电气工程及其自动化毕业论文-基于STM32单片机的驾驶员安全警示系统设计

引言研究背景近几年，人们的生活水平不不断提高，汽车对于普通家庭来说，已经不再是高昂的奢侈品，而是成为大家平日出门的代步工具。汽车在给人民生活提供方便的同时，也引起了一些严重的交通问题。据统计分析，在全部交通事故中，醉酒驾车和疲劳驾驶约占50%～60%。中国每年有一万多起因醉酒驾车和疲劳驾车而引起的交通事故，尤其是醉酒驾车，轻则致伤致残、重则致命[1]。现有的技术更集中在预防酒后驾驶方面，就算有的产品已经开始研究预防疲劳驾驶技术，但两种类型的交通事故预警系统一般是相互独立，各自发挥着各自应有的作用，导致全面检测成本高，或者很多使用者为节约成本只选择一种。综合考虑，设计一种便携，成本低，安装简单，并且还可以进行自动化检测和警示的智能化的防酒驾和抗疲劳系统，是很有发展潜力的[2]。国内外研究现状我国针对酒精检测有着不小的进步，研究出了更加科学化的预防酒后驾车系统。有研究机构设计了一种智能仪器，它可以对司机在车内空气的酒精含量进行检测，并禁止起动发动机。当检测司机呼出气体中的酒精浓度超出标准的时候，系统会发出声光报警，并切断点火电路来控制发动机系统，以防止出现交通事故[3]。还有一些团队，以物联网为基础进行了设计，在检测到驾驶员存在酒驾情况的时候，显示器上会出现一段提示字体和一个危险的符号，以此来提醒驾驶员要提高警惕[4]。国内的研究重点集中在酒驾预防方面，对疲劳驾驶研究还不广泛。国外对酒精检测和疲劳检测的研究开始的比较早，相关的技术也更为成熟[5]。国外某团队提出了一种基于物联网的车载酒后驾车智能预防系统，当驾驶室内的酒精浓度超过45ppm的时候，LED红色指示灯亮，自动变速器锁止，与此同时，还会通信给绑定号码。该方法对于酒驾具有良好的防治作用，既能快速准确地检测出司机呼气中的酒精含量，又能在网络的辅助下，及时向司机通报酒驾的情况，防止酒驾。对于防止醉酒驾驶具有实际意义[6]。除此之外，一家国际企业开发出了一种创新的驾驶疲劳监测体系，该体系专注于解析驾驶员的面部表情特征，以此来确定驾驶者是否处于疲劳状态，并在检测到疲劳迹象时即时触发警告信号[7]。尽管海外在防止和检测酒后驾驶的技术上表现出较高的成熟度，但他们对酒后驾驶的关注度超过疲劳驾驶。然而，疲劳驾驶的危害不容忽视，特别是在货物运输和客运等需要长时间驾驶的行业中，大多数事故往往源于驾驶者的疲劳[8]。系统方案设计方案选择在驾驶之前，利用酒精和CO2两种检测方法，实现了驾驶员的行车安全监控。酒精浓度传感器是一种检测车内空气中酒精浓度的仪器，酒精浓度过高认为司机处于酒驾状态。CO2浓度传感器能侦测到汽车内部的空气中的CO2浓度，CO2浓度过高认为可以引起司机困倦感。把传感器安装在合适的地方，用单片机对检测到的浓度数据进行处理，从而对驾驶员是否处在安全驾驶的状态进行判断，如果数据指标比正常阈值高，那么就会执行报警指令[9]。系统架构驾驶员安全警示系统的功能架构如图2.1所示。图2.1系统功能架构图驾驶员安全警示系统以STM32单片机为主控元件，利用酒精传感器对当前的酒精含量进行实时监控，利用CO2传感器对当前的CO2浓度进行实时监控，利用温湿度传感器对车内的温湿度进行检测，通过按钮来设置温湿度、二氧化碳、酒精含量等不同的警报值，如果超出了这个警报值，就会发出警报，并且还会打开风扇进行排风操作。用按键设定定时报警的方式，来警示驾驶者已经长期驾驶，在到达设定的时间之后，会启动蜂鸣器，展开报警，所有的信息都可以显示到液晶显示屏上，并可以通过蓝牙将数据传输到手机端[10]。