無線區(qū)間測速系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

劉效典 叢健宇 鄭琳

【摘要】本文介紹了基于STM32的無線車輛區(qū)間測速系統(tǒng)，主要是利用超聲波的特點和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和STM32F103C8T6單片機相結合。采用軟硬件結合的方法，具有模塊化和多用化的特點。以STM32單片機最小系統(tǒng)為控制器。并配以霍爾測速電路、按鍵電路、報警系統(tǒng)、顯示電路等部分。

【關鍵詞】超聲波測距模塊;測速系統(tǒng);無線傳輸模塊

一、系統(tǒng)硬件電路的設計

（一） 無線車輛區(qū)間測速系統(tǒng)硬件結構設計

無線車輛區(qū)間測速系統(tǒng)由超聲波測距模塊、霍爾測速模塊、單片機、無線收發(fā)模塊、聲光報警模塊、LCD顯示模塊、按鍵模塊、電源組成。單片機的VCC、GND管腳與電源輸入模塊的VCC、GND相連。RST管腳連復位電路， XAL1、XAL2控制晶振電路，PA2、PA3控制鍵盤輸入模塊，PB6 、PB7用于超聲波測距電路，PB2接無線收發(fā)電路，PB5控制電機電路，PB7用于霍爾測速電路，PB8-B15用于LCD液晶顯示，PA8控制蜂鳴器組成的報警電路。

（1） 無線收發(fā)電路設計

本設計采用的無線發(fā)送電路為NRF24L01，工作在2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。NRF24L01內置功能模塊包括晶體振蕩器、功率放大器、頻率合成器、調制器等。使用Shock Burst 技術，用程序進行輸出功率和通信頻道的配置。將NRF24L01的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ分別連接單片機的PA4、PA8、PA5、PA7、PA6、PA11引腳。

（2） 報警電路設計

蜂鳴器模塊為蜂鳴器驅動電路，蜂鳴器驅動電路的ALAM引腳接在單片機PA8引腳處。當給其低電平時，限流電阻R1導通，蜂鳴器得電，達到報警作用。采用LED燈為報警指示燈，通過交替打開和關閉模擬LED燈，來實現(xiàn)閃燈的效果。

（3） 超聲波測距電路設計

聲波模塊選用HC-SR04超聲測距模塊，本模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度高達3mm。采用IO口Trig觸發(fā)測距，給10us的高電平信號;模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，其中引腳接Trig端控制觸發(fā)信號，引腳接Echo端口，有信號返回時輸出高電平。測試距離=（高電平時間*聲速（340m/s））/2。

（4）霍爾測速電路設計

測量轉速的霍爾傳感器和機軸同軸連接，機軸每轉一周，產生一定量的脈沖個數(shù)，由霍爾器件電路部分輸出。經(jīng)光電耦合后，成為轉速計數(shù)器的計數(shù)脈沖。同時傳感器電路輸出幅度為12v的脈沖經(jīng)光電耦合后降為5v。保持邏輯電平相一致?？刂朴嫈?shù)時間，即可實現(xiàn)計數(shù)器的計數(shù)值對應機軸的轉速值。

二、軟件系統(tǒng)的設計

（1）系統(tǒng)軟件主程序設計

首先系統(tǒng)初始化，然后開始超聲波測距，如接收到數(shù)據(jù)則對數(shù)據(jù)進行處理，若沒收到則重新進行測距。對數(shù)據(jù)進行處理后通過無線數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)到接收端，若收到進行數(shù)據(jù)處理，沒收到重新發(fā)送。處理后將檢測到的距離數(shù)據(jù)送到顯示屏，電路開始轉動進行測速?；魻杺鞲衅鹘邮諗?shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行運算后進行數(shù)據(jù)顯示，程序結束。

（2） 無線數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)系統(tǒng)子程序設計

先對HC-SR04超聲波測距模塊及NRF24L01初始化，通過NRF24L01模塊將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給收發(fā)模塊后用程序讀出數(shù)據(jù)在顯示屏上顯示，然后關閉SPI傳輸返回狀態(tài)值。在接收端，對SPI傳輸使能，設為接收模式讀取狀態(tài)值。檢測到數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行處理，并顯示屏上顯示。然后判斷是否接到數(shù)據(jù)，如果接收到數(shù)據(jù)，用STM32單片機進行數(shù)據(jù)處理，并通過顯示模塊進行顯示，顯示完畢后返回。如果接收不到數(shù)據(jù)則繼續(xù)檢測。

（3）超聲波測距子程序設計

系統(tǒng)初始化，初始化后采集數(shù)據(jù)，通過NRF24L01芯片與STM32單片機系統(tǒng)發(fā)送到無線數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)。計算時只要在Trig/TX 管腳輸入高電平，那么HC-SR04便可以輸出一個高電平，距離值就是根據(jù)此高電平的持續(xù)時間計算得出的。

三、結論

本設計實現(xiàn)了用STM32單片機對超聲波測距、霍爾測速電路及其他硬件的控制。通過編寫程序，使其能夠測出當前車輛的一個行駛速度與前車的距離，從而實現(xiàn)無線車輛區(qū)間測速。單片機與各硬件的連接，再通過程序進行硬件與單片機的信息交互，達到硬件反饋信息給單片機，單片機控制硬件，從而實現(xiàn)無線區(qū)間測速的設計。

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作者簡介：劉效典、叢健宇，男，沈陽工學院。鄭琳（通訊作者），女，漢族，遼寧人，沈陽工學院，教師，講師，碩士學位。