基于单片机的汽车防撞防盗系统的设计与实现

张 蕊，王启明

（平顶山学院 信息工程学院，河南 平顶山 467000）

0 引 言

随着我国近年来汽车行业和社会生活的飞速发展，汽车已经逐渐进入越来越多的普通百姓家中。当前我国高速公路上的交通事故数量不断增长，而很多汽车还未安装防撞系统装置。据各类报道及调查显示，我国一天之内平均有1 850辆汽车被盗，这是一个非常严重的社会性问题。

1 研究背景

私家车数量逐年增长，当前交通事故频发，为驾驶员带来巨大的安全问题以及财产损失。而车辆被盗案例数量也呈上升趋势，且市面上大多数汽车未安装防撞系统，因此开发一款价格低廉、使用简便的汽车防撞防盗系统很有必要。

2 需求分析

2.1 功能需求分析

将STM32F103C8T6单片机最小系统作为该设计的核心。检测功能部分由人体红外传感器和超声波测距传感器完成，用以检测汽车附近是否有人以及汽车和障碍物间的距离；显示功能部分通过LCD1602液晶屏幕对汽车防撞防盗系统的参数及系统状态进行显示，采用Keil5软件对单片机板进行烧录。

2.2 性能需求分析

产品要求易于使用者操作，考虑到该系统是方便司机驾驶的工具，所以设计时必须保证系统的安全性和可靠性。

3 系统设计

系统具有控制模块、距离检测、红外感应、报警提示、液晶显示等模块，总体功能模块如图1所示。

图1 系统总体功能模块

汽车防撞防盗系统中使用的人体红外感应模块，它的频率会在检测到人体红外辐射时发生变化，这时电荷逐渐失去平衡，并且向外释放，之后电路经过检测和处理即可触发蜂鸣器报警。如果人体未完全离开传感器的检测范围，那么蜂鸣器的开关持续与传感器接通；如果人体已经离开并且长时间未在被感应区域里移动，那么开关会自动延时和关闭。LCD1602液晶显示屏可以显示检测到的汽车车距以及该系统目前是否处于防盗模式下，并判断是否有人。

汽车防撞以及防盗报警控制处理系统的软硬件部分主要由采用STM32单片机的极小角度控制处理系统、人体红外感应控制模块、按键控制模块、蜂鸣器以及报警控制模块等构成。汽车防撞防盗系统硬件框架如图2所示。

图2 汽车防撞防盗系统硬件框架

对主程序执行过程进行分析，并给出软件执行流程。软件设计部分需根据系统功能进行代码编写，首先编写主程序代码，形成功能框架，然后根据各部分功能，分模块编写代码。选用C语言编程，采用Keil5软件对编写好的程序进行编译、链接，并生成机器代码，选择STM32单片机作为系统处理器。上位机软件程序流程如图3所示。

图3 上位机软件程序流程

4 系统实现及关键技术

通过需求分析，确定该系统的研究任务，并分析各模块的功能及硬件配置，全面了解系统的工作原理。

4.1 显示模块的实现

显示模块采用LCD1602模块。该液晶显示屏通过单片机烧录的程序进行显示控制。该模块为先进的工业字符型号液晶屏，可以分别多次显示16×2即32个字符。模块的显示程序流程如图4所示。

图4 液晶显示程序流程

4.2 距离检测模块的实现

距离检测模块采用超声波测距方式，频率40 kHz以上的机械波具有穿透性强、衰减小、反射能力强等特点，发射器发射一系列连续的脉冲并接收反射波，通过计算时间差得出距离。该系统具有原理简单、成本低等优点。超声波定位测距模块工作原理流程如图5所示。

图5 超声波模块程序流程

4.3 人体感应模块的实现

人体感应模块采用热释电红外传感器，这是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。利用红外模块检测人与汽车间的距离，当检测到人体距离红外探头过近时，开启蜂鸣器提醒，降低车辆被盗风险。人体红外感应程序流程如图6所示。

图6 人体红外感应程序流程

5 系统测试

该汽车防撞防盗系统制作完成后，测试必不可少。通过测试改进系统，从而保证汽车防撞防盗系统的安全性和可靠性。系统测试包括硬件测试、软件测试以及软件硬件联合调试。

软件测试需选用Keil5编程并烧录。硬件和软件测试完成后，进行软硬件联调。测试时，先接通该系统的电源，打开开关。确保上电后，设置超声波测距的参数值。由图7可知，测距报警值为300 mm，在超声波测距模块前放置障碍物，此时测得的距离为418 mm。因为超过了所设置的报警值，所以系统中的蜂鸣器报警提示。

图7 汽车防撞防盗系统实物

最左侧的按键可使距离报警值减10 mm，中间的按键可使报警值加10 mm。在更改报警值后可以再次进行超声波测距测试。当按到最右边的按键后，系统切换到防盗模式。切换成功后，LCD1602液晶屏左上角会显示“FD”字符。这时，如果红外热释电感应模块检测到系统附近有人，蜂鸣器会发出报警。该模块按固定周期进行测试，当检测到附近无人时，蜂鸣器无反应。

6 结 语

汽车防撞防盗系统的设计基本达到预期的功能要求，通过测试，超声波测距模块工作正常，能够准确测量汽车与障碍物间的距离，并在屏幕上清晰显示；人体红外感应模块可正常感应附近是否有人；蜂鸣器报警系统可以及时报警；按键和屏幕显示功能可以正常使用，左侧2个按键可以调节超声波测距时的报警值，最右侧的按键可以使系统切换到防盗模式；汽车防撞防盗系统的电源正常，可使该系统正常上电。