系统硬件模块设计单片机最小系统电路设计单片机的基本系统是确保单片机正常运行的最小硬件配置。这个系统主要包括特定型号的单片微控制器、适当的电源电路、晶体振荡器以及复位电路组成部分[11]。单片机选型及引脚介绍单片机是集成了中央处理单元、随机存储器、只读存储器以及输入输出接口等组件的集成电路，可视作微型计算机，具备基础功能和一些高级功能。广泛应用在仪表、工业、机械设备和自动化检测等多个领域。根据位数差异，单片机类型各异，功能也有所区别，常见位数有4、8、16和32位。随着技术进步，单片机的功能将持续增强。基于此，考虑了以下两种选择：方案一：使用STM32系列单片机STM32F103C8T6采用先进的ARM内核，其架构领先，能在低功耗模式下保持长时间待机，并且拥有丰富的外部设备接口，无需额外设备即可实现多样功能。配备48KB的SRAM、256KB的FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDI/O接口以及51个通用I/O口[12]。方案二：选用51系列单片机51单片机由美国INTEL公司制造，广泛应用于家电、工业和汽车行业，价格相对较低。硬件资源包括8位CPU、4kbytesROM、128kbytesRAM、21个专用寄存器、2个定时器、5个中断源、2个优先级和32条I/O口[13]。经过对比，STM32单片机在性能、稳定性和能耗等方面优于51单片机，故选取STM32F103C8T6作为核心[14]。STM32F103C8T6有48个引脚，其中22个用于本系统设计。3个引脚连接至按键模块，接收按键信号，分别是引脚1至3；2个引脚连接蓝牙模块，用于串行通信，即引脚6和7；1个引脚与温湿度感应模块相连，接收传感器数据，为引脚15；2个引脚连至二氧化碳检测模块，接收CO2传感器信息，即引脚16和17；1个引脚连接风扇驱动模块，控制风扇开关，该引脚为23。图3.1STM32F103C8T6微控制器原理图晶振电路设计谐振电路起着至关重要的作用，其能确保单片机的正常工作，各个模块的工作同步，并能够使单片机周期地执行程序。本项目规划的时钟模块内嵌有一款8MHz的高速晶体振荡器。单片机的时钟频率直接由晶振的规格决定，而晶振则向单片机系统提供准确的时钟脉冲，确保各个程序都能有条不紊地循环执行。在晶振电路内，设置有两个电容，一端与地线相连，另一端与晶体振荡器对接。这两个22pF的电容扮演着滤波器的角色，它们能抑制高频干扰，以维护晶体振荡器的稳定运行。其电路的原理图如图3.2所示，其中OSCIN连接至单片机的第42脚，而OSCOUT则连至第43脚[15]。图3.2晶振电路原理图复位电路设计为了避免单片机系统出现异常情况，系统能够迅速恢复到原来的状态，必须增加一个复位电路，以确保系统的稳定。复位电路的核心构建基于电阻电容元件，其运作机制如下：在硬件复位键被按下时，按键的两端形成短路，导致电容器充电，从而使NRST引脚接收到低电压信号。这个低电平输入触发单片机电路的重置，清除内部时序，使系统回归初始设定。本设计提出的复位方法分为两类。首先，启动复位发生在系统供电初期，电容的充电阶段可视为短暂的短路，此时NRST维持低电平，启动自动复位程序；随着电容两端电压上升至特定阈值，电容呈现开路状态，NRST转为高电平，系统恢复常规运行。其次，手动复位通过按下SW1实现，SW1的短路操作向NRST发送低电平信号以执行复位操作。复位电路的示意图如图3.3描绘，NRST引脚连接到单片机的第41脚，R6是一个10K欧姆的上拉电阻，用以限制电流，避免电源开启瞬间电容损坏[16]。