怎样去设计一种基于STM32F407的智能防酒驾装置呢

智能防酒驾装置

一、总体设计方案

  智能防酒驾装置由一个主机设备从和三个从机（酒精传感器）组成，主机采用STM32F407作为主控设备，从机采用STM32F030作为主控芯片，主机和从机之间通过NRF24L01进行无线通信。主机负责酒驾情况的判定、通过GPS进行定位、通过GSM向用户发送短信、控制车辆状态、显示设备当前状态并向驾驶员发出语音提示等工作。从机主要负责采集车辆内各处的酒精浓度、向主机报告车辆各处的酒精浓度。酒精传感器采用TGS2620高灵敏度乙醇气体传感器对气体信号进行检测，当空气中有乙醇气体存在时，该气体的浓度越高传感器的电导率也会越高。将电导率的变化转换成与该气体浓度相对应的电压信号输出，根据电压信号进行酒精含量的判断。
  该装置的工作流程为：驾驶司机进入车内后，会有一个装有气体传感器的装置强行检测司机的喝酒情况。当酒精浓度较低时，系统无反应并进行语音提示，车子可以正常行驶；但是当酒精浓度过高，超过安全驾驶的酒精浓度范围时，检测装置断开点火开关，使汽车无法发动，并发出语音提示驾驶员请勿酒驾。另外，系统会通过GPS对车辆进行定位，将司机醉酒驾驶的情况和当前位置以短信的形式发送给司机的家属、朋友，或向第三方发送位置，请求代驾。
二、硬件电路

1.主机

  主机由STM32F407VET6作为主控芯片，将GPS模块、GSM模块、语音模块、NRF24L01无线通信模块、OLED显示模块集成在一起，对外提供继电器、热释电红外模块、酒精传感器和矩阵键盘的接口。主设备采用12V电源进行供电，首先经过MP1584en稳压模块将电压降至5V，为GSM模块、语音模块、继电器进行供电（原定采用AMS1117-5.0进行5V稳压，但由于AMS1117的最大输出电流只有1A，无法满足设备的供电需求）。然后在经过AMS1117-3.3将电压稳压到3.3V，为GPS模块、OLED显示屏、NRF24L01无线通信模块、热释电红外模块进行供电。

2.从机

  从机由STM32F030F4P6作为主控芯片，主要负责对酒精传感器的信号进行采集，并通过NRF24L01将采集到的信号发送给主机做酒驾判断。为了减小从机的体积，从机部分没有采用外部的晶振提供时钟信号，只保留了稳压电路和滤波电路。


3.酒精传感器

  酒精传感器由TGS2620作为敏感元件，首先让TGS2620输出的电压信号经过惠斯通电桥，形成一组差分信号，然后经过由LM358组成的差分运算放大器，从而获得到空气中酒精浓度的相对变化值。




三、程序设计






主机部分

1.GPS

  GPS通过USART3与主机进行通信，波特率为9600。使用NMEA-0183协议进行通信，获取GPS返回的GPGGA数据，然后进行相关的数据解析。

//********************************************************************
//得到GPS的经纬度
//数据为char型数组
//若没有得到数据则无返回结果
//********************************************************************
void GPS_GetData()
{
        u8 i;
        if(USART3_RX_STA&0X8000)                //接收到一次数据了
        {
                USART3_RX_STA=0;                                   //启动下一次接收
               
                GPS_Analysis(&gpsx,(u8*)USART3_RX_BUF);//分析字符串
               
                if(gpsx.gpssta==1 ||gpsx.gpssta==2 )        //GPS定位成功
                {
                        u8 i;
                       
                        GPS_positioning = 1;


                        Transform_double_to_char(((double)(gpsx.longitude)/10000000-0.003466), longitude_char, 6, 1);
                        Transform_double_to_char(((double)(gpsx.latitude)/10000000+0.323707), latitude_char, 6, 1);       
                       
                        i =strlen(longitude_char);
                        longitude_char =gpsx.ewhemi;
                        longitude_char[i+1] ='';
                       
                        i =strlen(latitude_char);
                        latitude_char =gpsx.nshemi;
                        latitude_char[i+1] ='';
                       
                        printf("GPS定位成功rn");       
                }
                else if(gpsx.gpssta==0)
                {       
                        if(GPS_positioning == 1 )
                        {
                                GPS_positioning = 2;
                                printf("GPS信号弱rn");
                        }
                        else if(GPS_positioning == 0 )
                        {
                                printf("GPS无信号rn");
                        }
                }
                gpsx.gpssta = 0;
        }
}
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//********************************************************************
//浮点型/整型转字符型
//Decimal需转换小数
//Character字符型储存的地址，在主函数定义
//precision保留的精度
//round是否四舍五入，1是，0否
//注意可以转换的长度
//********************************************************************
void Transform_double_to_char(double Decimal, char *Character, short int precision, char round)
{
        int i,x=1;
        int integer ,integer_decimals;
        char temporary_char[10];
        for(i=0;i         {
                x *=10;
        }
        integer = (int)Decimal;                                                                                                                        //整数部分
        integer_decimals = (int)((Decimal - integer) * x + 0.5*round);
        for(i=0 ;integer>0 ;i++)
        {
                temporary_char= (integer % 10) + '0';
                integer = (int)(integer/10);
        }
        if( i==0)
        {
                temporary_char= '0';
                i++;
        }
        for(x=0;x         {
                Character[x] =temporary_char[i-x-1];
        }
        memset(temporary_char,NULL,sizeof(temporary_char));
        if(precision!=0)
        {
                Character[x]= '.';
                x++;
                for(i=0 ;i                 {
                        temporary_char= (integer_decimals % 10) + '0';
                        integer_decimals = (int)(integer_decimals/10);
                }
                for(i=0 ;i                 {
                        Character[x] = temporary_char[precision-i-1];       
                }
        }
        Character[x] ='';
}
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2.GSM

