基于STM32 的智能車性能檢測以及實況模擬系統(tǒng)

邢啟明，張慧楠，肖廣兵，孫寧

（南京林業(yè)大學 汽車與交通工程學院，南京 210037）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，在國內(nèi)大力宣傳綠色可持續(xù)發(fā)展理念的背景環(huán)境下，智能車的普及成為當下趨勢，因其可從源頭上有效解決環(huán)境污染問題，但國內(nèi)的智能車生產(chǎn)與維修技術還未臻成熟，并主要通過進口來供給需求，耗資巨大、且效率不高。目前，胡海濤等人［1］、黃坤雄等人［2］對智能電動車展開研究，可為整車的性能安全提供一定保障。孫建華［3］對智能電動車的實況模擬研究也取得一定成果，但仍不能高效全面地對智能車進行性能檢測以及貼合日常實況模擬。

本文設計的基于STM32 的智能車性能監(jiān)測以及實況模擬系統(tǒng)將人工智能與檢測實踐相結合，優(yōu)化了傳統(tǒng)的檢測與模擬方式，可以通過攝像頭模塊、傳感器信息采集模塊對智能車進行快速的性能檢測和實況模擬，有效地提高了智能車生產(chǎn)和維修效率，具備智能化、高效化的特點。

1 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設計圖如圖1 所示。圖1中，STM32F103處理器為本系統(tǒng)核心，起著智能車的性能檢測以及實況模擬監(jiān)控作用。在智能車生產(chǎn)或檢修情況下，通過攝像頭模塊和傳感器信息采集模塊對車輛進行多種類型的性能檢測，掌握與智能車各個系統(tǒng)相關的所有資料，或通過CAN 通信網(wǎng)絡［4］控制被檢車輛進行各種工況的模擬，生成模擬結果。再將性能資料以及模擬結果發(fā)送給處理器，并對數(shù)據(jù)加以分析處理，判斷車輛狀態(tài)后發(fā)送給上位機管理系統(tǒng)，管理人員則會依據(jù)車況對被檢車輛做出進一步的調(diào)整，相互間的數(shù)據(jù)則通過CAN 通信網(wǎng)絡進行傳遞。實現(xiàn)智能車多系統(tǒng)性能集成化體現(xiàn)以及便捷化處理，為即將到來的智能車浪潮提供基礎技術支持。

圖1 系統(tǒng)設計圖Fig.1 System design drawing

2 硬件電路設計

基于STM32 的智能車性能檢測以及實況模擬系統(tǒng)的硬件主要包括：供電模塊、CAN 通信模塊、主處理器模塊、攝像頭電路以及傳感器信息采集模塊。硬件設備是以STM32 主處理器模塊為核心，其他模塊以供電模塊作為輔助，與處理器的串口進行連接，完成信息反饋、性能調(diào)整等。對此擬給出研究分述如下。

2.1 供電模塊

供電模塊的設計電路如圖2 所示。系統(tǒng)中STM32 主處理器模塊采用2.0～3.6 V 直流電壓，CAN 通信模塊采用1.9～3.6 V 直流電壓，攝像頭模塊采用5 V 電壓，傳感器數(shù)據(jù)采集模塊采用2.0～3.6 V 電壓。供電模塊輸入電壓為220 V 交流電，AH8650 芯片將交流220 V 降為5 V 穩(wěn)定電壓，再用LM1117-3.3 芯片將5 V 電壓穩(wěn)定至3.3 V。圖2 中的LM1117-3.3 芯片，具有防止過熱、限制電流的作用，還可以抑制自激振蕩，保證在過熱、過壓、過流、欠壓等情況下的整車安全，在滿足硬件設備電量需求的同時考慮到各個用電模塊的隔離［5］，具有簡單、高效的特點。

圖2 供電模塊Fig.2 Power supply module

2.2 處理器模塊

本系統(tǒng)的核心硬件在于STM32 處理器，對檢測信息以及模擬結果進行反饋處理，實現(xiàn)智能車多系統(tǒng)性能集成化體現(xiàn)以及便捷化處理。處理器模塊電路設計如圖3 所示。

圖3 處理器模塊電路Fig.3 Processor module circuit

STM32 是意法半導體（ST）公司出品的產(chǎn)品［6］。平均每個時鐘可執(zhí)行1.25 條指令，將電腦與單片機I／O 功能結合，并在對采集信息處理上有著優(yōu)異表現(xiàn)。該芯片配有SPI、USB、UART 等功能［7］，可連接多種外設。具有成本低、功耗低、性能好的特點［8］。STM32 處理器分析處理采集后的信息，判斷車輛是否正常，并發(fā)送給上位機管理系統(tǒng)，管理人員依據(jù)車況對被檢車輛做出進一步的調(diào)整。