图3.3复位电路原理图酒精浓度采集模块电路设计酒精浓度传感器是该设计中十分重要的部分，在做传感器的选择时要多方面考虑，选择性价比更高，测量更准确的传感器元件。基于以上观点，本次设计选择了以下两种方案进行对比：方案一：选择采用ALC-3B型酒精感应器ALC-3B型酒精感应器为全固态结构，以低电压运行，消耗功率小，同时具备高灵敏度和迅速的响应及复原特性。其简洁的驱动电路设计确保了优良的稳定性和持久的使用寿命。方案二：考虑使用MQG-3型酒精浓度探测器MQG-3型酒精浓度探测器以其对外界气体干扰的抵抗能力以及高灵敏度著称。此气体敏感元件能够检测到不同级别的乙醇浓度，而且价格亲民，适应各种应用场景。综上所述，MQ-3型号灵敏度更高，受外界环境影响更小，所以选择MQ-3作为酒精浓度传感器。MQ-3酒精传感器实际输出的模拟电压信号传输给STM32单片机进行显示和判断，当酒精浓度超出阈值时，进行蜂鸣器报警和开启风扇的操作。本文提出了一种基于MQ-3酒精传感器的乙醇含量的测量方法，该方法将测量到的乙醇含量转化为可用的电信号，并通过其强度来获取被测气体在周围环境中的含量[17]。酒精浓度采集模块电路原理图如图3.4所示，引脚1连接5V供电电源；引脚2接地；引脚4与单片机引脚25相连，将采集到的酒精浓度数据传送给单片机进行模数转换处理[18]。图3.4酒精浓度模块采集电路图二氧化碳浓度采集模块电路设计二氧化碳传感器同样也是该设计中关键的部分，通过检测空气中CO2的浓度，间接反映出驾驶员有可能处于困顿状态。在选择传感器时不仅要稳定性好的，还要选择测量更准确的传感器元件。基于以上观点，本次设计选择了以下两种方案进行对比：方案一：选用MG811二氧化碳传感器MG811型CO2气体传感器具有很高的敏感性和特异性，且不会受到温度、湿度等因素的影响。稳定性好，重复性好。主要应用于空气质量控制系统发酵过程控制温室CO2浓度检测结构及测试电路[19]。方案二：采纳SGP30感应装置SGP30感应器为一款集成多种感应功能的金属氧化物室内气体传感器，内置四个气体感应元件，具备校正后的全面空气品质输出信号，主要用途在于空气质量监测。TVOC，即总挥发性有机化合物，是评估大气中二氧化碳水平的重要指标。全面评估后，SGP30因其多气体感应能力和相较于MG811二氧化碳传感器的更高稳定性而被优选。因此，我们选择SGP30作为二氧化碳检测工具，此传感器是近年来增长迅速的低功耗类别，对二氧化碳具有高灵敏度和优良的选择性，且具备出色的稳定性和易于安装的特点[20]。SGP30与STM32微控制器间的通信采用I2C协议，仅需两根信号线就能完成数据交换。如图3.5所示，二氧化碳模块的电路原理图中，引脚1接3.3V电源；引脚2接地；引脚3连接到微控制器的引脚17作为双向数据线（SDA）；引脚4则连至微控制器的引脚16作为时钟线（SCL）。SDA和SCL是I2C总线的信号线，在SCL为高电平时，SDA由高电平转低电平，启动数据发送到微控制器。传输完毕后，微控制器会发送停止信号，此时SDA在SCL为高电平时恢复到高电平。电路中的R1和R2是10千欧的上拉电阻，用于限制电流并保护电路[21]。图3.5二氧化碳模块采集电路图温湿度采集模块电路设计本设计的核心任务在于如何将环境的温湿度信息转化为精确的数据。为了确保数据采集的高效稳定和产品的高可靠性，我们采用了先进的数字模块技术来捕捉温湿度变化。在此背景下，我们提出以下两个备选方案进行比较：方案一：采用DHT11数字式温湿度传感器DHT11是一种集温度和湿度测量于一体的数字化传感器，能同时检测温度和湿度。