【摘要】汽车多功能行车护航仪通过为驾驶人提供汽车电池电压检测、水平和坡度检测、电子罗盘、温度测量等功能，起到保护驾驶人安全，保证正常行车的作用。介绍一种通过使用倾斜传感器、磁阻传感器、温度传感器等芯片实现精确测量相关数据，有效保障行车安全的设计方案。
【关键词】水平度检测；坡度检测；行车护航仪；电子罗盘；加速度传感器
【中图分类号】TP368【文献识别码】A【文章编号】2095-3518（2016）01-85-02
日常使用中，对于普通车辆，由于不具备高级功能，在行驶中，遇到坡度陡，水平倾斜大的情况，不免会有些疑问，无法准确判断坡度大小等情况，疑虑是否可安全行驶；车辆长时间没有使用，疑虑电池电压是否正常；驾驶过程中，方向无法识别等问题。为了避免这些情况的发生，我们使用基于STM32的汽车多功能行车护航仪设计方案来解决这些问题。
1原理及传感器简介
本设计方案中，对车辆水平和坡度检测使用了加速度传感器MMA7361LC。三轴加速度传感器是一种可以对物体运动过程中的加速度进行测量的电子设备，MMA7361LC小量程加速度传感器是检测物件运动和方向的传感器，该芯片根据物件运动和方向改变输出信号的电压值。MMA7361LC各轴的信号在不运动或不被重力作用的状态下（0g），其输出为1.65v。如果传感器沿着某一个方向活动，或者受到重力作用，输出电压就会根据其运动方向及设定的传感器灵敏度而改变其输出电压。用单片机STM32F103C8T6的A/D转换器读取此输出信号，就可以检测其运动和方向。方案中，用到另外一个重要的传感器——磁阻传感器HMC5883L。霍尼韦尔HMC5883L是一个拥有数字接口的多芯片模块的磁阻传感器，最小感应可达0.7毫斯的高精度，HMC5883L输出精度足以保证指向的正确性。磁阻传感器正是通过芯片指向不同方向，地球磁场对传感器的磁作用的强弱，计算偏向正北方向的角度，来实现对方向的测定。
2硬件实现方案
本设计采用STM32F103C8T6为核心处理芯片，芯片STM32F103系列是意法半导体公司推出的基于高性能”Cortex-M3”内核的高性能处理器，该内核具有最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器、6-64KB的SRAM存储器。低功耗，3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。该芯片高性能、低功耗、多外设的特点可以满足本设计中对性能等方面的需要。硬件设计如图1所示，STM32F103C8T6作为主控制芯片，通过单线技术与达拉斯半导体公司生产的测温芯片DS18B20进行连接，将通信所得的温度数据储存并显示。主控制芯片与电压检测电路通过具有AD功能的引脚连接，测定电压数据并通过液晶显示。主控制芯片与HMC5883L通过IIC总线连接，对得到的数据处理并显示。主控制芯片与MMA7361L连接，通过AD检测电压值，处理后经液晶显示。主要电路部分如下：2.1水平度和坡度检测电路主控制芯片与MMA7361L的X，Y，Z三个引脚相连接，通过3个具有12位AD功能的引脚对数据进行采集，采集后的三个数据，X，Z和Y，Z经反正弦运算就可以得出对应的水平和坡度倾斜数据。2.2电子罗盘电路主控制芯片STM32F103C8T6与HMC5883L通过IIC总线连接，并对HMC5883L进行设置后，从对应的寄存器中，读取对应的X、Y轴上的数据，即是对应磁场方向的磁分量MX、MY。假设磁北和X轴（向前）的夹角为α。实际使用中，电子罗盘并不一定总保持在视屏面上，存在俯仰角φ和横滚角θ，需要利用相关公式求出磁分量MX，MY，进而用公式（1），计算出α，即指南针偏向。α=arctan(MY/MX)（1）2.3电压检测电压检测电路，是将12V左右的汽车通用电压，通过高精度电阻分压电路，得到3.3V以内电压，利用STM32F103C8T6的具有12位AD功能引脚，可以精确的测试到当前电池电压，并通过液晶显示出来。2.4温度测试DS18B20通过单线与STM32F103C8T6连接，通过该单线，将温度存储器中检测到的温度数据传送给STM32F103C8T6，经过处理后，通过液晶显示于相应位置。
3软件设计
软件设计包括对STM32F103C8T6芯片初始化，对MMA7361LC，HMC5883L，DS18B20初始化，从倾角传感器芯片MMA7361LC，罗盘传感器芯片HMC5883L，温度传感器芯片DS18B20，电压电路，采集数据，并进行分析处理，得到有效数据，通过液晶显示于对应位置。采集数据如出现偏离正常范围，需对显示做出提醒处理。其中，采集的罗盘数据，如有必要，需要进行附近铁效应的补偿，从而测得的罗盘数据可以得到比较好的效果，能够真实反映出此方向所指示的真实磁场分量。同时，可以采用平滑滤波可保证指南针的误差均方根在高精度系统能容忍的范围内。通过多种软件处理方式，来保证此设计方案中，多种数据的准确性和可靠性。
4结果分析
该设计方案，通过在汽车行驶中测试情况，对汽车当前的水平度和坡度，电子罗盘，温度，电池电压进行检测，可以达到精确检测，并通过软件的滤波，补偿等处理后，得到精确的相关有效数据，并在液晶进行显示，同时可以在异常情况下，进行提示功能，可以较好的满足设计的相关要求。
5结束语
在日常汽车行驶中，汽车配备汽车多功能行车护航仪，可以实时对行驶过程中的水平度和坡度、当前方向、当前温度、当前汽车电压进行检测，可以有效的保障和提醒驾驶人员注重车辆的当前状况，对安全驾驶和安全行车起到较好的保障作用。
参考文献
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[2]胡修林,余凯军,杨奇.高精度电子指南针的设计与实现[J].计算机与数字工程,2007,(1):157-159.
[3]STMicroelectronicsgroupofcompanies.STM32ReferenceManual.Rev9[M].2009,6.
作者：闫东 台畅 单位：郑州澍青医学高等专科学校卫生管理系 河南机电职业学院继续教育学院
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