  GSM采用USART2进行通信，向模块发送相应的AT指令既可完成对模块相应的操作。

//********************************************************************
//SIM执行命令
//0~3发送短信,0~3号联系人
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char SIM900A_Executive_Command( char number )
{       
        if( number == 0 ||number == 1 ||number == 2 ||number == 3 )
        {
                int i ,Length;
                char Message_content[280];
                char AT_CMGS[4],Data_Length[4];
                char PUD_latitude[50],PUD_longitude[50];
                char PUD_longitude_latitude[100];
                char PUD_comma[5]={"002C"};
               
                PDU_Transform__Phone_number(Phone_number[number]);
                       
                if(GPS_positioning != 0)
                {
                        PDU_Transform__Message_content(Message_content,Message_content_original_1);
                       
                        Char_to_Unicode(latitude_char, PUD_latitude );
                        Char_to_Unicode(longitude_char, PUD_longitude );
                       
                        memset(PUD_longitude_latitude,NULL,strlen(PUD_longitude_latitude));
                        String_addition(PUD_longitude_latitude ,PUD_latitude ,0);
                        String_addition(PUD_longitude_latitude ,PUD_comma ,strlen(PUD_longitude_latitude));
                        String_addition(PUD_longitude_latitude ,PUD_longitude ,strlen(PUD_longitude_latitude));
                       
                        String_addition(Message_content ,PUD_longitude_latitude ,15*4);
                }
                else
                {
                        PDU_Transform__Message_content(Message_content,Message_content_original_2);
                }
                Length = strlen(Message_content)/2;
                Transform_int_to_hexadecimal(Length ,Data_Length ,2);
                Transform_double_to_char( Length+15, AT_CMGS, 0, 0);
               
                printf("%srn",PDU_Phone_number);
                printf("%srn",Data_Length);
                printf("%srn",Message_content);
               
                for(i=0;i                 {
                        SIM900A_Send_AT( "AT+CMGS=" ,0 );
                        SIM900A_Send_AT( AT_CMGS ,1 );               
                       
                        if(USART2_Data_seek(USART2_Data ,">" ,500))
                        {
                                SIM900A_Send_AT( PDU_Phone_number ,0 );
                                SIM900A_Send_AT( Data_Length ,0 );
                                SIM900A_Send_AT( Message_content ,0 );


                                USART_SendData( USART2, 0x1A );
                                SIM900A_Send_AT( 0 ,1 );
                                if(USART2_Data_seek(USART2_Data ,"ERROR" ,2000))
                                {
                                        printf("发送失败rn");
                                        return 0xFF;
                                }
                                printf("发送成功rn");
                                return 0x00;
                        }
                        else printf("AT+CMGS指令错误rn");
                }       
        }
        printf("指令错误rn");
        return 0xFF;
}
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//********************************************************************
//通过串口2发送AT指令
//可以直接发字符串或发数组
//********************************************************************
void SIM900A_Send_AT( char *AT_command ,char over )
{
        for(;*AT_command!='';AT_command++)
        {
                while( USART_GetFlagStatus( USART2 , USART_FLAG_TXE ) == 0 );
                USART_SendData( USART2, *AT_command );
        }
        if( over )
        {
                while( USART_GetFlagStatus( USART2 , USART_FLAG_TXE ) == 0 );
                USART_SendData( USART2, 0x0d );//  /r,0x0d，回车的作用只是移动光标至该行的起始位置
                while( USART_GetFlagStatus( USART2 , USART_FLAG_TXE ) == 0 );
                USART_SendData( USART2, 0x0a );//  /n,0x0a，换行至下一行行首起始位置；
        }
        while( USART_GetFlagStatus( USART2 , USART_FLAG_TXE ) == 0 );
}
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//*******************************************************************
//将手机号码转换为PDU格式
//*******************************************************************
void PDU_Transform__Phone_number(char *Phone_number_input)
{
        u8 i;
        Phone_number_input[11] = 'F';
        for(i =0 ;i<12 ;i++)
        {
                if( i%2 == 0)
                {
                        PDU_Phone_number[i+12] = Phone_number_input[i+1];
                }
                else
                {
                        PDU_Phone_number[i+12] = Phone_number_input[i-1];
                }
        }
        Phone_number_input[11] = '';
}
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//*******************************************************************
//字符串内添加字符串
//原字符串String
//需要添加的字符串Add_String
//第Add_location字之后添加
//*******************************************************************
void String_addition(char *String ,char *Add_String ,int Add_location)
{
        u8 i;
        int length_String ,length_Add;
        length_String = strlen(String);
        length_Add = strlen(Add_String);
       
        String[ length_String+length_Add ] ='';
       
        for( ;length_String> Add_location ; length_String--)
        {
                String[ length_String-1+length_Add ] = String[ length_String-1 ];
        }
       
        for( ;length_Add>0 ;length_Add--)
        {
                String[ Add_location-1+length_Add ] = Add_String[ length_Add-1 ];
        }
}
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