汽車行駛記錄儀的設計畢業(yè)論文

1、摘要汽車行駛記錄儀,俗稱汽車黑匣子,是對車輛行駛速度、時間、里程以及有關 車輛行駛的其他狀態(tài)信息進行記錄、存儲并可通過接口實現數據輸出的數字式電子 記錄裝置。目前全國各地客運公司、物流公司、旅游公司及危險品運輸公司、公交 集團及企事業(yè)單位都在緊張有序地安裝汽車行駛記錄儀。本文研究了當前汽車總線 的數據傳輸技術及存儲技術。本文簡要介紹了國內外汽車行駛記錄儀的發(fā)展情況,分析了汽車行駛記錄儀的 結構、原理和分類。在此基礎上,以記錄儀的主機為主要研究對象,選用開關型霍 爾傳感器采集車速信號。設計車速采集電路、車輛特征系數的測試方法、車速和里 程的計算方法,重點研究事故疑點數據和歷史數據的存儲格式以及自

2、定義液晶顯示 器。關鍵詞:汽車行駛記錄儀;數據存儲;自定義液晶顯示器。AbstractVehicle traveling data recorder, commonly known as black box car, is a vehicle speed, time, mileage and vehicle other status information recording, storing and outputting data through the interface of digital electronic recording device. At present all over

3、 the country passenger transport companies, logistics companies, tourism companies and dangerous goods transport companies, bus group and the enterprises and institutions are in nervous and orderly ground installation of vehicle traveling data recorder. This paper studied the vehicle bus data transm

4、ission technology and storage technology.his paper briefly introduces the development of vehicle traveling data recorder of vehicle traveling data recorder, the structure, working principle and classification of. On this basis, the recorder of the host as the main object of study, choose the switch

5、type HOLZER sensor acquisition speed signal. The design of the speed acquisition circuit, vehicle feature coefficient testing method, the speed and mileage calculation method; focus on doubtful accident data and historical data storage formats and custom LCD.Keywords : Vehicle traveling data recorde

6、r; data storage; Custom LCD.目錄摘要 . I Abstract . II 第一章 緒論 . 1 1.1 課題研究背景及意義 . . 2 1.2 國內外的發(fā)展狀況 . . 2 1.2.1國內發(fā)展 . 2 1.2.2國外發(fā)展 . 3 1.3 汽車行駛記錄儀在交通管理中的必要性 . 4 1.4 汽車行駛記錄儀的分類 . 5 1.5 本文的主要工作 . . 7 1.6本章小結 . 8第二章 系統(tǒng)總體方案設計 . . 9 2.1系統(tǒng)框圖 . 9 2.2主控制器 . 10 第三章 系統(tǒng)方案的硬件設計3.1數據采集單元 . . 13 3.2數據存儲單元 . . 15 3.3液晶顯

7、示單元 . . 20 第四章 系統(tǒng)軟件設計 . 22 4.1系統(tǒng)軟件整體流程 . . 22 4.2數據采集單元 . . 23 4.3數據存儲單元 . . 28 4.4液晶顯示單元 . . 30 第五章 總結 . 34 致謝 . 35參考文獻 . . 36第一章 緒論1.1 課題的研究背景及意義我國自改革開放以來,道路交通基礎設施日益完善,汽車的擁有量也不斷 增加,交通的發(fā)展一方面為社會創(chuàng)造了大量的財富,另一方面也帶來了嚴重的 交通隱患。僅 2011年我國交通事故死亡人數就超過了 20萬人。而發(fā)達國家則有 自 己 的 一 套 方 法 , 他 們 為 控 制 機 動 車 安 全 駕 駛 , 通 過

8、 立 法 (如 歐 盟 第 3825/85法規(guī) 強制安裝機械式紙盤汽車行駛記錄儀,對遏制疲勞駕駛、車輛超速等交通 違章,約束駕駛員的不良駕駛行為,保障安全行車很有效。各級交通部門面對 的問題是如何通過科學的方法提高道路交通管理水平,減少事故發(fā)生。由于交 通管理的復雜性,交通車輛的運行范圍大,活動范圍涉及全國各地,管理部門 無法隨時隨地的對車輛進行追蹤監(jiān)控。交通管理部門迫切需要一種可以代替人 工對車輛的運行狀況和駕駛員的操作情況進行實時監(jiān)控的電子設備。交通管理 中也需要一種能夠有效保障車輛安全、提供實時調度管理的產品,使我國的交 通管理能夠真 正邁入智能化時代。而汽車行駛記錄儀就是一種能夠安裝在

9、車輛 上全過程同步記錄、監(jiān)控車輛運行狀態(tài)、預防交通事故發(fā)生的高新技術產品。 美國、日本、香港、馬來西亞等地都在大量使用汽車行駛記錄儀,我國許 多大城市的車輛也安裝上了汽車行駛記錄儀。 經過運輸企業(yè)的使用, 事實證明, 安裝使用汽車行駛記錄儀有利于規(guī)范駕駛員操作,降低汽車公里胎耗、油耗, 提高駕駛員安全意識,從而減少應交通事故給企業(yè)造成的經濟損失。安裝汽車 行駛記錄儀后,運輸企業(yè)可以依據記錄的數據對駕駛員的進行獎勵或批評教育 甚至是處罰,長期堅持使用汽車行駛記錄儀,不僅可以 培養(yǎng)駕駛員規(guī)范操作的 良好習慣,還有助于運輸企業(yè)篩選出經常有不良駕駛行為的個別司機,找出重 點監(jiān)督對象,從而達到 “ 管車

