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无线区间测速系统的设计与实现

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  【摘要】本文介绍了基于STM32的无线车辆区间测速系统,主要是利用超声波的特点和优势,将超声波测距系统和STM32F103C8T6单片机相结合。采用软硬件结合的方法,具有模块化和多用化的特点。以STM32单片机最小系统为控制器。并配以霍尔测速电路、按键电路、报警系统、显示电路等部分。
  【关键词】超声波测距模块;测速系统;无线传输模块
  一、系统硬件电路的设计
  (一) 无线车辆区间测速系统硬件结构设计
  无线车辆区间测速系统由超声波测距模块、霍尔测速模块、单片机、无线收发模块、声光報警模块、LCD显示模块、按键模块、电源组成。单片机的VCC、GND管脚与电源输入模块的VCC、GND相连。RST管脚连复位电路, XAL1、XAL2控制晶振电路,PA2、PA3控制键盘输入模块,PB6 、PB7用于超声波测距电路,PB2接无线收发电路,PB5控制电机电路,PB7用于霍尔测速电路,PB8-B15用于LCD液晶显示,PA8控制蜂鸣器组成的报警电路。
  (1) 无线收发电路设计
  本设计采用的无线发送电路为NRF24L01,工作在2.4 GHz~2.5 GHz ISM频段。NRF24L01内置功能模块包括晶体振荡器、功率放大器、频率合成器、调制器等。使用Shock Burst 技术,用程序进行输出功率和通信频道的配置。将NRF24L01的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ分别连接单片机的PA4、PA8、PA5、PA7、PA6、PA11引脚。
  (2) 报警电路设计
  蜂鸣器模块为蜂鸣器驱动电路,蜂鸣器驱动电路的ALAM引脚接在单片机PA8引脚处。当给其低电平时,限流电阻R1导通,蜂鸣器得电,达到报警作用。采用LED灯为报警指示灯,通过交替打开和关闭模拟LED灯,来实现闪灯的效果。
  (3) 超声波测距电路设计
  声波模块选用HC-SR04超声测距模块,本模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能,测距精度高达3mm。采用IO口Trig触发测距,给10us的高电平信号;模块自动发送8个40khz的方波,其中引脚接Trig端控制触发信号,引脚接Echo端口,有信号返回时输出高电平。测试距离=(高电平时间*声速(340m/s))/2。
  (4)霍尔测速电路设计
  测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接,机轴每转一周,产生一定量的脉冲个数,由霍尔器件电路部分输出。经光电耦合后,成为转速计数器的计数脉冲。同时传感器电路输出幅度为12v的脉冲经光电耦合后降为5v。保持逻辑电平相一致。控制计数时间,即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。
  二、软件系统的设计
  (1)系统软件主程序设计
  首先系统初始化,然后开始超声波测距,如接收到数据则对数据进行处理,若没收到则重新进行测距。对数据进行处理后通过无线数据发送端发到接收端,若收到进行数据处理,没收到重新发送。处理后将检测到的距离数据送到显示屏,电路开始转动进行测速。霍尔传感器接收数据,对数据进行运算后进行数据显示,程序结束。
  (2) 无线数据传输收发系统子程序设计
  先对HC-SR04超声波测距模块及NRF24L01初始化,通过NRF24L01模块将数据信息发送给收发模块后用程序读出数据在显示屏上显示,然后关闭SPI传输返回状态值。在接收端,对SPI传输使能,设为接收模式读取状态值。检测到数据后,对数据进行处理,并显示屏上显示。然后判断是否接到数据,如果接收到数据,用STM32单片机进行数据处理,并通过显示模块进行显示,显示完毕后返回。如果接收不到数据则继续检测。
  (3)超声波测距子程序设计
  系统初始化,初始化后采集数据,通过NRF24L01芯片与STM32单片机系统发送到无线数据传输接收系统。计算时只要在Trig/TX 管脚输入高电平,那么HC-SR04便可以输出一个高电平,距离值就是根据此高电平的持续时间计算得出的。
  三、结论
  本设计实现了用STM32单片机对超声波测距、霍尔测速电路及其他硬件的控制。通过编写程序,使其能够测出当前车辆的一个行驶速度与前车的距离,从而实现无线车辆区间测速。单片机与各硬件的连接,再通过程序进行硬件与单片机的信息交互,达到硬件反馈信息给单片机,单片机控制硬件,从而实现无线区间测速的设计。
  参考文献:
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  [4]李维諟,郭强.最新液晶显示应用[M]北京:电子工业出版社,2014:56-59.
  [5]陈城,李瑞祥,刘婷婷.基于NRF24L01的无线数据传输系统研究[J].电子科技2016:22-24,27.
  作者简介:刘效典、丛健宇,男,沈阳工学院。郑琳(通讯作者),女,汉族,辽宁人,沈阳工学院,教师,讲师,硕士学位。
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