基于單片機藍牙的智能汽車進入系統

韋依

(東北林業大學 交通學院,黑龍江 哈爾濱150040)

1 概述

隨著我國汽車工業的發展,越來越多的家庭擁有了汽車,隨之而來的由于汽車而帶來的“麻煩事”卻也在不斷地增多,有關調查研究表明,有10%的司機曾經將汽車鑰匙丟失或者將汽車鑰匙鎖在車內而無法進入車內,這種情況發生之后,無論是電話聯系4S 店或者是利用開鎖公司進行開鎖,都會耽誤大量的時間,同時也會造成金錢上的損失。而無鑰匙進入也在此時沒有真正實現真正的無鑰匙進入,必須依賴于車鑰匙才能夠進入到汽車內。在夏天的時候,汽車停在室外環境中,經過太陽的暴曬,車內溫度會達到40-60 攝氏度,當司乘人員進入車內時,會感到明顯的燥熱,車內的溫度短時間內無法快速降下來,給司乘人員帶來了極不舒適的體驗；同樣的,在冬天的時候,汽車內的溫度比較低,發動機的溫度無法快速上升,空調溫度也將不會快速上升,也會給司乘帶來比較差的體驗。以這三個問題為出發點,本系統利用單片機、藍牙、通信模塊等,構建一個基于單片機藍牙的智能車門鎖系統。車主可以利用手機藍牙和本系統的車載藍牙模塊進行綁定識別,還可以利用手機藍牙來控制車門鎖的開啟與鎖定,同時,又可以與車載電腦相連,通過手機給汽車發送控制指令,啟動車輛,根據汽車內的溫度高低,決定是否開閉空調來使車內溫度達到適宜的溫度[1]。

2 系統硬件設計

2.1 藍牙模塊設計。本系統采用DFROBOT-BluetoothV3 藍牙串口模塊,DF-BluetoothV3 藍牙模塊采用獨特雙層板設計,即美觀又防止靜電損壞模塊,設計2 個電源輸入口,寬電壓供電(3.5V～8V)和3.3V 供電,可適用于各種場合。STATE 和LINK 指示燈清晰明亮,用于顯示模塊工作狀態和連接狀態。STATE 狀態:搜索狀態(指示燈以2.9Hz 頻率閃爍) 連接狀態(指示燈以0.5Hz 頻率閃爍),LINK 狀態(配對后常亮)。自帶高效板載天線,信號質量好發射距離更遠,透明串口,可與各種藍牙適配器、藍牙手機配對使用,人性化的設計為二次開發提供便利,撥碼開關可設置模塊狀態,LED Off 可關閉LINK 燈進入省電模式,AT Mode可使模塊進入AT 指令模式,通過AT 指令可以修改波特率和主從機模式,2 個藍牙模塊就可以自由配對進行數據傳輸,非常適用于2 個單片機之間的數據通訊。藍牙模塊的的正極接在單片機的VCC 接口上,負極接在單片機的GND 接口上[2],數據段接在IO 口上,進行數據傳輸。藍牙模塊的初始密碼設為1234,當車主用手機連接上藍牙模塊后,可以在手機上重置此藍牙模塊的密碼,避免他人惡意連接。當車主重置藍牙密碼之后,當車主的手機藍牙打開且位于車輛50 米范圍之內(無遮擋和其他信號干擾的情況下),手機藍牙可以與本系統的藍牙模塊自動進行連接,避免了重復連接的麻煩。在藍牙連接上之后,車主可以在手機上操作,在軟件上點擊相應的按鈕即可控制車輛完成相應的動作。點擊開鎖按鈕,即可實現汽車的解鎖[3],點擊鎖定按鈕,可以實現汽車的落鎖,點擊開啟空調按鈕,啟動車輛之后,點擊開啟空調,選擇冷暖風模式,即可實現空調的自動開啟。

2.2 CAN 通信模塊的設計。CAN 總線協議已經成為汽車計算機控制系統的主要協議,CAN 總線協議來進行汽車車載電腦和車載元件之間的通信。單片機不能直接與汽車的車門鎖模塊等進行通信,必須借助于CAN 模塊。目前,汽車中的網絡連接主要采用兩條CAN 總線,一條是驅動系統的高速CAN 總線,速率達500kb/s,另一條是車身系統的低速CAN 總線,速率是100kb/s[4]。車身系統的CAN 主要連接對象是4 門以上的中控門鎖、電動車窗、后視鏡和車廂內照明燈等。有些先進的轎車除了上述2 條CAN 總線外,還會有第3 條CAN 總線,它的主要連接對象是衛星導航及智能通信系統。汽車的車身系統網格圖如圖1 所示。