其温度测量范围为0至50℃，误差范围在±2℃内，温度读数精度达8位字节。湿度测量范围则在20%至90%，精度为±5%，同样以8位字节表示。DHT11与微控制器的通信基于单线双向协议，仅需占用微控制器的一个I/O端口，且能支持超过20米的信号传输距离。方案二：选用SHT10数字温湿度传感器SHT10数字温湿度传感器是一种温湿度组合传感器，由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成，然后输出经完全校正的数字信号。SHT10温度测量精准度为±0.5℃，湿度测量精准度为±4.5%RH。SHT10与单片机之间的通信为两线双向通信，需要占用单片机两个I/O口。该传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，这决定了其封装要求为贴片式封装。经过对比可以看到DHT11和SHT10这两个型号的温湿度传感器大同小异，两者都是温湿度一体化数字传感器，电器特性基本没多大差别。虽然SHT10的测量精准度比DHT11的测量精准度要高一点，但是从本设计的现实精度需求以及实物制作要求出发，并结合本设计实物制作水平综合考虑，DHT11更加能够符合本设计的要求。DHT11的通信方式为单线双向，SHT10的通信方式为两线双向，DHT11占用的I/O口少，更加利于单片机搭载其他外部电路。DHT11直接采用4针单排引脚封装，而SHT10采用的是表面贴片LCC封装，其缺点就是在使用时进行调试和焊接都非常麻烦。总而言之，DHT11可以很好地满足本设计。DHT11温湿度传感器属于一种温湿度复合传感器，它的内部包含了NTC测温元件、电阻式感湿元件等，并与8位单片机相连，输出的信号为数字信号。因其输出信号的特点决定了其在焊接制作过程中只能使用单芯线与主机相连接。其中，与本设计相关的引脚包括：VCC引脚为供电脚，GND引脚为接地脚，DQ引脚为串行数据引脚与单片机引脚B7相连。其电路原理图如图3.6所示，引脚1连接5V电压；引脚2连接单片机单总线数据接口，用于向单片机传输采集的温湿度数据；引脚4接地。图中的R3为10K欧姆的上拉电阻，起到限流保护电路的作用。图3.6温湿度模块采集电路图蓝牙模块电路设计驾驶员安全警示系统设计中要通过蓝牙技术实现手机端对温湿度、酒精浓度和二氧化碳浓度数据的查看。蓝牙技术属于短距离无线技术，是一种网络传输标准，能够在有限的范围内进行无线通信，将信息传输到各个接收端口。蓝牙技术是建立在2.4GHz的免费频段上的，它已经被广泛地用于各类移动终端、物联网、健康医疗、智能家居等领域。蓝牙4.0分为单模蓝牙和双模蓝牙两种。在Bluetooth4.0技术中，单模式的Bluetooth又被称为“低功耗Bluetooth”，具有低功耗、高速度、远距离等优点。两种模式的Bluetooth，既能提供低功耗Bluetooth，又能与传统Bluetooth兼容。经典蓝牙的特征是大数据高速率，比如音频、视频等数据传输。基于以上观点，我选择了以下两种方案进行对比：方案一：选用CC2541蓝牙模块它是一款由蓝牙射频与8051组成的单芯片，内置FLASH与8KB内存。适用于数据量小，频率低的通信，如传感器测量，远程控制，防丢等。方案二推荐采用JDY33蓝牙模组，其专为数据传输设计，广泛适应于各种配备蓝牙功能的设备，如计算机、蓝牙主设备、手机、PDA等。该模组兼容5V/3.3V的MCU系统，便于集成应用。在两种方案对比中，JDY33展现出更优的兼容性，因此决定采用它来实现单片机与手机间的无线数据交换。