无线区间测速系统的设计与实现

刘效典 丛健宇 郑琳

【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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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。