10、、管人、管安全 ” 的目的。依托 6PS 服務 平臺 , 汽車 行 駛記 錄儀 不 僅 能夠 記 錄車 輛行 駛 過 程中 的 所有 基本信息,還可以與遠在千里之外的管理中心實現實時信息交換。在網絡系統(tǒng)強大的地理、交通和服務信息支持下,管理中心可以依據記錄儀反饋信息及時 為目標車輛選擇最佳行駛路線,確定目的地方向和距離,并可提供各類相關服 務信息。同時,記錄儀可以根據獲取的參數為駕駛員提供諸如超時、超速、防 盜、緊急車況等預警信息服務,也可將 被盜、遭劫信息實時傳送到管理中心, 由管理中心對車輛實施遠程控制并通知 110報警,為人員和車輛提供安全保障。1.2 國內外發(fā)展狀況1.2.1 國內發(fā)展

11、我國汽車用電子產品水平與國際先進水平相比大約落后 10年左右。在汽車 行駛記錄儀國家標準實行之前,國內已經有好幾家開始了在汽車行駛記錄儀方 面 的 研 究 。其 中 , 航 空 工 業(yè) 總 公司 第 631研 究 所 研 制的 車 載 行 駛 記 錄 儀 ,它 已 經能記錄并打印最近一次停車前 128秒內車輛的瞬時速度、車輛的剎車、鳴笛、 轉向及所有燈的開啟情況,掉電后數據能保存 72小時;西安遠交信息產業(yè)有限 公司開發(fā)的汽車黑匣子,能監(jiān)視車速范圍為 0一 240公里/小時,其它檢測狀態(tài) 包括:剎車、鳴笛、倒車、大燈、小燈、左轉燈、右轉燈,具有內置時鐘和實 時數據壓縮算法,可以記錄 2天的運行

12、數據,掉電后數據可以保存 5年。公安部、 交通部和國家安全生產監(jiān)督管理局于 2001年底聯合下發(fā)了關于加強公路客運 交 通 安全 管 理 的 通 告 , 通 告 要 求, 長 途 客 運 車輛 應 當 安 裝 、 使 用 符合 國 家 有 關標準的行駛記錄儀。同時,還于 2002年制定了 2002年預防道路交通安全管 理的通告 ,明確規(guī)定對疲勞駕駛和車輛超速等 8項違章行為進行集中整治。此 后加緊制定汽車行駛記錄儀全國統(tǒng)一標準的步伐,公安部于 2003年發(fā)布了汽車 行 駛 記 錄 儀 國 家 標 準 GB /T19056 2003(以 下 簡 稱 “ 記 錄 儀 國 家 標 準 并 于 當 年

13、 9月 1日實行,該標準的出臺有利于從根本上解決追在眉睫的交通事故,有利 于規(guī)范、統(tǒng)一汽車行駛記錄儀的全國市場,有利于與國際智能交通行業(yè)接軌, 與 時 代 同 步 。 我 國 的 汽 車 行 駛 記 錄 儀 標 準 既 充 分 參 考 了 歐 盟 的 法 律 和 技 術 標 準,又很好的結合了我國的道路交通管理、道路運輸和記錄儀產品技術水平的實際情況。 發(fā)達 國 家 汽車 行駛 記錄儀 和 事 故 記錄器 (黑 匣子 是 兩個標準,兩種 產品。 而我國則只有一個標準, 有效 的克服了既要安裝行駛記錄儀又要黑匣子, 增加車主經濟負擔等問題。國家標準除規(guī)定了記錄超速、疲勞駕駛等汽車行駛 記錄儀的功

14、能外,還規(guī)定了記錄剎車燈以及其它七種可選狀態(tài)的黑匣子功能。 此外還有環(huán)境適應性測試方法、通訊協議和管理軟件等都作了嚴格規(guī)定?？梢?說 汽 車 行 駛 記 錄 儀 國 標 的 頒 布 已 成 為 今 后 國 內 智 能 交 通 行 業(yè) 發(fā) 展 的 分 水 嶺 和 界標。目前我國生產汽車行駛記錄儀的企業(yè)不多,能通過公安部檢測合格的更 是鳳毛麟角。能否通過公安部檢測達標已經是一個首當其沖的挑戰(zhàn),它直接決 定了企業(yè)能否合法進入國內國際市場。同時通過汽車行駛記錄儀在各省市的推 廣應用情況可以看到,當前國內的記錄儀技術還很不成熟。這就留給了我們很 大的發(fā)展余地。1.2.1國外成果汽車行駛記錄儀在國外已經得

15、到了大量的使用,其中歐共體于 1975年就通 過了在汽車上安裝汽車行駛記錄儀的立法,要求 3.5噸以上貨車、 9座以上客 車必須安裝行駛記錄儀,歐盟在第 3825/85號法規(guī)關于公路運輸車輛的記錄 設 備 的 第 三 款 中 規(guī) 定 :“ 記 錄 設 備 應 在 歐 盟 成 員 國 使 用 的 客 貨 運 輸 車 輛 上 安 裝和使用 ” 。到這一立法要求歐洲的 15個成員國在 10年內,給在用的 900萬輛卡 車和轎車安裝這一裝置。這一作法將很快在美國引起效 仿,美國通用汽車公司 到 1999年有半數的汽車都已經安裝了這種裝置,而到了 2000年幾乎所有的通用 汽 車 都 安 裝 了 這 種

