基于STM32的车辆安全状态监测系统设计与实现

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概要

  摘要：在当今这个经济飞速发展的时代，机动车的拥有数量也在不断地上升，机动车数量的上升在给我们的出行带来 便捷的同时，也提高了所存在的安全隐患。据不完全统计， 机动车驾驶人因长时间疲劳驾驶以及饮酒驾驶所造成的 道路安全交通事故约占交通事故总数的20%左右，而在出现死亡交通事故的原因中却位列第一。故对驾驶人员驾驶状 态进行实时监督来有效的监督驾驶人的驾驶行为，对于降低交通安全事故及人的死亡率，保护人机动车驾驶人人身 健康以及财产安全，创造稳定有序、和谐美丽社会有着十分重要的现实作用。本设计是基于STM32单片机的车辆安全 驾驶状态系统设计的研制。通过STM32单片机进行数据处理，使用颜色传感器识别红绿灯颜色，并由语言模块做出温 馨的语音提示，通过超声波传感器监测与前方车辆或其他障碍物的距离，通过压力传感器检测车辆是否发生碰撞， 当车辆发生碰撞时，在ESP8266WIFI模块与手机链接的情况下，通过GSM模块及时自动打电话到指定的手机进行报警 通知，在紧急状况下可以主动打电话到指定手机求助，并且可以在手机APP查看车辆行驶状况，比如记录车辆碰撞次 数等。
关键词：STM32单片机; 数据处理; 安全监测状态

一、功能需求

  本设计是基于STM32车辆安全监测状态系统设计的研制。通过STM32单片机进行数据处理，使用颜色传感器识别 红绿灯颜色，并由语言模块做出温馨的语音提示，通过超声波传感器检测与前方车辆以及其他障碍物的距离，当距 离较近时，同样会给出语音提示，通过压力传感器检测车辆是否发生碰撞，当车辆发生碰撞时，在ESP8266WIFI模块 与手机链接的情况下，通过GSM模块及时自动打电话到指定的手机进行报警通知，在紧急状况下可以主动打电话到指 定手机求助，并且可以在手机APP查看车辆行驶状况，比如记录车辆碰撞次数等。具体工作如下：
(1)通过STM32单片机进行数据处理
(2)使用颜色传感器识别红绿灯颜色，并由语言模块做出温馨的语音提示
(3)通过超声波传感器检测与前车或者其他障碍物之间的距离
(4)通过压力传感器检测车辆是否发生碰撞
(5)通过ESP8266WIFI模块与手机链接
(6)通过GSM模块及时自动打电话到指定的手机进行报警通知
(7)在紧急状况下可以主动打电话到指定手机求助
(8)可以在手机APP查看车辆行驶状况，比如记录车辆碰撞次数。

系统的主要流程

  首先将本设计板子上电，然后各传感器会进行初始化，WIFI模块通过SIM卡连接信号，颜色传感器此时可以识别 红绿灯颜色，识别出的颜色由语言模块做出温馨的语音提示，超声波传感器可以检测与前方车辆或者其他类型障碍 物之间的距离，经过检测后，通过显示屏显示实时数据，当距离较近时，同样会给出语音提示，当压力传感器受到 外界压力时，即表明车辆发生碰撞，当车辆发生碰撞时，在ESP8266WIFI模块与手机链接的情况下，通过GSM模块及 时自动打电话到指定的手机进行报警通知，在紧急状况下可以主动打电话到指定手机求助，并且可以在手机APP查看 车辆行驶状况，比如记录车辆碰撞次数。

二、系统电路设计

3.1 单片机系统接口电路设计

  依据前面各个模块的选择， 我本次设计使用的是STM32F103C8T6单片机作为设计的主控单片机，该单片机系统电 路较为简单，仅仅需要一个晶振即可让单片机工作，而晶振起振需要并联上两个完全相同的22PF电容，本设计使用 的是开源STM32F103C8T6模块，该模块是一个最小系统，将所有引脚留出供开发者使用，在本设计电路板上给该开源 模块留出了接口，单片机模块接口电路如图2所示。

