高電平信號，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上電。此時，系統(tǒng)會進行if判斷，如果判定結(jié)果為N，則表明高電平信號未被傳輸，需要繼續(xù)進行判斷。如果判定為Y，則進入下一級if判定，并將高電平信號賦予中斷標(biāo)志位，以清除FIFO寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，然后返回到寄存器設(shè)置完成處重新執(zhí)行判定程序。如果判定為N，則沒有接收到應(yīng)答信號，此時需要采取一系列措施，使數(shù)據(jù)進入自動重發(fā)狀態(tài)，并將高電平信號賦予發(fā)送寄存器，低電平信號賦予中斷請求，最終返回到無線發(fā)送狀態(tài)。無線發(fā)送子程序流程圖，如圖4-4所示。NNYN開始初始化自動重發(fā)，最大發(fā)送寄存器高電平，中斷請求低電平發(fā)送上電RX低電平、UP高電平中斷標(biāo)志位高電平FIFO寄存器清零使能高電平？接收應(yīng)答？返回Y圖4-4無線發(fā)送子程序流程圖第5章實物制作與調(diào)試5.1系統(tǒng)分析在完成設(shè)計之后，需要仔細(xì)檢查系統(tǒng)的電路設(shè)計，確保它們符合芯片的使用方法。如果檢查沒有問題，就可以開始焊接。一旦焊接完成，就可以開始調(diào)試程序，并將其下載到硬件系統(tǒng)中進行測試。會檢查系統(tǒng)是否能夠滿足所有設(shè)計要求，并在這個過程中發(fā)現(xiàn)任何問題，并提出解決方案，以便進一步改進。檢查硬件部分，針對各個模塊的芯片使用，對其電路原理圖在AltiumDesigner17中畫出[13]，完成電路設(shè)計，連接導(dǎo)線，以方便進行仿真。仿真電路如下。5.2調(diào)試5.2.1仿真調(diào)試為了完善設(shè)備，使用了STM32、顯示器屏、超聲波測距傳感器、獨立的機械按鍵、蜂鳴器、多種電器元器件，包括AD和其他相關(guān)的電路工具。第二階段，我們使用AD工具繪制了整個系統(tǒng)的電路圖，并且按照規(guī)定的方式進行了連接，以確保系統(tǒng)的正常運行。最終，按照規(guī)定的方式把器件放入了指定的區(qū)域，并進行了精確的測量。為了解決電氣故障，首先必須把所有的電氣元素安裝在特殊的地方。還必須使用虛擬儀器來檢查它們的工作狀態(tài)，并且檢查它們是否可用。如果可用，還必須把所有的模塊都安裝上去，并使用相應(yīng)的軟件來檢查它們的性能。如果所有的檢查都沒有出現(xiàn)錯誤，我們可以把它們安裝上去，并且把它們安裝上去。在每個模塊都能夠運轉(zhuǎn)之前，應(yīng)該先對其進行編譯和測試，調(diào)試圖如圖5-1所示。圖5-1實仿真調(diào)試調(diào)試完成進行運行。運行圖如圖5-2所示圖5-2運行圖5.2.2實物調(diào)試使用MQ135傳感器模塊，能夠監(jiān)控室內(nèi)的空氣質(zhì)量，而DHT11數(shù)字溫濕度傳感器則能夠?qū)崟r監(jiān)控公共場所的溫濕度。通過使用紅外傳感器來監(jiān)測道路上的汽車和行人的數(shù)量；。通過使用傳聲器來監(jiān)測道路周圍的噪音水平；。通過使用壓力傳感器來監(jiān)測道路上的積水情況。通過使用STM32單片機，可以對信號進行分析和處理，以確定是否需要人工干預(yù)。遠(yuǎn)程通信模塊將檢測到的信號進行終端傳輸，以便人員觀測圖5-3實物圖第6章結(jié)論本次設(shè)計方案中，學(xué)習(xí)到很多硬件電路實踐技巧，第一個步驟，需做好充分準(zhǔn)備，將本設(shè)計所需各項硬件部件一一羅列，按照所要達成目的業(yè)務(wù)進行市場調(diào)研，在整個研究流程當(dāng)中就會深刻理解需要各項元件性質(zhì)、特點及其作用機理，而對各項元件其電氣特性逐一了解之后，便可以清楚自身所選各項各元件間會不會發(fā)生電磁干涉而影響功能性能。經(jīng)過比較、研究、篩選，就確定了廠家和每個模型的元器件版本的購買方案。在這項研究中，重新定義了STM32主控芯片的結(jié)構(gòu)。它包括一組基礎(chǔ)元件、不同類型的傳感器、A/D轉(zhuǎn)換和無線通訊。每一組元件都有自己的任務(wù)和目標(biāo)，而且它們之間的協(xié)作非常緊密。我們會仔細(xì)研究不同的芯片，以便找出適合我們研究的方案。根據(jù)硬件的可靠性，精心挑選出適合的主控芯片和外圍元素，并且把下行代碼劃分成若干獨立的子系統(tǒng)，構(gòu)建出一套詳盡的流程圖，以便更好地滿足研究的需求。本研究結(jié)果如下。（1）根據(jù)任務(wù)需求繪制一個系統(tǒng)框圖，指定每個模塊的功能和相關(guān)物體。（2）對各模塊化元器件進行選擇，并進行參數(shù)比較、耗電比較以選定使用類型；（3）編制軟件方案并進行靜態(tài)測試，以便使其能夠運行。（4）通過實現(xiàn)軟件程序和硬件板卡之間的有效溝通，從而達到預(yù)期的目標(biāo)。測試中遇到的問題1：文獻、資料搜集不到位，畢業(yè)設(shè)計需要有豐富的文獻和資料支持，但是大多數(shù)學(xué)生在搜集文獻和資料時，只是找到了表面和淺顯的內(nèi)容，缺乏深度和廣度的研究。這樣，畢業(yè)設(shè)計可能會陷入棘手和尷尬的境地。解決方法：學(xué)生應(yīng)該對文獻和資料的搜索能力有所提升，可以參加一些課程與講座，了解知識積累和科研技巧，積累相關(guān)的研究資料和經(jīng)驗。測試中遇到的問題2：缺乏實踐經(jīng)驗畢業(yè)設(shè)計需要有實踐的支持，需要學(xué)生在實際操作中掌握技能和經(jīng)驗，但是，大多數(shù)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中只是完成理論部分，缺乏實踐經(jīng)驗，導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計難以實現(xiàn)。解決方法：在畢業(yè)設(shè)計完成前仔細(xì)研究實驗室教材和相關(guān)資料，自己動手操作，積累實戰(zhàn)經(jīng)驗，掌握相關(guān)技能。參考文獻[1]LuXiaoyan,ZhongYanfei,ZhangLiangpei.Open-SourceData-DrivenCross-DomainRoadDetectionfromVeryHighResolutionRemoteSensingImagery.[J].IEEEtransactionsonimageprocessing:apublicationoftheIEEESignalProcessingSociety,2022,PP.[2]ChenShanfeng,HuZhao,YangYiyue,FanSuchun.Anetworkattacklinkdetectionmethodbasedontheknowledgegraph[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries,2022,2358(1).[3]FirkatEksan,ZhangJinlai,WuDanfeng,YangMinyuan,ZhuJihong,HamdullaAskar.ARDformer:AgroforestryRoadDetectionforAutonomousDrivingUsingHierarchicalTransformer[J].Sensors,2022,22(13).[4]王博,黃國潮,王征.無人快速綜合道路檢測車系統(tǒng)設(shè)計[J].汽車實用技術(shù),2022,47(14):17-20.DOI:10.16638/