16、 裝 置 。 近 年 美 國 通 用 公 司 已 經 授 權 加 利 福 尼 亞 圣 克 拉 拉 的 Vetronix 公司推出可解讀記錄儀信息的電子系統(tǒng)。 Vetronix 公司主管柯爾說,該 項裝置已經上市一年,美國各州州警及各地警察局已經廣泛采用這款售價 2495美元的解讀裝置。在加拿大、日本、香港、馬來西亞等地,警方對交通事故的 處理大部分也是以現場對汽車行駛記錄儀記載的信息分析結果為依據。美國加 利福尼亞州的多家汽車技術公司最近宣布,將把新近生產出來的 商用汽車控制 和記錄裝置投入市場。這一系統(tǒng)完全獨立于汽車上原有的計算機模塊,擁有自己的微處理器、傳感器和存儲模塊,與飛機數據記錄儀十

17、分相似,因而能保證 數據的真實性?；镜纳逃密囅到y(tǒng)包括事故發(fā)生記錄、運輸記錄和防盜技術。 其 附 加的 模 塊 和 更 高 級 的 “ 即 插 即 用 ” 技 術 包 括 行駛 稱 重 、 6PS 定 位 系統(tǒng) 、 電 子 計費、聲音識別、聲音合成及導航。另一種商用拖車系統(tǒng)的基本型包括事故發(fā) 生記錄、 無線衛(wèi)星通訊和 GPS 定位系統(tǒng), 升級后加上了行駛稱重和防盜系統(tǒng)。 “ 黑 匣 子 ” 的 無 線 通 訊 特 性 可 以 將 數 據 下 載 到 固 定 設 備 上 及 車 載 設 備 上 , 這 就 極 大 地方便了旅行過程中的商務活動。1.3汽車行駛記錄儀在交通管理中的必要性1.3.1

18、交通事故的主要原因據公安部交通管理局分析,造成當前交通事故高發(fā)的五大原因中,駕駛員 安全知識的缺乏和安全意識的薄弱是誘發(fā)道路交通事故的重要原因。 2004年機 動車駕駛員肇事 66. 7萬起,造成 8. 2萬人死亡、 46. 2萬人受傷,直接經濟 損失 28. 4億元, 分別占全年事故總數的 86. 7%、 77. 3%、 84. 6%和 91. 8%。 據統(tǒng)計, 2004年國內因駕駛員因素導致的交通事故占總數的 89. 8%,造成的 死亡人數、受傷人數分別占到了總數的 87. 4%、 90. 6%,其中 3年以下駕齡 的駕駛員造成的事故占 50%,造成的死亡人數占總數的 36. 3%,在道路

19、運輸 行業(yè)中一次死亡 3人以上的道路運輸事故中,有 78. 2%與駕駛員違章超載、 超速、違章占道、違章超車、疲勞駕駛等因素有關,造成的死亡人數、受傷人 數分別占總死亡人數的 83. 7%、 79. 4%。1.3.2汽車行駛記錄儀的作用1自檢功能記錄儀通電后會對系統(tǒng)各部件及接口進行檢測,自檢通過后“嘀的” ”一聲 響提示用戶記錄儀開始正常工作。2 具有身份識別功能司機每次開車時利用 U 盤驗證身份, 記錄儀分類保存每個司機的行駛數 據 。 3 車輛行駛時間、速度、里程的記錄及存儲功能詳實記錄存儲車輛行駛的時間、速度及里程。4 超速報警及記錄功能當汽車超過預先設置的超速值時,會第一時間報警提醒,

20、并記錄下來。 5 超時駕駛(疲勞駕駛報警及記錄功能司機連續(xù)駕駛接近 4小時,記錄儀會聲音提示,超過 4小時就開始記錄。 6 具有事故疑點記錄分析功能記錄儀會以 0.2秒間隔記錄事故發(fā)生前 20秒車輛行駛速度、剎車等信息。 7 顯示打印功能可通過液晶 LCD 顯示和即時打印最近 15min 內每分鐘的平均車速記錄、超 時駕駛(疲勞駕駛記錄、超速記錄及車輛相關信息。8 數據通訊功能可通過標準 USB 或串口采集記錄儀數據、設置記錄儀參數,車輛信息、駕 駛員檔案的管理功能。9 管理軟件提供良好的人機界面,實現車輛信息、駕駛員檔案錄入、修 改 、查 詢 統(tǒng) 計及 報 表 打 印功 能 。 增 加 經

21、濟 效益 , 科 學合 理 的 進 行員 工 調 度, 車輛保養(yǎng)。10存儲視頻圖象(選配攝像頭、 SD 卡 1。1.4 汽車行駛記錄儀的分類隨著電子技術的不斷發(fā)展,各種類型的汽車行駛記錄儀在技術上已經比較 成熟,形成了比較明顯的個性化,同時也形成了綜合化管理的大趨勢 ,近年來 在許多國家和地區(qū)得到了廣泛的應用。汽車行駛記錄儀按照功能可分為如下幾 類:1單一型主要記錄 行駛過 程中 的某一單 項參數 (如 :速度、 里程 , 并 對記錄下 來的 數據進行相應的管理。主要特征是功能的單一。比如,加拿大的車輛速度監(jiān)控 器,對出現超速情況首先進行報警提示,三次報警后,如還在超速,就會自動 控制剎車。2

