【 DigiKey DIY原創大賽】自行車智能系統

一、系統概述

該自行車智能系統提供以下主要功能：

1.GPS 定位與導航：實時獲取自行車位置，支持導航功能。

2.防盜報警：通過傳感器檢測自行車的移動或振動，當檢測到異常時觸發報警。

3.數據顯示：通過顯示屏實時顯示速度、距離、時間、GPS 位置等信息。

4.無線連接：通過藍牙或 Wi-Fi 將數據傳輸到手機應用，實現更豐富的功能。

二、所需硬件組件

1.ESP32 開發板具有強大的處理能力和豐富的接口，支持 Wi-Fi 和藍牙。

2.GPS 模塊推薦使用 NEO-6M ，通過串口與 ESP32 通信。

3.顯示屏OLED 顯示屏（0.96 英寸 I2C OLED）適合顯示基本信息。

4.防盜傳感器陀螺儀/加速度計模塊（如 MPU6050）用于檢測運動和振動。

5.蜂鳴器

用于發出報警聲。

6.電源管理鋰電池及充電模塊（ TP4056）。電壓穩壓器（如 AMS1117）將電池電壓轉換為 5V 或 3.3V。

7.其他配件按鍵（用于用戶交互，開關機、模式切換）。防水外殼（保護電子元件）。連接線和面包板。

三、系統架構

硬件連接

1.ESP32 與 GPS 模塊：連接 ESP32 的 UART 引腳（如 RXD2, TXD2）到 GPS 模塊的 TX, RX 引腳。電源連接 3.3V 和 GND。

2.ESP32 與顯示屏：OLED 顯示屏通過 I2C 接口連接 SDA 和 SCL 引腳。

3.ESP32 與防盜傳感器：陀螺儀/加速度計模塊通過 I2C 接口連接 SDA 和 SCL 引腳。

振動傳感器連接到 ESP32 的 GPIO 引腳。

4.ESP32 與蜂鳴器：蜂鳴器連接到 ESP32 的 GPIO 引腳，通過一個限流電阻。

5.電源連接：電池通過充電模塊連接到 ESP32 的 5V 或 3.3V 輸入。確保所有模塊的 GND 相連。

軟件架構

1.GPS 數據處理：使用 ESP32 的 UART 接口讀取 GPS 模塊數據。解析 NMEA 協議獲取位置信息（經度、緯度、速度等）。

2.防盜檢測：讀取陀螺儀/加速度計數據，檢測是否有異常運動或振動。或者檢測振動傳感器的狀態變化。

3.數據顯示：使用相應的庫驅動 OLED 。顯示速度、距離、時間、位置等信息。

4.報警控制：當檢測到異常運動時，控制蜂鳴器發出報警聲。可以通過無線方式發送報警信息到手機。

5.無線通信（：使用 ESP32 的藍牙功能，將數據傳輸到手機應用。實現實時監控和遠程控制。

四、實現步驟

1. 硬件搭建

根據上述連接方案，將所有組件連接到 ESP32 開發板上。確保所有連接穩固，避免松動或短路。

2. 軟件開發

開發環境：使用 Arduino IDE 進行 ESP32 開發。

庫安裝：

GPS 模塊：安裝 TinyGPS++ 庫。

OLED 顯示屏：

安裝 Adafruit_SSD1306 和 Adafruit_GFX 庫。

陀螺儀/加速度計：安裝 MPU6050 庫。

#include <Wire.h>
#include <SoftwareSerial.h>
#include <TinyGPS++.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <MPU6050.h>

// GPS 模塊串口
#define RX_PIN 16
#define TX_PIN 17
SoftwareSerial gpsSerial(RX_PIN, TX_PIN);

// OLED 顯示
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);

// MPU6050 陀螺儀
MPU6050 mpu;

// 報警控制
const int buzzerPin = 2;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  gpsSerial.begin(9600);
  Wire.begin();
  
  // 初始化 OLED
  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) { 
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for(;;);
  }
  display.clearDisplay();
  display.display();
  
  // 初始化 MPU6050
  mpu.initialize();
  if(!mpu.testConnection()) {
    Serial.println("MPU6050 connection failed");
    while(1);
  }
  
  pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
  digitalWrite(buzzerPin, LOW);
}

void loop() {
  // GPS 數據處理
  while (gpsSerial.available() > 0) {
    char c = gpsSerial.read();
    gps.encode(c);
  }
  
  // 獲取 GPS 數據
  if (gps.location.isUpdated()) {
    float lat = gps.location.lat();
    float lon = gps.location.lng();
    float speed = gps.speed.kmph();
    // 更新顯示
    display.clearDisplay();
    display.setCursor(0,0);
    display.print("Lat: ");
    display.println(lat, 6);
    display.print("Lon: ");
    display.println(lon, 6);
    display.print("Speed: ");
    display.print(speed);
    display.println(" km/h");
    display.display();
  }
  
  // 防盜檢測
  int16_t ax, ay, az;
  mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);
  float totalAccel = sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az);
  if (totalAccel > 15.0) { // 閾值根據實際情況調整
    digitalWrite(buzzerPin, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(buzzerPin, LOW);
  }
  
  delay(500);
}