一、项目概述
随着汽车普及率的增加，车内安全问题日益受到关注。近年来，婴儿甚至成人被锁在车内而导致中暑或晕倒的事件频频发生，严重威胁到人们的生命安全。因此，开发一个有效的车内温度预警系统显得尤为重要。本项目旨在设计一个基于OpenMV和STM32的车内温度监测与预警系统，能够实时监测车内温度，并在检测到异常情况时及时发出警报，以保护被锁人员的安全。
技术栈关键词
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硬件：OpenMV，STM32，NB-IOT BC26模块，SIM900A模块，舵机
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软件：Haar特征，LBP特征，温度传感器，短信预警，蜂鸣器，风扇控制
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通信协议：NB-IOT，串口通信
二、系统架构
设计系统架构
本项目的系统架构设计如下：
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OpenMV：负责摄像头的图像采集和人脸识别。
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STM32：作为主控单元，负责数据处理、温度监测和各模块的协调。
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舵机：实现360°全方位无死角的人脸追踪。
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温度传感器：实时监测车内温度。
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NB-IOT BC26模块和SIM900A模块：用于数据上传和短信预警。
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蜂鸣器和风扇：用于物理降温和声音警报。
系统架构图
三、环境搭建和注意事项
环境搭建
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硬件连接：
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将OpenMV与STM32通过串口连接。
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温度传感器连接到STM32的ADC引脚。
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NB-IOT模块和SIM900A模块通过串口与STM32连接。
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舵机连接到STM32的PWM引脚。
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蜂鸣器和风扇连接到STM32的GPIO。
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软件准备：
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安装OpenMV IDE。
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安装STM32开发环境（如Keil、STM32CubeIDE）。
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配置NB-IOT模块和SIM900A模块的AT指令集。
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注意事项
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确保硬件连接稳固，避免短路。
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温度传感器的校准，确保其准确性。
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进行充分的测试，确保系统在各种环境下正常工作。
四、代码实现过程
在本节中，我们将详细介绍基于OpenMV和STM32的车内温度预警系统的代码实现过程。我们将分模块介绍每个功能的实现，包括人脸识别、温度监测和预警机制。每个模块将配有代码示例和详细说明，最后附上时序图以说明系统的运行时序。
1.OpenMV人脸识别模块
代码示例
import sensor
import image
import time
from pyb import Servo
# 初始化摄像头
sensor.reset()
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.run(1)
# 初始化舵机
s = Servo(1)
while True:
img = sensor.snapshot() # 捕获图像
faces = img.find_faces(0) # 查找人脸
if faces:
for face in faces:
# 计算舵机转动角度
x = face.x() + face.w() / 2 # 获取人脸中心x坐标
angle = (x / 320) * 180 # 将x坐标映射到舵机角度（0到180度）
s.angle(angle) # 控制舵机转动到指定角度
time.sleep(100) # 每100毫秒检查一次
代码说明
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初始化摄像头：通过
sensor.reset()重置摄像头，设置图像格式和分辨率。 -
舵机控制：使用
Servo类初始化舵机，并在循环中根据检测到的人脸位置调整舵机角度，实现360°全方位追踪。 -
人脸识别：调用
img.find_faces(0)方法查找图像中的人脸。如果识别到人脸，则计算其中心位置，并将其转换为舵机的控制角度。 -
循环延时：通过
time.sleep(100)设置每100毫秒检查一次人脸，避免频繁检测导致系统负担过重。
2.STM32温度监测和预警模块
代码示例
#include "stm32f4xx.h"
#include "usart.h"
#include "temp_sensor.h"
#include "nb_iot.h"
#include "sim900a.h"
#define TEMP_THRESHOLD 40 // 设置温度阈值
void setup() {
USART_Init(); // 初始化串口
TempSensor_Init(); // 初始化温度传感器
NB_IOT_Init(); // 初始化NB-IOT模块
SIM900A_Init(); // 初始化SIM900A模块
}
void loop() {
float temperature = TempSensor_Read(); // 读取温度
if (temperature > TEMP_THRESHOLD) {
// 判断温度是否超过阈值
SendAlert(temperature); // 发送预警信息
ActivateBuzzer(); // 激活蜂鸣器
ActivateFan(); // 启动风扇进行降温
}
Delay(1000); // 每隔一秒检查一次温度
}
void SendAlert(float temp) {
char message[50];
sprintf(message, "Warning: Temperature exceeds threshold! Current: %.2f°C", temp);
SIM900A_SendSMS("+1234567890", message); // 发送短信报警
}
void ActivateBuzzer() {
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // 启动蜂鸣器
Delay(500); // 蜂鸣500ms
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 关闭蜂鸣器
}
void ActivateFan() {
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET); // 启动风扇
}
代码说明
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初始化函数：
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USART_Init()：初始化串口通信，用于调试和与其他模块通信。 -
TempSensor_Init()：初始化温度传感器，配置其工作参数。 -
NB_IOT_Init()和SIM900A_Init()：初始化NB-IOT和SIM900A模块，准备好进行数据传输和短信发送。
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主循环：
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如果超过阈值，调用
SendAlert()函数发送预警信息，并激活蜂鸣器和风扇。 -
TempSensor_Read()：读取温度传感器的当前温度。 -
判断温度是否超过设定的阈值（40°C）。
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Delay(1000)：每隔一秒检查一次温度，确保系统能及时响应温度变化。
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发送预警信息：
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使用
sprintf函数格式化消息，包含当前温度。 -
调用
SIM900A_SendSMS()函数发送短信，目标号码需要根据实际情况进行配置。 -
SendAlert(float temp)：构建并发送短信预警信息。
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激活蜂鸣器：
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使用
HAL_GPIO_WritePin()函数控制蜂鸣器引脚状态。 -
蜂鸣器发出500ms的警报音，之后关闭。
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ActivateBuzzer()：通过控制GPIO引脚来启动和停止蜂鸣器。
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激活风扇：
ActivateFan()：控制GPIO引脚来启动风扇，确保在高温情况下能进行物理降温。
3.代码时序图
以下时序图展示了系统各模块之间的交互过程，帮助理解系统的运行时序。
时序图说明
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OpenMV模块：在循环中不断捕获图像并进行人脸检测。
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STM32模块：接收到OpenMV的图像数据后，获取当前温度并判断是否超过设定的阈值。
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温度传感器：STM32请求温度数据，返回当前温度值。
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NB-IOT和SIM900A模块：在温度超过阈值时，STM32通过NB-IOT上传数据，并通过SIM900A发送短信警报。
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蜂鸣器和风扇：在接收到过高温度警报时，STM32控制蜂鸣器发出警报声并启动风扇进行降温。
五、项目总结
项目主要功能
本项目成功实现了一个基于OpenMV和STM32的车内温度预警系统，主要功能包括：
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人脸识别和追踪：通过OpenMV实现360°全方位的人脸追踪，确保实时监测车内情况。
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温度监测：利用温度传感器实时监测车内温度，确保及时发现异常情况。
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预警机制：一旦温度超过设定阈值，系统会自动发送短信预警、激活蜂鸣器和风扇进行降温，保障被锁人员的安全。
实现过程总结
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在硬件方面，成功集成了OpenMV、STM32、温度传感器、NB-IOT模块和SIM900A模块。
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在软件方面，使用了C语言和Python实现了各个模块的功能，确保了系统的实时性和可靠性。
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通过时序图清晰地展示了系统的工作流程，便于后续的维护和扩展。