22、事故型以記錄事故發(fā)生時的車輛狀態(tài)數據為主要目的。記錄模式以飛機黑匣子為 參照藍本。主要特征是記錄停車前短時間內的數據,一般為一分鐘到幾小時之 間,并不是連續(xù)全程記錄模式。汽車黑匣子就是以此命名的,也可以 說汽車黑 匣子是屬于汽車行駛記錄儀事故型。有的事故型記錄儀除了可以記錄行駛過程 中的速度變化情況和發(fā)出超速報警信號外,還可記錄行駛過程中車輛運行的方 向變化和駕駛人員的操作行為,以便在出現事故時,能夠根據在一段時間內的 信息來分析判斷事故的原因和責任。此類記錄儀,一般可記錄、存儲每次行駛的起始時間、結束時間、行駛里程、 停車前一分鐘內和十分鐘內的最大車速以及停車前一分鐘內的速度、左燈、右 燈、

23、大燈、喇叭、剎車、剎車氣壓等工作狀態(tài)和相關數據。適用于只需要事故 型的單位和個人用戶。目前國內外市場上出現的記錄儀大部分是屬于這 一類的 產品 (如:德國 VDOKIENZLE 公司生產的 UDS 型事故數據記錄儀 。3管理型管理型記錄儀是在事故型的基礎上,結合數字式記錄儀記錄的數據可以進 行二次開發(fā)利用的特點,根據營運車輛管理的需要開發(fā)的新一代數字式行駛記 錄儀,是事故型的升級型。主要特征是事故型加上簡單的計算機管理系統(tǒng)。其 功能除了具備事故型記錄儀的主要事故分析功能外,還增加了簡單的計算機管 理系統(tǒng),用于運營單位的司機、車輛、車隊以及實現運營單位的運營數據的自 動化和網絡化基本管理。目前國

24、內外市場上出現的記錄儀有相當部分是屬于這 一類的產品。這類產 品的典型代表:國外有美國 0. T . C .公司生產的 SWl00型車輛監(jiān)控系統(tǒng)。4綜合管理型綜合管理型是在總結了事故型和管理型記錄儀經驗的基礎上,從軟件、硬件和系統(tǒng)功能上進行了優(yōu)化設計,以綜合管理為主要目的而開發(fā)的新一代行駛 記錄儀。主要特征是多通道數據采集處理,全程連續(xù)記錄,大容量存儲卡和強 大的綜合管理軟件系統(tǒng),實現資源共享。此類型行駛記錄儀利用多通道數據采 集處理平臺、 GPS 衛(wèi)星定位儀、大容量數據存儲卡和后臺綜合管理平臺軟件等 強有力的現代化技術手段,重點針對營運和特種車輛的綜合化管理目標,來完 成車輛綜合化管理進程。

25、其數據一經采集各職能部門都受益,特別是適用于中 大型企業(yè)十幾臺車乃至上千臺車的綜合管理需求?？赏ㄟ^在微機軟件界面上存 放的全程連續(xù)記錄曲線和各開關傳感器的連續(xù)狀態(tài),對車輛的營運、安全、質 量等綜合指標進行強有力的全程監(jiān)控,并根據需求打印統(tǒng)計圖表。從以上各類 行駛記錄儀都是采取事后分析方式,在事后才下載數據,再根據數據或圖形進 行分析處理。對于在事件現場出現的情況不能及時獲得信息,避免和減少交通 事故的發(fā)生。為此又有新的一代產品問世,可以稱之為 3G 型行駛記錄儀。 5 3G 型行駛記錄儀3G 型行駛記錄儀是在行駛記錄儀 的基礎上加上 3G 系統(tǒng) (即 GPS 衛(wèi)星定位 系統(tǒng)、 GIS 電子地理

26、信息系統(tǒng)、 GSM 移動通信公共網/GPRS 分組交換通訊系 統(tǒng) ,以及計算機網技術 (INTERNET和呼叫中心 (CALLCENTER的技術,來擴 展實現車輛實時調度的綜合信息管理服務系統(tǒng),并具防劫、防盜功能。主要特 征是行駛記錄儀通過現代通訊網絡進行時傳送數據,發(fā)現問題即時處理。隨著 現代通訊技術的迅速發(fā)展,信息費用的降低,此類行駛記錄儀將成為主流。隨 之車載部分也可簡化處理, 從而降低系統(tǒng)成本, 也就更有利于大面積推廣使用。1.5 本文的主要工作汽車行駛 記錄儀主要由記錄器、顯示器、 MCU 主控芯片、 PC 機處理軟件 和傳感器組成,汽車行駛記錄儀,通常安裝在發(fā)電機蓋的內側,其自身的