本设计选用的JDY33蓝牙通讯模组，适用于STM32单片机与移动电话的无线通讯，遵循V2.1+EDR的蓝牙规范。该模组支持UART接口及SPP蓝牙串行端口协议，特点包括低成本、小型化、低功耗以及高接收和发送灵敏度。只需少量外部元件，即可发挥其全部功能。通信过程中，数据从一端发送，另一端接收，操作方式与全双工标准串口无异。如图3.7所示，JDY33蓝牙模块的接线配置为：引脚1接5V电源；引脚2接地；引脚3连至单片机的引脚6；引脚4接单片机的引脚7。一旦手机与蓝牙完成配对，手机端的信息通过蓝牙串口发送，信息由蓝牙模组的发送端(TXD)传递至单片机的接收端(RXD)。反之，单片机的发送端(TXD)将信息传至蓝牙模组的接收端(RXD)，然后信息经蓝牙串口发送至手机端。图3.7蓝牙模块电路原理图液晶显示模块电路设计在本次的设计中需要显示酒精浓度、CO2浓度、温度、湿度，以及定位时间。在选用液晶显示屏时，需要全方面考虑，不仅需要考虑材质的使用寿命还需要考虑清晰度等，基于以上观点，将两种方案进行比对：方案一：选用LCD液晶显示模块LCD显示器的光是比较柔和的，产品重量轻，但LCD显示器易受到外界干扰，受到外界光线照射时会出现画面不清晰或模糊的现象。方案二：选择采用有机发光二极管（OLED）显示屏组件OLED显示屏是一种基于有机材料的发光显示器，它无需背光源，具备低启动电压、快速响应、自发光、可弯曲及轻巧等多重优势。采用这种技术，能够一次性展示多种数据信息，并且用户可以通过编写简洁的逻辑程序，利用单片机对多种电信号的处理，以及内置芯片的逻辑运算，无需额外硬件接口，即可实现对各种文字的控制和显示。鉴于OLED显示屏在显示效果和设备耐用性上的优越性，本设计决定运用OLED来显示收集到的酒精浓度、二氧化碳水平、温度、湿度和提醒时间等数据，且支持多行显示。具体展示内容包括酒精浓度、CO2浓度、温度、湿度以及以小时：分钟：秒格式的时间。在实际操作中，我们将信号端口分别与单片机的相应端口相连，开机时，还会外接一个上拉电阻作为保护。运行过程中，设备会按照预设的程序逻辑获取并显示数据信息。其显示模块的电路原理图如图3.8所示，其中，引脚1接地面；引脚2接3.3V电源；引脚3（D0，时钟线）连接到单片机的引脚36；引脚4（D1，数据线）与单片机的引脚35相连，用于传递单片机处理的信息；引脚5（RES，复位线）连接到单片机的引脚34，用作复位功能；引脚6（DC，数据/命令选择线）连至单片机的引脚33，当DC端为高电平则写入数据，低电平时写入命令；引脚7（CS，SPI片选线）与单片机的引脚32相接，作为使能输入端。图3.8OLED显示模块电路原理图按键模块电路设计按键电路主要是用来实现设置温湿度、酒精和二氧化碳的阈值及定时提醒时间等功能。在做按键模块的选择时，选择了两种方案进行设计：方案一：选用独立按键独立按键是一个按键使用一个I/O口，每个按键工作相关独立，不影响其他I/O口的状态，且编程简单。常用于所需按键少的控制系统。方案二：选用矩阵键盘矩阵键盘，将多个按键按照矩阵型进行组合。在没有矩形按键之前，若要进行较多的按键操作，需要将多个按键合并为一个按键。而在矩阵式键盘中，多个按键同时占据一个输入输出端口，极大地增加了输入输出的使用率。而矩形键盘的程序设计较为繁琐，通常应用在对键数要求较高的计算机上。本设计需要的按键少，矩阵键盘编程复杂，最终选择了独立按键方案作为本次按键模块的设计方案。当按键按下时，接口变为低电平状态。