1.简介
本文设计了一种基于 STM32 单片机的汽车超载报警器设计。该报警器系统使用STM32F103C8T6 作为处理核心，集成 GPS 定位模块，ESP8266 无线通信模块，4G 网络通讯模块，HX711 重量传感模块，以及蜂鸣器和按键作为用户交互界面。系统核心功能包括超载检测、实时定位、紧急通知和数据上云。
系统通过 HX711 模块，准确采集车载重量信息，并与预设的阈值进行比较。当检测到货车超载时，系统通过蜂鸣器发出告警声，并在配套的手机 APP 上显示“货车超载”提示。同时，系统利用 4G 模块将报警信息发送至管理员的手机，报警短信的发送频率设为 10 分钟一次，以保证管理人员能够及时响应危险情况。此外，报警器还配备了 GPS 模块，能够实时采集并处理货车的经纬度信息，通过 ESP8266 模块把位置数据连同重量数据一并上传至阿里云物联网平台，并在手机 APP 上展示，使得远程监控和历史轨迹查询成为可能。管理员通过 APP 可以远程设置超载阈值，增加了系统的灵活性和适应性。然而，出于安全考虑，管理员的手机号码只能通过云端进行配置更新，防止非法操作的风险。整个系统设计充分考虑了智能物联网设备在车辆超载监测领域的应用需求，能够为车辆安全运输提供科技保障，同时也提高了货物运输的效率和管理水平。
2.研究背景及意义
当前，我国道路交通管理部门整顿汽车超限超载主要依靠给车辆称重的方法。称重设备分为便携式汽车轮重称重仪、汽车轴重仪和电子地磅等。电子地磅一般都安装在道路旁边的汽车超载检查站里,用电子地磅测量汽车静态时的总重量，经过与车辆核定的装载量比较后，来判断该汽车是否超载。此种方式存在以下缺陷：
（1）由于称重设备不能铺设在主于道上，不能对所有的过往车辆进行装载量检查，这就会造成一些超载汽车逃
避检查；
（2）电子地磅有结构庞大、笨重、无法携带和不易安装的缺点；
（3）在大部分情况下，称重时必须拦下车辆，让车辆驶上地磅，测量一次时间较长、效率低，而且有可能会影响到其他车辆的正常行驶和道路畅通，有时还会出现司机为刻意躲避检查，加速逃跑造成一些意想不到的交通事故，危及交通检查人员的人身安全。
我国的高速公路管理人员主要利用计重收费系统来测量过往汽车的重量。该系统主要由红外线车辆分离器和动态轴重仪组成,其中红外线车辆分离器通过技术手段把每一辆车分离出来，动态轴重仪负责测量汽车的每根轴重，通过 PC 机和相关软件算出每辆车的装载量。动态轴重仪由于需要安装在收费站车道上，要在路面上挖坑把其埋设在路面以下，因此容易造成路面损坏;红外线车辆分离器则需要安装在车道两侧的台阶上，经过反复实验证明在冬天温度很低的时候，分离器的外表面受天气影响容易结霜，严重影响红外线的收发，造成无法正确把每辆车分离出来，以至于此类设备工作瘫痪;另外由于动态轴重仪的传感器工作台面比较小，不能同时称出一辆车每个轮子的承重，所以这种设备也就做不到汽车不停车测重。
本研究的主要目标是设计和开发一款基于单片机的货车报警器，以提高货车的安全性和物流运输的效率。具体目标包括：
1.设计并实现一个功能全面、性能稳定的货车报警器，能够实时监控货车重量的状态，并在检测到异常情况时迅速发出警报。
2.利用单片机技术实现报警器的智能化，使其能够识别不同类型的异常情况，并作出相应的反应，如声音报警、发送短信等。
3.通过引入物联网技术，实现报警器的远程监控和实时定位功能，使物流公司能够实时掌握货车的运行状态和位置信息，优化物流调度和路线规划。