27、保護 裝置非常嚴密,在車輛發(fā)生事故后可為事故分析提供可靠的依據,其功能和作 用如下:(1記錄器。能在汽車行駛中客觀、精確地記錄下多種工作狀態(tài),如前進、后退、加 /減速、勻速、轉彎、爬坡、上下橋、超速、飛車時的參數。當遇到不 測或被切斷電源后, 原先記錄下的數據能被完好的保留, 一般可以保存十幾年。 (2顯示器。能及時顯示出汽車行駛時的動態(tài)數據,一般安裝在儀表盤上, 供駕駛員及時掌控車況。(3 MCU 主控芯片。對采集到的各種汽車數據進行整理分類,并將其轉存 到存儲模塊中。還要借助軟件系統(tǒng)控制其它模塊,如數據傳輸、數據顯示等。 (4 PC 機處理軟件系統(tǒng)。可直接采集設置記錄器中的汽車參數、時間、

28、限 速范圍,還能以圖線形式再現發(fā)生事故的汽車行駛軌跡。(5傳感器。能夠向記錄器提供汽車行駛時的速度、信號、方向。汽車行駛記錄儀能在事故發(fā)生后安全回收,其結構設計充分考慮到耐撞擊、耐 火、耐腐蝕、防潮、防水等安全性能,使汽車行駛記錄儀在受墜毀沖擊、擠壓、 著火及液體污染物浸漬后,數據記憶體仍能復原。論 文 首 先 對 汽 車 行 駛 記 錄 儀 系 統(tǒng) 的 產 生 和 應 用 背 景 進 行 了 討 論 , 接 著 討論 了汽車行駛記錄儀的主要功能和結構,然后進行了硬件電路的設計,主要包括 傳感器的選 擇, 汽 車 行駛 記錄 儀 (黑 匣子 主機電 路設計,其 中 包 括數據 采集模 塊設計,

29、數據輸出模塊設計和顯示電路設計。1.6 本章小結本章詳細介紹了本課題的研究背景和意義,闡述了我國在當今交通壓力的 催生下,發(fā)展汽車形式記錄儀的緊迫性和重要性。其發(fā)展必將對中國當前的經 濟效益和社會效益產生巨大影響。在查閱了國內外相關資料的基礎上,初步介 紹了國內最近幾年對汽車行駛記錄儀的研究情況,以及 國外汽車行駛記錄儀的 發(fā)展情況。還根據這些資料展現的前景,對汽車行駛記錄儀的未來發(fā)展趨勢進 行預測。最后,還以章節(jié)為線索,對本論文的主要內容進行了詳細論述。第 2章 系統(tǒng)總體方案設計2.1 系統(tǒng)框圖本文設計的記錄儀主機主要由主控制器、數據采集單元、數據存儲單元、液晶 顯示器、熱敏打印機和數據通信

30、單元等組成。系統(tǒng)總體框圖如圖 2-1所示。 圖 2-1系統(tǒng)總體框圖1 主控制器選用 Freescale16位微處理器 MC9S12D64,該系列芯片抗干擾,在汽車電子產 品中應用較多。2 數據采集單元駕駛員身份采集選用普通的存儲卡,駕駛員身份容易被非法更改。本文選用接 觸式邏輯加密卡,更改駕駛員身份需要經過密碼校驗,保護駕駛員的合法權益。由 于設計的速度采集電路可以采集模擬和數字信號,車速計算方法與車輛半徑無關, 所以設計的記錄儀適應各種車輛安裝。不僅可以采集國標規(guī)定的剎車信號,還可以 采集霧燈等其它七路車輛狀態(tài)信號。本系統(tǒng)需采集的數據較多,可以分成駕駛員身 份和實時時鐘、車速信號、開關量信號

31、三類。不同的信號編碼、存儲格式不同。對 不同種類的信號采用不同的采集方式,分別采用 12C 接口,脈沖累計器和 200ms 定 時查詢等方式。 IC 卡實現駕駛員身份識別功能;實時時鐘為記錄儀主機記錄、存儲 數據提供不間斷的時間依據。通過采集開關型霍爾車速傳感器的脈沖數,實現車速 采集功能。3 數據存儲單元存儲事故疑點數據和歷史數據存儲。數據存儲單元選用磁盤抗震性能差,本文 采用 IC 芯片,提高存儲單元的抗震性能,并且兼顧快速寫入速度、較大存儲空間的 需求。系統(tǒng)主存儲器容量高達 1M 字節(jié),可以存儲高于國標規(guī)定的 360h 的數據 2。 4 液晶顯示器默認實時顯示車速等數據。由于記錄儀只需顯

32、示和打印 100多個漢字及其它字 符,所需的存儲空間小,為降低成本,自定義液晶和打印機的字庫。2.2 主控制器主控制器是記錄儀主機系統(tǒng)的核心,負責處理系統(tǒng)數據采集、存儲、顯示、輸 出 等 功 能 。 考 慮 各 種 因 素 , 系 統(tǒng) 選 用 飛 思 卡 爾 公 司 生 產 的 16位 微 控 制 器 MC9S12D64。 MC9S12D64最小系統(tǒng)電路如圖 2-2所示 3。圖 2-2MC9S12D64最小系統(tǒng)電路MC9S12D64頻率高達 25MHz ,可采用鎖相環(huán)技術提高系統(tǒng)的電磁兼容性,片 內有 64KBFlash 、 4KBRAM 和 1KBEEPROM ,片內集成 2個異步串口 SC