单片机通过检测电平状态，就能判断出哪一个按键被按下，按键电路原理图如图3.9所示，按键K1、K2、K3分别与单片机普通I/O口B12-B14相连。K1是功能选择键、K2是“加”键、K3是“减”键。图3.9按键模块电路原理图蜂鸣器报警模块电路设计驾驶员安全警示系统采用蜂鸣器进行酒精浓度、二氧化碳浓度和温湿度高于阈值时的报警功能，蜂鸣器一般为5V主动式蜂鸣器，由FET场效应晶体管开关驱动。蜂鸣器报警电路如图3.10所示，当需要触发报警时，单片机给场效应管一个高电平，场效应管导通，此时蜂鸣器通电，开始报警，在电路中增加一个10K欧姆的下拉电阻防止干扰信号导致的蜂鸣器意外工作。图3.10蜂鸣器报警模块电路原理图风扇驱动模块电路设计当酒精浓度、二氧化碳浓度和温湿度高于阈值时，除了蜂鸣器报警之外，还可以通过单片机控制场效应管的导通来控制风扇的启动，进行通风使驾驶员保持清醒。风扇驱动电路如图3.11所示。图3.11风扇驱动模块电路原理图电源模块电路设计STM32F103C8T6微控制器的供电电压在3.3V左右，本设计采用充电宝或者电脑USB接口直接供电，供电电路使用USB接口提供5V电源，之后经过ME6212降压器正向降压后，将电压变成3.3V，从而给系统供电。在本次设计中液晶显示模块、二氧化碳采集模块以及复位电路使用降压后的3.3V电压，酒精采集模块、温湿度采集模块、蓝牙模块、蜂鸣器报警模块以及风扇驱动模块使用5V电压，所以就需要用到了降压模块电路。在降压模块电路中包含4个电容，起到稳压电压的作用，降压电路原理图如图3.12所示，引脚1为VIN电源输入；引脚2为GND接地；引脚3为EN使能引脚；引脚4为BP旁路引脚与电容相连构成内部供电电源；引脚5为VOUT电源输出。图3.12降压电路原理图整体电路设计驾驶员安全警示系统设计的硬件主要由STM32单片机最小系统，温湿度传感器模块，酒精传感器模块，二氧化碳浓度传感器模块，OLED液晶显示模块，按键模块，蜂鸣器报警模块，蓝牙模块和风扇驱动模块构成，电路原理图如图3.13所示。图3.13系统整体电路原理图系统软件模块设计主程序设计驾驶员安全警示系统通过STM32单片机与蓝牙模块通信，手机蓝牙调试助手可以实时获取酒精浓度，二氧化碳浓度和温湿度数据。给系统供电后，STM32单片机开始运行，具体内容有：延时函数初始化，定时器初始化，中断设置等，然后进入主循环，首先进行按键的扫描及处理，判断是否进行参数的设置，之后进行酒精浓度，二氧化碳浓度和温湿度数据的采集及判断，液晶显示，蓝牙串口数据传送。系统主程序流程如图4.1所示。图4.1主程序流程图温湿度采集模块子程序设计驾驶员安全警示系统设计中使用了DHT11型温湿测量模块，它与单片机之间使用了一种单总线的数据格式。根据预定流程，采用图示的方式对温湿度采集子程序流程进行形象的描述，如图4.2所示。图4.2温湿度采集模块子程序流程图酒精采集模块子程序设计酒精传感器连接到STM32单片机时是模拟电压输出方式，且STM32F103C8T6本身就能够进行模数转换，所以，它能够把模拟信号直接输入到ADC中，并对其进行处理。酒精采集模块子程序流程如图4.3所示。图4.3酒精采集模块子程序流程图二氧化碳采集模块子程序设计驾驶员安全警示系统设计中使用了SGP30传感器模块作为二氧化碳浓度采集模块。根据预定流程，采用图示的方式对二氧化碳浓度采集子程序流程进行形象的描述，如图4.4所示。图4.4二氧化碳采集模块子程序流程图蓝牙模块子程序开发本设计利用JDY33蓝牙串行通讯模块，实现在手机蓝牙调试应用中进行远程监控。该JDY33模块具备主从一体功能，基于BLUECORE4系列芯片，兼容蓝牙2.0+EDR标准。