2.3 CAN 通信模塊

為增強系統(tǒng)的抗干擾性，本系統(tǒng)選擇CAN 通信網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，保證系統(tǒng)實時性及精準性［9］。CAN 通信網(wǎng)絡支持分布式控制或實時控制［10］，屬于現(xiàn)場總線的范圍。CAN 中心處理器多選用51 系列單片機，采用SJA1000 控制器和PCA82C250 驅動器，但所需硅片較多、占用空間較大、外接擴展嚴重受限且功耗更高。所以本系統(tǒng)選取CAN 通信模塊采用LPC2119 控制器和TJA1050 驅動器，具有功耗低、封裝小、4 路10 位ADC、2 路CAN 以及多達9 個外部中斷等優(yōu)點［11］。CAN 通信模塊的電路設計如圖4 所示。

圖4 CAN 通信模塊Fig.4 CAN communication module

2.4 攝像頭模塊

攝像頭模塊的設計連接如圖5 所示。圖5中，攝像頭以OV7620 圖像采集集成芯片作為核心［12］，OV7620 是一款CMOS 圖像傳感器，內(nèi)部含有10 位雙通道A／D 轉換器，圖像數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定，采用5 V電源供電，支持QVGA 與VGA 兩種圖像格式、隔行和連續(xù)兩種掃描方式，像素高、可達664×492，傳輸速率快、可達30幀［13］，具有自動白平衡和自動增益控制，包括RGB、YUV、YCrCb 三種數(shù)據(jù)格式，能夠滿足系統(tǒng)性能檢測和實況模擬的要求。

圖5 攝像頭模塊Fig.5 Camera module

2.5 傳感器信息采集模塊

傳感器信息采集模塊的電路設計如圖6 所示，這是本文設計的以OBD 數(shù)據(jù)采集方式［14］為主的傳感器信息采集模塊，能夠采集汽車實時數(shù)據(jù)并上傳到服務器，并且為了彌補OBD 信息采集模塊可能出現(xiàn)的問題，還加裝了傳感器，OBD 數(shù)據(jù)的讀取需借助TL718 芯片完成，具有傳輸速率快、穩(wěn)定、可靠、高效的特點［15］。

圖6 傳感器信息采集模塊Fig.6 Information acquisition module of the sensor

3 系統(tǒng)軟件設計

軟件設計選用Visual Basic 6.0 軟件，搭建智能車性能檢測以及實況模擬系統(tǒng)的界面。

軟件主界面如圖7 所示。由圖7 可知，軟件主界面由實況模擬按鈕、性能檢測按鈕、個性化以及返回按鈕組成，實現(xiàn)對智能電動車性能檢測與實況模擬的遠程快捷控制［17］，有效提升檢測與模擬效率并及時反饋結果。

圖7 軟件主界面Fig.7 Main interface of the software

系統(tǒng)軟件流程如圖8 所示。圖8中，軟件的核心在于檢測車輛性能以及對車輛進行實況模擬，并將檢測或模擬報告發(fā)送給上位機管理系統(tǒng)，管理人員依據(jù)車況對被檢車輛做出進一步的調(diào)整。普通用戶不可以對車輛進行實況模擬，而管理員享有所有操作權限。

圖8 系統(tǒng)軟件流程圖Fig.8 Flow chart of the system software

圖9 為智能車性能檢測界面。在智能車生產(chǎn)或檢修情況下，通過攝像頭模塊以及傳感器信息采集模塊［17］對智能電車進行各個子系統(tǒng)的全面檢查，直觀反映被檢車輛的運行狀態(tài)，并且具有檢查報告快捷保存功能，便于通過檢查報告的分析對被檢車輛進行進一步的調(diào)整，及時排除車輛故障，確保智能車性能最優(yōu)，保障車主生命財產(chǎn)安全。

圖9 性能檢測界面Fig.9 Performance test interface

實況模擬界面如圖10 所示。該界面為智能電動車實況模擬界面，采用CAN 通信網(wǎng)絡對車輛進行控制并對被檢車輛進行前碰撞預警、橫向碰撞預警、車道偏離預警等多種交通實況的模擬，確保被檢車輛各項預警系統(tǒng)正常的同時保證其部分技術參數(shù)準確無誤，并且可以快捷保存模擬結果，方便管理人員查看。

圖10 實況模擬界面Fig.10 Live simulation interface

4 結束語

本文研究系統(tǒng)核心為STM32 主處理器［8］，通過攝像頭模塊和車輛多種傳感器信息采集模塊，將數(shù)據(jù)傳輸給管理人員，管理人員依照檢測及模擬結果對車輛做出相應的調(diào)整，之間通過CAN 通信網(wǎng)絡完成數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)智能車多系統(tǒng)性能集成化體現(xiàn)以及便捷化處理，并且結構簡單，可以在實踐中付諸應用，并為后續(xù)研究提供有益借鑒和參考。