33、I 、 1個同 步外圍設備串口 SPI 、 1個 12C 總線接口、 1個 CAN 模塊、 16位定時器、脈沖累加 器模塊、 8通道輸入捕捉通道和輸出比較通道、最多高達 91個獨立數字 I /O ,其中 20個具有外部中斷及喚醒功能 4。 MC9S12D64最小硬件系統(tǒng)由供電電路、復位電 路、振蕩電路和鎖相環(huán)電路等組成。 JPl 為系統(tǒng)的 BDM(背景開發(fā)模式 調試接口。 時鐘電路選用串聯振蕩電路, PE7腳必須拉高,如果 PE7腳接地,時鐘的外部振蕩 電路必須選用并聯振蕩電路。電容 C18、 C19和晶振 Y1組成最小系統(tǒng)的時鐘電路。 鎖相環(huán)濾波電路由電容 C21、 C22和電阻 R24組成

34、, VDDPLL 引腳由單片機內部提 供 2. 5V 電壓。 XFC 引腳是壓控振蕩器 (vCO的電壓控制端,通過給鎖相環(huán)電路編 程,以數字方式鎖定 VCO 的控制端電壓 5。第 3章 系統(tǒng)硬件設計與實現硬件是實現記錄儀功能的重要載體。 本章重點分析記錄儀主機系統(tǒng)的數據采集、 存儲、顯示單元的電路設計。3.1 數據采集單元論述駕駛員身份識別、實時時鐘、車速、里程等數據采集單元的電路設計。 3.1.1 駕駛員身份識別國標規(guī)定記錄儀應能實現駕駛人員身份記錄功能,應能記錄駕駛員代碼和公安 交通管理部門核發(fā)的機動車駕駛證證號。駕駛員代碼為阿拉伯數字,其最大長度不 超過 7位,代碼設置方法由使用者根據需

35、要自定,在同一記錄儀的數據記錄中,某 一駕駛員的代碼應與其機動車駕駛證證號相對應。在每次駕車前,駕駛人員首先應 確認自己的代碼。 本文采用 IC 卡的方式識別不同的駕駛員。 為了保證駕駛員的信息 不被隨意更改,選用西門子公司生產的接觸式邏輯加密卡 SLE4442。 SLE4442提供 最小 10萬次的擦寫次數,數據保存 10年,具備 12C 總線接口。 SLE4442存儲器主 要由 256字節(jié) E2pROM 型主存儲器、 32位 PROM 型保護存儲器和 4字節(jié) E2PROM 型加密存儲器組成。MC9S12D64單片機內嵌一個 12C 模塊, 硬件實現較為簡單, 只需把 SLE4442的 兩線

36、 (SCL和 SDA 和 MC9S12D64對應的引腳相連即可, 由于 SCL 和 SDA 是開漏輸 出,所以要加上拉電阻。 RST 弓 I 腳與單片機 IO 腳相連。接觸推拔式 IC 卡卡座有 常開、常閉兩種類型,本文采用常開卡座。 IC 卡插入方向為 IC 卡觸點面向上,并 且觸點端朝前。 U5的 10腳為常開卡座的輔助觸點, PW IC 腳與單片機 IO 引腳相 連,有 IC 卡插入時,輔助觸點與 Q 訊 D STA 接通, Q2導通, PW IC 為高電平, D15點亮;反之,無 IC 卡插入。3.1.2 實時時鐘國標規(guī)定記錄儀記錄儀應能提供北京時間同期和時鐘,應能以年、月、日或 yy

37、yy / mm /dd /的方式記錄實時日期;應能以時、分、秒或 hh :mm :ss 的方式記錄實時 時鐘。記錄儀應能對連續(xù)駕駛時間進行記錄。連續(xù)記錄 24h 數據,記錄時間允許誤 差在 5s 以內。選用 NXP 公司推出的一種低功耗的實時時鐘/日歷芯片 NXP8563, 其帶有一個 400KHz12C 總線接口, 允許使用備用電池長時間供電, 每次讀寫數據后, 內嵌的字地址寄存器會自動產生增量。 NXP8563可以作為一個從接收器或從傳送器, 此時的時鐘信號線 SCL 只能是輸入信號線, 數據信號線 SDA 則為一條雙向信號線。 芯片 8腳封裝,體積小,功耗低,在實時日歷時鐘集成電路選型時

38、,是一款性價比 高的芯片。在系統(tǒng)設計中,采用單片機的兩個 IO 口與 NXP8563的 SCL 和 SDA 相連接,通 過軟件模擬 12C 總線。由于 12C 總線接口均為開漏或丌集電極輸出,故需加上拉電 阻。在 OSCI 和 OSCO 端可以連接一個 32. 768KHz 的石英晶體,在 OSCI 和 GND 間接電容器以調整振蕩頻率。電池座子有臥式和立式之分,前者便宜,后者價格貴, 但是節(jié)省布線空間。當汽車熄火時,通過電池給 NXP8583供電 6。3.1.3車速采集車速傳感器是國標規(guī)定的記錄儀的重要組成部分之一,速度脈沖信號可以從車 速儀表盤采集,或者按照用戶要求安裝車速傳感器。本文選用