只要配备有蓝牙功能的手机或主机，即可与该模块配对使用。模块上电后，会执行初始化步骤，随后检索设备并发送启动信号。紧接着，它会尝试与手机端建立连接，一旦连接建立成功，将能够显示酒精浓度、二氧化碳浓度及温湿度等数据。其详细的JDY33蓝牙模块子程序流程示意如图4.5。图4.5蓝牙模块子程序流程图按键模块子程序设计驾驶员安全警示系统包含三个按键，按键分别为模式选择按键、“加”按键和“减”按键。按下模式选择键，进入酒精浓度，二氧化碳浓度和温湿度的阈值修改模式，通过“加”“减”按键进行修改，修改完成后，再次点下确认键。当按键被按下时，其相应的管脚电平变为低电平，一旦按钮被按下，则由单片机检测到按键被按下并执行按键的动作。当然按键在按下的那一刻不会瞬间打通，同时放开按键时也不会立马断开，此时就出现了按键抖动，在按按键时需要确定是否被按下。按键模块子程序流程如图4.6所示。图4.6按键模块子程序流程图液晶显示模块子程序设计在OLED显示的程序设计中，以OLED的操作为基础来进行程序的编写，也就是按照读取位信息、读取数据和显示数据的顺序进行编写。液晶显示模块子程序流程如图4.7所示。图4.7液晶显示模块子程序流程图调试与分析以构建驾驶员安全预警系统的实际效能为出发点，根据预先规划的硬件电路设计，逐一装配和焊接选定的电子元件。遵循既定的软件编程策略，运用KEIL软件来撰写设备的程序代码，并对其进行详尽的编译。随后，通过专业的烧录工具，将已完成编译的程序代码加载至STM32微控制器中。最后阶段是功能验证，检测系统潜在的缺陷并迅速进行修复。。硬件焊接与调试整个流程包括系统的制造、调整以及功能测试，最终确保系统达标。硬件焊接与调试的过程在正式调试前，首先需目检有无虚焊或漏焊，确认无误后使用万用表检测电源、信号线等，以防短路或断裂。建立好软件开发环境后，对软件部分进行调试，待软件调试完毕，再评估系统功能的实用性能。若功能不符合规范，需对程序作进一步优化，直至满足要求。图5.1展示了调试完毕的驾驶员安全警告系统实物。图5.1基于STM32单片机的驾驶员安全警示系统设计实物图系统功能测试通过电脑的USB接口给系统上电后，液晶显示酒精浓度，二氧化碳浓度和温湿度的时间和提醒时间，如图5.2所示。图5.2上电后显示图通过按键设置二氧化碳的阈值，然后对着二氧化碳传感器哈气，可以看到，在液晶屏上，CO2的浓度在不断地升高，当CO2的浓度达到一定的临界值时，会发出警报，同时，风扇也会开始排风，如图5.3所示。图5.3二氧化碳浓度超阈值功能测试图用湿纸巾盖住温湿度传感器，可以看到OLED液晶显示的温湿度数据数值上升，超过了设定的数值后，蜂鸣器发出报警声，同时风扇开启并进行排风，如图5.4所示。图5.4温湿度超阈值功能测试图将一块沾了酒精的棉签放在酒精感应器附近，观察液晶屏上的酒精含量，当酒精含量超出一定的临界值时，就会发出警报，并启动风扇，如图5.5所示。图5.5酒精浓度超阈值功能测试图通过按键设置定时提醒时间，提醒时间到时，蜂鸣器报警，按下第二个或第三个按键，报警取消，如图5.6所示。图5.6定时提醒时间功能测试图打开手机中的蓝牙调试软件，连接名为JDY33的蓝牙连接端，主页面显示“已连接”时表示蓝牙连接成功，此时，可以在手机上看到每秒实时刷新的酒精浓度，二氧化碳浓度和温湿度值，如图5.7所示。图5.7蓝牙模块功能测试图结论本文分析了酒后驾驶和疲劳驾驶对交通问题的影响后，通过国内外酒精检测和疲劳驾驶检测的研究，完成了一款基于STM32单片机的驾驶员安全警示系统的设计，该系统具有功耗低、体积