基于STM32的新型电动两轮车远程控制系统设计*

作者：何忠英,石坚(广州大学机械与电气工程学院,广州510006) 时间：2022-04-01 来源：电子产品世界

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编者按：为了解决电动两轮车不能远程防盗控制的缺陷，本文以STM32控制器为核心，设计出了一款电动两轮车新型远程控制系统。在传统钥匙开锁方式的基础上，增加了一个APP密匙，提高了安全保障，实现了在非法开锁的情况下自动锁车和报警的功能，有效地减少了被盗的可能性。通过手机APP，可随时随地查询车辆位置信息和远程控制，改善了远程锁车和车辆被盗找车难的问题。

*基金项目：国家自然科学基金项目(51507097)。

本文引用地址：//www.cghlg.com/article/202204/432709.htm

在世界范围内，电动两轮车的使用越来越普及，给出行带来很大方便，同时电动两轮车的功能越来越多，功率可以人为定制，进而出现了很多价格昂贵的改装车。因此车辆的防盗问题日益突出，被盗事件也日益增多，防盗性能亟须增强。目前市面上电动两轮车设计的防盗方法主要是采用车钥匙和机械锁，不能及时获取电动两轮车的位置和状态，更不能及时地防止盗窃的发生；通信方式主要是采用蓝牙和Wi-Fi（wireless fidelity，无线保真），通信距离短，受控制范围小^1-3。有学者采用RFID（射频识别）技术设计了电动车防盗监控平台，能够在车辆被盗时及时帮助失主找回车辆。但RFID 通信距离太短，不能远距离实时控制^[4]。

本文基于目前电动两轮车防盗和通信的缺陷，设计了一种新的远程防盗控制系统。

1 系统设计方案

本设计采用STM32F103ZET6 为主控芯片，北斗S1216F8-BD 定位芯片构成北斗定位模块，通信芯片SIM800C 构成GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）通信模块。如图1 所示。电源模块给整个系统供电。STM32 的工作电压是1.8 V ～ 3.3 V 范围，本设计中使用直流3.3 V 供电。将电源接入到芯片电源引脚即可。北斗定位模块把获取的位置信息传输给控制器。

手机APP（应用程序）界面如图2 所示，获取STM32上传的信息，如位置、报警等。用户发出控制命令，实现相应的控制功能。

通信模块负责信息的传输。位置信息和控制请求经通信模块发送给APP，用户通过APP 发出控制命令经GSM 模块发送给控制器，使用户能随时随地掌握车辆状态和对车辆实时控制。

控制器采用STM32F103ZET6 微控制器，是整个系统的控制核心，完成数据处理和控制功能。

图2 APP控制界面

2 硬件电路原理图设计

为节省开发时间和成本，系统采用模块化设计。系统提供相应的电源、时钟和复位电路，以使STM32F103ZET6微控制器正常工作；留有引脚插口，以便接入GSM 模块和北斗模块；因为CPU（中央处理器）引脚输出最高电压为DC 5V，不能直接驱动电机^[5]，需使用继电器间接控制。

如图3 所示。电池（BT）接入电源模块，经电源模块输出DC 12 V 供给GSM 通信模块；输出DC 3.3 V 供给北斗模块和STM32 芯片；输出DC 5 V 供给STM32的GPIO（通用输入输出）端口相应VDD 引脚（图中未画出）；输出DC 48 V 经过开关S1 和继电器K1 供给电机控制模块。电机控制模块输出控制电压驱动电动两轮车电机M1 运转或停止。

S2 是电动车启动开关。开关S2 闭合时，引脚PB13接3.3 V 电源，引脚PB14 接地，进入运行模式；开关S2 关闭时，引脚PB13 接地，引脚PB14 接3.3 V 电源，进入监控模式。

北斗定位模块采用S1216F8_BD 定位芯片，定位信号经过TXD和RXD引脚传输给STM32的PA3（USART2_RX）和PA2（USART2_TX）引脚，进入CPU 进行处理。

GSM 模块SRXD 和STXD 引脚分别连接主控芯片PB10（USART3_TX）和PB11（USART3_RX）引脚，进行信息传输，使得主控芯片经过GSM 通信模块，能可靠地和APP 通信。

3 定位功能实现

北斗定位模块原理图如图4 所示。

U_BD1 是超低静态功耗的稳压芯片，把3.5 V 的电压经过引脚1 输入给芯片，再由芯片的第5 脚输出稳定的3.3 V 电压。

U_BD2 是北斗定位芯片S1216F8_BD，由天线T接收采集卫星信号，从第11 脚RF_IN 输入到芯片，经芯片处理完后，把数据经过串口输出。第21 脚和第20脚分别与主控制板的引脚PA2、PA3 连接，进行串口通信，传输数据。

S1216F8-BD 北斗芯片默认采用NMEA-0183（美国国家海洋电子协会）协议输出北斗定位数据，控制协议为Sky Traq 协议。软件设计流程图如图5 所示。

北斗定位函数初始化硬件之后，通过调用北斗的S1216F8BD_Cfg_Rate 函数判断模块是否在位，如果不在位，则尝试去设置模块的波特率为38400，直到检测到模块在位为止。然后进入死循环，等待串口接收北斗数据。每次接收到北斗模块发送过来的数据，就执行数据解析。最后得到电动两轮车所在位置的经度、纬度和行驶速度。

4 行驶功能实现

4.1 预先设置

插入未停机的中国移动或中国联通的SIM 卡，以便通信使用，并在APP 中设置接收信息的号码。在APP 中设置电动车开机密码和电动车车主身份信息到STM32 内核，以便识别车辆身份。设置50 m 电子围栏，用于非法移动报警。

4.2 正常开机使用

使用流程如图6 所示，电动车主正常使用钥匙开车锁S2，PB13 = 1 和PB14 = 0，进入运行模式。CPU 上电，系统进行初始化，发送开机申请到APP。车主在APP上输入行驶密码。当按下启动开关S1，用户输入密码正确时，PB15 = 1，光电耦合器U100 接通，使得继电器K1 线圈得电，触点吸合，电机控制模块通电，控制电机正常运行，准予骑行。

当开机密码错误且错误次数超过3 次，判断为非法开机，此时，PB15 = 0，光电耦合器U100 断开，继电器K1 触点断开，切断电机供电，锁死电机，并且电动车发出警报，上传位置信息给车主，实现防止车辆非法骑行或被盗。当车主确认输入密码的是本人，可以解除警报，进入监控模式；否则一直报警，并且每隔1 分钟上传一次位置信息给车主。

当合法骑行完毕，锁车后，PB13 = 0，PB14 = 1，进入监控模式。

5 监控和报警

监控模式如图7 所示，会一直在系统后台定位，每隔1 分钟，采样一次经纬度。依据前后2 次经纬度计算出车辆的位置移动距离L。若未超出电子围栏( 如50 m)，则继续监控，否则报警并设PB15 = 0 锁电机，且每隔1 分钟发送位置信息给车主，以便车主追回车辆，如图8 所示。当车主把警报解除后，继续监控，否则一直报警和定位。

6 车辆追踪设计

用户可在APP 上随时查看位置信息，以便更人性化的监控车辆所在位置，放心使用该服务，如图9 所示。