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基于STM32的新型電動(dòng)兩輪車遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

作者:何忠英,石 堅(jiān)(廣州大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院,廣州510006) 時(shí)間:2022-04-01 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:為了解決電動(dòng)兩輪車不能遠(yuǎn)程防盜控制的缺陷,本文以STM32控制器為核心,設(shè)計(jì)出了一款電動(dòng)兩輪車新型遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。在傳統(tǒng)鑰匙開鎖方式的基礎(chǔ)上,增加了一個(gè)APP密匙,提高了安全保障,實(shí)現(xiàn)了在非法開鎖的情況下自動(dòng)鎖車和報(bào)警的功能,有效地減少了被盜的可能性。通過手機(jī)APP,可隨時(shí)隨地查詢車輛位置信息和遠(yuǎn)程控制,改善了遠(yuǎn)程鎖車和車輛被盜找車難的問題。

*基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51507097)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202204/432709.htm

在世界范圍內(nèi),的使用越來越普及,給出行帶來很大方便,同時(shí)的功能越來越多,功率可以人為定制,進(jìn)而出現(xiàn)了很多價(jià)格昂貴的改裝車。因此車輛的防盜問題日益突出,被盜事件也日益增多,防盜性能亟須增強(qiáng)。目前市面上設(shè)計(jì)的防盜方法主要是采用車鑰匙和機(jī)械鎖,不能及時(shí)獲取電動(dòng)兩輪車的位置和狀態(tài),更不能及時(shí)地防止盜竊的發(fā)生;通信方式主要是采用藍(lán)牙和Wi-Fi(wireless fidelity,無線保真),通信距離短,受控制范圍小1-3。有學(xué)者采用RFID(射頻識(shí)別)技術(shù)設(shè)計(jì)了電動(dòng)車防盜監(jiān)控平臺(tái),能夠在車輛被盜時(shí)及時(shí)幫助失主找回車輛。但RFID 通信距離太短,不能遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)控制[4]。

本文基于目前電動(dòng)兩輪車防盜和通信的缺陷,設(shè)計(jì)了一種新的遠(yuǎn)程防盜控制系統(tǒng)。

1   系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)采用F103ZET6 為主控芯片,北斗S1216F8-BD 定位芯片構(gòu)成北斗定位模塊, 通信芯片SIM800C 構(gòu)成GSM(Global System for Mobile Communications,全球移動(dòng)通信系統(tǒng))通信模塊。如圖1 所示。電源模塊給整個(gè)系統(tǒng)供電。 的工作電壓是1.8 V ~ 3.3 V 范圍,本設(shè)計(jì)中使用直流3.3 V 供電。將電源接入到芯片電源引腳即可。北斗定位模塊把獲取的位置信息傳輸給控制器。

手機(jī)APP(應(yīng)用程序)界面如圖2 所示,獲取上傳的信息,如位置、報(bào)警等。用戶發(fā)出控制命令,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。

通信模塊負(fù)責(zé)信息的傳輸。位置信息和控制請求經(jīng)通信模塊發(fā)送給APP,用戶通過APP 發(fā)出控制命令經(jīng)GSM 模塊發(fā)送給控制器,使用戶能隨時(shí)隨地掌握車輛狀態(tài)和對車輛實(shí)時(shí)控制。

控制器采用STM32F103ZET6 微控制器,是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,完成數(shù)據(jù)處理和控制功能。

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Copyright:廣州大學(xué)何忠英

圖2 APP控制界面

2   硬件電路原理圖設(shè)計(jì)

為節(jié)省開發(fā)時(shí)間和成本,系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)提供相應(yīng)的電源、時(shí)鐘和復(fù)位電路,以使STM32F103ZET6微控制器正常工作;留有引腳插口,以便接入GSM 模塊和北斗模塊;因?yàn)镃PU(中央處理器)引腳輸出最高電壓為DC 5V,不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)[5],需使用繼電器間接控制。

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如圖3 所示。電池(BT)接入電源模塊,經(jīng)電源模塊輸出DC 12 V 供給GSM 通信模塊;輸出DC 3.3 V 供給北斗模塊和STM32 芯片;輸出DC 5 V 供給STM32的GPIO(通用輸入輸出)端口相應(yīng)VDD 引腳(圖中未畫出);輸出DC 48 V 經(jīng)過開關(guān)S1 和繼電器K1 供給電機(jī)控制模塊。電機(jī)控制模塊輸出控制電壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)兩輪車電機(jī)M1 運(yùn)轉(zhuǎn)或停止。

S2 是電動(dòng)車啟動(dòng)開關(guān)。開關(guān)S2 閉合時(shí),引腳PB13接3.3 V 電源,引腳PB14 接地,進(jìn)入運(yùn)行模式;開關(guān)S2 關(guān)閉時(shí),引腳PB13 接地,引腳PB14 接3.3 V 電源,進(jìn)入監(jiān)控模式。

北斗定位模塊采用S1216F8_BD 定位芯片,定位信號(hào)經(jīng)過TXD和RXD引腳傳輸給STM32的PA3(USART2_RX)和PA2(USART2_TX)引腳,進(jìn)入CPU 進(jìn)行處理。

GSM 模塊SRXD 和STXD 引腳分別連接主控芯片PB10(USART3_TX)和PB11(USART3_RX)引腳,進(jìn)行信息傳輸,使得主控芯片經(jīng)過GSM 通信模塊,能可靠地和APP 通信。

3   定位功能實(shí)現(xiàn)