39、開關型霍爾傳感器采 集車速脈沖信號。采集脈沖信號時必須要將方波信號提高到滿足幾電平, 才能提供給單片機端口。 為增強速度信號的抗干擾性,提高測量速度信號的準確性,系統(tǒng)采用如圖 3. 3所示 的速度脈沖信號采集電路。 圖中汽車速度傳感器的輸出接 VP0, VPl 信號送 MCU 的 脈沖累加器引腳。 MC9S12D64內嵌 2個 16位脈沖累加器 (PACA、 PACB ,相應的 輸入引腳為 IOC7/PT7和 10CO /PTO ,本文中 VPl 信號輸入 IOC0/PT0;開關 S1選擇模擬或者數字信號輸入通道,提高了主機系統(tǒng)的適應性。本文調試時,輸入信 號為數字信號。模擬輸入信號電路由電壓

40、跟隨器、遲滯比較器、光電隔離等部分組成。遲滯比 較器的閾值電壓 UTl 和 Ur2計算公式如公式 3-1和公式 3-2所示。參考電壓 Uref 的 取值需經過現場調試確定, Ubuf 為 O 伏或 5伏電壓。buf ref T U R R R U R R R U 6057576057601+-+= (3-1 buf ref T U R R R U R R R U 6057576057601+= (3-2 由速度傳感器采集到的速度信號經過穩(wěn)壓管 z1限壓, 使信號幅度在 O-5V 之間, 然后信號送入電壓跟隨器、遲滯比較器,通過遲滯比較器的回差電壓,消除了外界 信號的干擾。又經光耦進行光電隔離模

41、擬數字信號后,送入單片機的脈沖累加器輸 入端口,由單片機定時讀取脈沖數,計算得到汽車行駛速度 7。 圖 3-1 速度脈沖信號采集電路3.2 數據存儲單元詳細分析數據存儲單元的需求, 闡述存儲方案的選擇, 給出事故疑點數據和行駛 狀態(tài)數據的存儲格式。3.2.1 存儲需求分析國標要求記錄儀具備車輛行駛速度的測量、記錄存儲功能。車輛行駛速度數據 主要由事故疑點數據和行駛狀態(tài)數據兩部分組成。1 事故疑點數據的存儲需求國標要求記錄儀應能以不大于 0. 2s 的時間間隔持續(xù)記錄并存儲停車前 20秒實 時時間對應的車輛行駛速度及車輛制動狀態(tài)信號、 記錄次數至少為 10次。 速度記錄 單位為 km /h ,測

42、量范圍為 0km /h 220km /h ,測量分辨率等于或優(yōu)于 lkm /h 。 需要存儲的實時數據至少應該包含以下信息:駕駛員代碼,單獨存儲,十六進制, 占用 3個字節(jié)的存儲空間。時間 (年、月、日、時、分、秒 , 8421BCD 碼,占用 6個字節(jié)。速度,十六進制,占用 1個字節(jié)。車輛行駛狀態(tài)數據,十六進制,占用 1個字節(jié)?？紤]到時間僅能精確到秒,所 以時間不需要每 200ms 記錄一次, 每 5次 (1秒 記錄一次時間。 由此得出事故疑點數 據的邏輯格式如表 3. 1所示。表 3-1 疑點數據的格式序號 1 2 3 合計 項目名稱 時間 速度 車輛狀態(tài)數據長度(字節(jié) 6 1*5 1*5

43、 6 根據疑點數據的邏輯格式, 可以計算出每秒事故疑點數據占用 16個字節(jié)存儲空 間。 20秒實時數據所需要的數據空間:20*16=320(字節(jié) 2 行駛狀態(tài)數據的存儲需求國標規(guī)定無論車輛在行駛狀態(tài)還是停駛狀態(tài),記錄儀均應能提供實時時間對應 的車輛行駛速度信息。記錄儀應能以不大于 1分鐘的時間間隔持續(xù)記錄并存儲車輛 在最近 360d 時內的行駛狀態(tài)數據,該行駛狀態(tài)數據為車輛在行駛過程中與實時時間相對應的每分鐘間隔內的平均行駛速度。 速度的單位為 km /h , 測量范圍為:0km /h . 220km /h ,分辨率等于或優(yōu)于 lkm /h 。需要存儲的行駛數據包含以下幾組信 息,如駕駛員代碼

44、,單獨存儲,十六進制, 3字節(jié)。時 IBJ(年、月、日、時、分 , 8421BCD 碼, 5字,速度,十六進制, 1字節(jié),里程, 8421BCD 碼, 3字節(jié)。 從而可得每一分鐘需要記錄的歷史數據為 9字節(jié)。本記錄儀中,總共存儲最近 360小時內的行駛狀態(tài)數據,因此需要的存儲空問為:360*60*9=194400(字節(jié) =189. 84375k(字節(jié) 。另外,還要存儲數據的索引、車輛特征系數 (十六進制, 3字節(jié) 、車輛識別代號 VIN(ASII碼, 17字節(jié) 、車牌號碼 (ASII碼, 12字節(jié) 、車牌分類 (ASII碼, 12字節(jié) 、 駕駛員代碼 (十六進制, 3字節(jié) 、機動車駕駛證號碼