4.对报警器进行性能测试和实际应用验证，确保其在实际使用中的可靠性和有效性。
3.系统设计
系统设计要求分析主要从四个方面进行设计和考量，包括功能需求、性能需求、安全需求、扩展性需求，具体要求如下：
（1）功能需求
实时监测：系统应能实时监测货车的各项关键状态，如通过 HX711 模块模拟称重车辆，实时监测其是否超载，通过 GPS 模块实时监测货车所在位置等。
报警输出：在检测到货车重量异常情况时，超载报警器可以迅速启动报警机制，首先可以通过 4G 模块发送报警信息给手机端，其次可以通过 ESP8266 模块连接云端，用户可以通过手机 APP 收到车辆超载报警信息。
远程通信：汽车超载报警器可以支持物联网云端远程通信功能，能够将报警信息及时发送给车主或物流公司，以便迅速采取应对措施。
实时定位：结合物联网技术，系统应能实现货车的实时定位功能，提供货车的精确位置信息。
（2）性能需求
稳定性：系统应具有高稳定性，能够在各种恶劣环境下正常工作，不受干扰。
灵敏度：系统应具备高灵敏度，能够准确捕捉到货车的异常状态，减少漏报和误报。
可靠性：系统应具有高可靠性，确保在关键时刻能够正常工作，发挥保护作用。
易用性：系统的操作界面应简洁明了，易于驾驶员使用和理解。
（3）安全需求
数据加密：系统应对传输的数据进行加密处理，确保数据的安全性。
权限管理：系统应设置合理的权限管理机制，确保只有授权人员能够访问和修改相关数据。
（4）扩展性需求
模块化设计：系统应采用模块化设计，方便后续的功能扩展和升级。
兼容性：系统应具有良好的兼容性，能够与其他物流管理系统无缝集成。
可扩展接口：系统应提供可扩展的接口，以便未来与其他智能设备进行连接和通信。
综上所述，货车报警器的系统设计需满足功能、性能、安全和扩展性等多方面的要求，以确保系统的实用性和可靠性。通过细致的需求分析，可以为后续的系统设计和开发提供明确的方向和指导。
本系统采用 STM32 单片机进行设计，其中硬件设备包括 STM32F103C8T6、GPS 模块、ESP8266 模块、4G 模块、HX711 模块、蜂鸣器、按键等。使用 HX711 作为重量传感器，模拟货车载重，设定一个重量阈值，超过阈值，蜂鸣器报警，并且在 APP 上显示“货车超载”，否则显示“载重正常”；当重量超过阈值后，可发报警短信到管理员手机号码中，发送频率 10 分钟一次，该管理员号码可通过 APP 上设置；使用 GPS 模块实时显示当前的货车位置，并在 APP 上显示当前的经纬度数据；使用 ESP8266 模块将重量数据，经纬度数据，阈值数据，以及报警信息等数据上传至阿里云物联网平台，并在 APP实时显示；按键可设置载重阈值，但是管理员号码只能云端设置。系统设计框图如图所示：
4.系统硬件设计
在基于单片机的汽车超载报警系统设计中，主控芯片 STM32F103C8T6 可以作为系统的核心控制单元，负责数据处理、逻辑判断和通讯功能。首先，该芯片是基于 ARMCortex-M3 内核，其工作频率达到了 72MHz，完全满足系统响应实时性要求；其次，它具有 64KB 的闪存用于程序存储，20KB 的 SRAM 用于运行时数据存储，便于称重传感器和GPS 模块数据的缓存；然后，这款微控制器提供了多个 UART、SPI、I2C 接口以及USB2.0 全速设备接口，这使得它能够与 4G 模块、OLED 显示器、GSP 模块的数据通信。最后，该芯片包括 16 位或 32 位定时器、看门狗定时器等，为系统提供了强大的时间管理和故障检测能力。其最小系统图如图所示：