北斗定位模塊原理圖如圖4 所示。

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U_BD1 是超低靜態(tài)功耗的穩(wěn)壓芯片,把3.5 V 的電壓經(jīng)過引腳1 輸入給芯片,再由芯片的第5 腳輸出穩(wěn)定的3.3 V 電壓。

U_BD2 是北斗定位芯片S1216F8_BD,由天線T接收采集衛(wèi)星信號(hào),從第11 腳RF_IN 輸入到芯片,經(jīng)芯片處理完后,把數(shù)據(jù)經(jīng)過串口輸出。第21 腳和第20腳分別與主控制板的引腳PA2、PA3 連接,進(jìn)行串口通信,傳輸數(shù)據(jù)。

S1216F8-BD 北斗芯片默認(rèn)采用NMEA-0183(美國國家海洋電子協(xié)會(huì))協(xié)議輸出北斗定位數(shù)據(jù),控制協(xié)議為Sky Traq 協(xié)議。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5 所示。

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北斗定位函數(shù)初始化硬件之后,通過調(diào)用北斗的S1216F8BD_Cfg_Rate 函數(shù)判斷模塊是否在位,如果不在位,則嘗試去設(shè)置模塊的波特率為38400,直到檢測到模塊在位為止。然后進(jìn)入死循環(huán),等待串口接收北斗數(shù)據(jù)。每次接收到北斗模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù),就執(zhí)行數(shù)據(jù)解析。最后得到電動(dòng)兩輪車所在位置的經(jīng)度、緯度和行駛速度。

4   行駛功能實(shí)現(xiàn)

4.1 預(yù)先設(shè)置

插入未停機(jī)的中國移動(dòng)或中國聯(lián)通的SIM 卡,以便通信使用,并在APP 中設(shè)置接收信息的號(hào)碼。在APP 中設(shè)置電動(dòng)車開機(jī)密碼和電動(dòng)車車主身份信息到STM32 內(nèi)核,以便識(shí)別車輛身份。設(shè)置50 m 電子圍欄,用于非法移動(dòng)報(bào)警。

4.2 正常開機(jī)使用

使用流程如圖6 所示,電動(dòng)車主正常使用鑰匙開車鎖S2,PB13 = 1 和PB14 = 0,進(jìn)入運(yùn)行模式。CPU 上電,系統(tǒng)進(jìn)行初始化,發(fā)送開機(jī)申請到APP。車主在APP上輸入行駛密碼。當(dāng)按下啟動(dòng)開關(guān)S1,用戶輸入密碼正確時(shí),PB15 = 1,光電耦合器U100 接通,使得繼電器K1 線圈得電,觸點(diǎn)吸合,電機(jī)控制模塊通電,控制電機(jī)正常運(yùn)行,準(zhǔn)予騎行。

當(dāng)開機(jī)密碼錯(cuò)誤且錯(cuò)誤次數(shù)超過3 次,判斷為非法開機(jī),此時(shí),PB15 = 0,光電耦合器U100 斷開,繼電器K1 觸點(diǎn)斷開,切斷電機(jī)供電,鎖死電機(jī),并且電動(dòng)車發(fā)出警報(bào),上傳位置信息給車主,實(shí)現(xiàn)防止車輛非法騎行或被盜。當(dāng)車主確認(rèn)輸入密碼的是本人,可以解除警報(bào),進(jìn)入監(jiān)控模式;否則一直報(bào)警,并且每隔1 分鐘上傳一次位置信息給車主。

當(dāng)合法騎行完畢,鎖車后,PB13 = 0,PB14 = 1,進(jìn)入監(jiān)控模式。

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5   監(jiān)控和報(bào)警

監(jiān)控模式如圖7 所示,會(huì)一直在系統(tǒng)后臺(tái)定位,每隔1 分鐘,采樣一次經(jīng)緯度。依據(jù)前后2 次經(jīng)緯度計(jì)算出車輛的位置移動(dòng)距離L。若未超出電子圍欄( 如50 m),則繼續(xù)監(jiān)控,否則報(bào)警并設(shè)PB15 = 0 鎖電機(jī),且每隔1 分鐘發(fā)送位置信息給車主,以便車主追回車輛,如圖8 所示。當(dāng)車主把警報(bào)解除后,繼續(xù)監(jiān)控,否則一直報(bào)警和定位。

6   車輛追蹤設(shè)計(jì)

用戶可在APP 上隨時(shí)查看位置信息,以便更人性化的監(jiān)控車輛所在位置,放心使用該服務(wù),如圖9 所示。

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圖8 顯示被盜位置

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圖9 位置查詢

車主在APP 上設(shè)置車主身份信息。當(dāng)車輛被盜時(shí),能在APP 上查詢出車主信息,如圖10 所示。便于執(zhí)法人員準(zhǔn)確地識(shí)別真正的車主,有助于解決糾紛。

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圖10 顯示車主信息

7   結(jié)語

系統(tǒng)通過GSM 模塊接入全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),通信信號(hào)遍布全球每個(gè)角落,使得手機(jī)APP 與控制器之間的通信不受距離限制,解決了控制距離受限制問題,實(shí)現(xiàn)了對電動(dòng)兩輪車的。

本文從設(shè)計(jì)電動(dòng)兩輪車新型控制系統(tǒng)的原理方框圖出發(fā),設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分、硬件電路原理圖、軟件流程圖和程序代碼(因篇幅有限,未列出),介紹了系統(tǒng)的工作原理。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,此系統(tǒng)可行,具有實(shí)用和商業(yè)推廣價(jià)值。因篇幅有限,APP 設(shè)計(jì)的其他功能,本文未闡述。

參考文獻(xiàn):

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(本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年3月期)



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