图2 STM32F103C8T6单片机接口电路设计

三、 系统软件设计

4.1软件框架设计

  本设计是基于STM32车辆安全监测状态系统设计的研制。通过STM32单片机进行数据处理，使用颜色传感器识别 红绿灯颜色，并由语言模块做出温馨的语音提示，通过超声波传感器检测与前方车辆以及其他障碍物的距离，当距 离较近时，同样会给出语音提示，通过压力传感器检测车辆是否发生碰撞，当车辆发生碰撞时，在ESP8266WIFI模块 与手机链接的情况下，通过GSM模块及时自动打电话到指定的手机进行报警通知，在紧急状况下可以主动打电话到指 定手机求助，并且可以在手机APP查看车辆行驶状况，比如记录车辆碰撞次数。

  通过很长一段时间对PCB原理图，各硬件之间的连接以及程序的的设计，再将各个硬件电路焊接在一起，基于 STM32车辆安全监测状态系统设计最终制作完成，为了验证完成之后的功能都是否能正常实现，以及最终的功能是否 符合最初的设计要求，我对实物进行进一步的程序调试，基于STM32车辆安全监测状态系统设计整体效果图如果12所 示。

图12 基于STM32车辆安全监测状态系统设计
  从上面基于STM32车辆安全监测状态系统设计实物图可以看到，整个系统由许多部分焊接而成，其中包括 STM32F1单片机、超声波传感器、压力传感器、语音播报模块、颜色传感器、GSM模块、WIFI模块、OLED显示屏以及 按键。多个部分组合在一起构成了整个基于STM32车辆安全监测状态系统设计。
  系统上电之后，OLED会显示颜色、压力、距离数据，由图可以看到，显示一切正常，具体的OLED显示如图13所示

图13 OLED液晶屏显示测试

四、 总结

  本设计经历了电路设计，PCB设计，打板，焊接，调试等一系列过程，基本实现以下功能：
(1)通过STM32单片机进行数据处理
(2)使用颜色传感器识别红绿灯颜色，并由语言模块做出温馨的语音提示
(3)通过超声波传感器检测与前车或者其他障碍物之间的距离
(4)通过压力传感器检测车辆是否发生碰撞
(5)通过ESP8266WIFI模块与手机链接
(6)通过GSM模块及时自动打电话到指定的手机进行报警通知
(7)在紧急状况下可以主动打电话到指定手机求助
(8)可以在手机APP查看车辆行驶状况，比如记录车辆碰撞次数。
  经过本次设计，我又一次温习了之前学过的许多专业知识，当然也学到了许多在之前并不太了解的知识，例如 一些传感器的工作原理以及与单片机之间如何进行连接。此次设计，不仅锻炼了我独立思考的能力，还锻炼了我的 动手能力。当然在设计PCB图和各个传感器的原理以及流程图时也发现了自身存在的很多不足，尤其是单片机的定时 器和各个串口程序的编写还不够熟练，导致整个设计过程和后期的调试过程中都出现了很多本来不应该出现的问 题，这使我在整个实物制作过程中浪费了很多时间。
  总的来说，这次设计让我学习到了很多之前不知道或者不太了解的知识，比如各种传感器原理图方面的知识， STM32单片机的编程知识。最让我感受深刻的是在整个设计过程中遇到问题之后那种仔细研究，发现问题到解决问题 的过程，这种乐于研究，刻苦钻研的精神让我真正的体会到了独立自主完成一件事的意义。

五、 文章目录

目录
1 绪论 1
1.1论文的背景与意义 1
1.2论文的主要工作 1
(1)通过STM32单片机进行数据处理 1
2 系统设计及单元电路选型 2
2.1系统总体结构设计 2
2.2 系统的主要流程 3
2.3 单元电路选型 3
2.3.1 单片机的选型 3
2.3.2 超声波传感器的选型 4
2.3.3 显示屏的选型 4
2.3.4 无线模块的选型 5
2.3.5压力传感器的选型 6
3 硬件系统设计 7
3.1 单片机系统接口电路设计 7
3.2 颜色传感器电路设计 8
3.3 显示屏的接口电路设计 8
3.4 超声波传感器电路设计 9
3.5 WIFI模块接口电路设计 9
3.6压力传感器电路设计 10
3.7 GSM电路设计 10
4 软件系统设计 11
4.1软件框架设计 11
4.2程序模块设计 11
4.2.1 OLED液晶程序设计 11
4.2.2 SYN6288语音播报程序设计 12
4.2.3 WIFI模块上传数据程序设计 13
5 系统运行与调试 13
5.1系统总体测试 13
5.2液晶显示测试 14
5.3 HW-067颜色传感器数据 15
5.4 手机APP运行测试 16
结 论 17
(1)通过STM32单片机进行数据处理 17
参考文献 19
致 谢 20