無線區間測速系統的設計與實現
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【摘要】本文介紹了基于STM32的無線車輛區間測速系統，主要是利用超聲波的特點和優勢，將超聲波測距系統和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單片機最小系統為控制器。并配以霍爾測速電路、按鍵電路、報警系統、顯示電路等部分。
【關鍵詞】超聲波測距模塊;測速系統;無線傳輸模塊
一、系統硬件電路的設計
（一） 無線車輛區間測速系統硬件結構設計
無線車輛區間測速系統由超聲波測距模塊、霍爾測速模塊、單片機、無線收發模塊、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。
?。?） 無線收發電路設計
本設計采用的無線發送電路為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。
?。?） 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，來實現閃燈的效果。
?。?） 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觸發測距，給10us的高電平信號;模塊自動發送8個40khz的方波，其中引腳接Trig端控制觸發信號，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。
?。?）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，由霍爾器件電路部分輸出。經光電耦合后，成為轉速計數器的計數脈沖。同時傳感器電路輸出幅度為12v的脈沖經光電耦合后降為5v。保持邏輯電平相一致?？刂朴嫈禃r間，即可實現計數器的計數值對應機軸的轉速值。
二、軟件系統的設計
?。?）系統軟件主程序設計
首先系統初始化，然后開始超聲波測距，如接收到數據則對數據進行處理，若沒收到則重新進行測距。對數據進行處理后通過無線數據發送端發到接收端，若收到進行數據處理，沒收到重新發送。處理后將檢測到的距離數據送到顯示屏，電路開始轉動進行測速。霍爾傳感器接收數據，對數據進行運算后進行數據顯示，程序結束。
（2） 無線數據傳輸收發系統子程序設計
先對HC-SR04超聲波測距模塊及NRF24L01初始化，通過NRF24L01模塊將數據信息發送給收發模塊后用程序讀出數據在顯示屏上顯示，然后關閉SPI傳輸返回狀態值。在接收端，對SPI傳輸使能，設為接收模式讀取狀態值。檢測到數據后，對數據進行處理，并顯示屏上顯示。然后判斷是否接到數據，如果接收到數據，用STM32單片機進行數據處理，并通過顯示模塊進行顯示，顯示完畢后返回。如果接收不到數據則繼續檢測。
?。?）超聲波測距子程序設計
系統初始化，初始化后采集數據，通過NRF24L01芯片與STM32單片機系統發送到無線數據傳輸接收系統。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，距離值就是根據此高電平的持續時間計算得出的。
三、結論
本設計實現了用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，從而實現無線車輛區間測速。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，從而實現無線區間測速的設計。
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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。
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