圖1 車身系統網絡圖

本系統采用威特智能TTL-CAN 通信模塊,產品的主要參數如表1 所示。通過CAN 模塊,將單片機的信號進行轉換,來控制圖一中的空調節點來調節空調[5],控制圖1 中的主控節點,來進行開啟、鎖定車門和啟動汽車的工作。該模塊可以進行數據雙向緩存,CAN 轉TTL 串口: 擁有2K 字節緩存;TTL 串口轉CAN: 50 包數據緩存,數據緩存相當于一個大水池,在出口數據量小于入口數據。量時,數據存起來,再慢慢發送出去,避免數據丟包。由此可以通過CAN 總線準確穩定地獲取汽車的其他元器件的工作狀態,為之后的功能擴展留出了接口。

表1 TTL-CAN 模塊參數

2.3 供電電源設計。在本系統中,單片機、TTL-CAN 模塊、藍牙模塊、使用的均為5V 直流電,而現在汽車上使用的大多數是12V 的直流電,因此需要將12V 的直流電轉換成5V 的交流電進行使用。

LM2576 是一款常用的降壓型開關電源穩壓IC, 其最高輸入電壓為40V, 輸出電壓分固定版和可調版兩種,這里選用LM2576T-5.0V 版本, 其輸出為5V 的固定電壓,輸出電流可達3A。由于LM2576 內部調整管工作于開關狀態,故大電流輸出時,LM2576 發熱要比LM7805 小得多。

圖2 電路輸入為12V 直流,輸出為5V 的穩定電壓。12V 接口可以接在汽車的常火線上,避免由于汽車熄火關閉開關之后沒有電源供給的情況。+5V 電源端與單片機VCC 相連,為單片機和其他元器件提供穩定的5V 直流電源,保證系統各個元器件都能夠正常工作。設計的12V 直流電壓轉5V 直流電壓的電路圖如圖2 所示[6]。

圖2 LM2576T 12V 直流電轉5V 直流電電路圖

3 軟件工作流程

開機后,本系統進行初始化,藍牙模塊處于待連接狀態,LINK 指示燈熄滅,STATE 狀態指示燈以2.9Hz 頻率閃爍。此時單片機從CAN 總線獲取到車輛的狀態,包括汽車車門鎖的狀態、汽車的發動機啟動狀態、空調啟動狀態等。當有設備嘗試與本車藍牙進行配對時,藍牙模塊首先會進行密碼驗證、密碼驗證通過之后,在手機軟件界面會出現開鎖、落鎖、啟動空調、關閉空調等選項按鈕。當車主按下開鎖按鈕后,如果車門鎖已經處于開啟狀態,則軟件會直接提示,車門鎖已經開啟；如果車門鎖處于關閉狀態,則單片機會控制車門鎖進行開啟,并提示用戶車門鎖已經開啟。同理,車門落鎖的邏輯流程亦然。當車主選擇開啟空調按鈕之后,可以設定進行制冷或者是進行制熱,然后設定具體的溫度參數。單片機中央處理器通過CAN 總線啟動車輛和空調,進行相應的制熱制冷動作,連接在單片機上的溫度傳感器會實時獲得車內的溫度,當溫度達到設定的溫度之后,單片機將會控制空調進行關閉,如此往復,可以使車內溫度維持在車主設定溫度附近。

4 結論

通過上述系統,可以讓車主使用手機控制汽車的鎖定與開啟,避免了由于汽車鑰匙被鎖在車內或者汽車鑰匙丟失而無法進入車內所帶來的困擾,幫助車主真正實現了無鑰匙進入,避免車主生活中由于車鑰匙而帶來的諸多用車煩惱。同時可以利用手機遠程提前調節汽車空調的溫度,避免了夏天和冬天司乘進入車內時汽車內溫度過高或者過低帶來的不舒適的體驗。本系統的改裝成本比較低,系統耗能低,且工作可靠,系統安全性也比較高,有很好的發展前景。在日益發展的汽車智能化的潮流中,此系統將會給車主帶來更加便捷和人性化的體驗。