45、(ASII碼字符, 18字節(jié) 、記錄儀 主機可識別的唯一性編號及初次安裝同期 (8421BCD碼, 5字節(jié) 、記錄儀每一次下 傳的日期及時間 8421BCD 碼, 5字節(jié) 、每一次上載的日期和時間 (8421BCD碼, 5字節(jié) 、每一次車輛特征系數的設定時間 (8421BCD碼, 5字節(jié) 等信息。預計總的數 據量將會有 200k 字節(jié)。3.2.2 存儲方案選擇為方便敘述, 事故疑點數據、 行駛狀態(tài)數據分別采用實時數據和歷史數據術語。 實時數據存放汽車發(fā)生事故前后的數據,主要用于分析事故發(fā)生的原因和事故的責 任,歷史數據存放汽車和司機的行駛狀況,作為事故分析的參考依據和對汽車、司 機的運行狀況考

46、核。本記錄儀需要存儲的數據量較大,記錄儀對存儲的實時性和可靠性要求較高。 本文設計的記錄儀實時數據存儲在鐵電存儲器中,歷史數據存儲在數據閃存中。將 實時數據暫存起來, 滿一頁時, 再將實時數據傳送到歷史數據存儲系統(tǒng)中, 存滿 360h 數據,然后將其重新覆蓋。1實時數據的存儲記錄儀不僅要有較大的存儲空間,并且要求能夠有較快的存取速度,掉電情況 下能夠對數據進行保存。為了保證所有采集的數據能夠及時的存儲,僅使用 Flash存儲器是不行的,因為它的擦寫速度比較慢,不能按字節(jié)進行擦寫操作。在記錄儀 掉電或單片機任務繁忙的情況下,會造成車輛行駛信息不能及時的存儲。因此,需 要擴展一個快速的 RAM 器

47、件作為數據緩存。單片機可以將采集的數據及時保存在 緩存中,在空閑周期內,將成頁或成塊的車輛行駛數據轉存到 Flash 存儲器中,充 分保證記錄儀的可靠性。 非易失性 RAM 主要有普通靜態(tài) RAM 加電池供電、 內部帶 鋰電的非易失性 RAM 和新型的非易失性 FRAM 鐵電存儲器三種實現方式。前者要 考慮電池充放電電路、同時要保證電池電量可靠、安裝穩(wěn)定牢固等因素,使得系統(tǒng) 復雜度增大、可靠性降低。第二種方案 RAM 價格昂貴, 1K 字節(jié)需要 15元左右。 FRAM 兼具 RAM 的快速寫入特性和 ROM 的非易失性,沒有電池產生的不良因素。 FMl808具有 100億次的讀寫壽命,即使每秒

48、進行 30次讀寫操作,壽命時限也可至 少保證 10年;掉電后數據保持 10年,速度快,無須寫等待時間。2歷史數據的存儲對于大容量的非易失性存儲器,通常采用 EEPROM 或 Flash 型存儲器,它們不 僅可以在掉電的情況下不會丟失所保存的數據,并且可改寫的次數也很大,價格低 廉,其中 Flash 型器件的擦寫速度更快,可擦寫次數也比 EEPROM 高。因此本記錄 儀中 Flash 型存儲器。 Flash 存儲器有并行接口方式、 SPI 接口方式和 12C 接口方式 三種。并行接口方式的 Flash 占用過多的單片機 IO 引腳,本文設計的記錄儀 IO 資 源緊張; 12C 接口的 Flash

49、 只需要兩個 IO 引腳就可以實現訪問但是其訪問速度比較 慢 (400Kbps; SPI 總線接口的 Flash , 需要 4個 IO 引腳, 其訪問的速度可達 20Mbps 。 綜上所述, FMl808很適合應用在汽車行駛記錄儀這種要求以字節(jié)寬度進行快速頻繁 寫操作的非易失性應用場合, SPI 接口的閃存 AT45DB081B 適合本記錄儀的應用。 采用鐵電存儲器與 SPI 接口的閃存兼顧按字節(jié)快速寫入速度、較大數據存儲空間及 掉電不丟失數據的需求。3.2.3存儲器選型1鐵電存儲器美國 Ramtron 公司鐵電存貯器 FRAMl808是一款并行接口掉電不揮發(fā)存儲器。FMl808內存組織結構為

50、 32*768*8bits,內存體系結構是基于行和列陣列,通過并口 訪問 32*752個內存地址空間, 所有的 15位地址唯一指定了一個 32*768字節(jié)中的地 址。內存被分成 32塊,每塊擁有 1K 字節(jié),每塊的 1K 字節(jié)包括 256行和 4列。由 于存儲器每行不能超過塊的界限,讀寫操作頻率不同的數據應放在不同的塊中。 FRAMl808片選/CE 每次訪問均須選通地址的原因,第一是鎖存新地址;第二 是在/CE 為高電平時, 建立鐵電存儲器必須預充電時間。 因此每次內存存取都必須 確保/CE 產生一次由高到低的躍變,這是 FRAM 與 SRAM 時序唯一不同的地方。 /CE(片選線 不能接地

51、,單片機在 FMl808接口的時候必須產生/CE 的下降沿。設 計時需要注意。鐵電存儲器接口電路如圖 3. 4所示。 圖 3. 2 FMl808接口電路2閃速存儲器Ar45DB08lB 是 ATMEL 公司推出的一款基于 Hash 技術的大容量數據存儲器, 采用 2. 7Vq . 6V 供電,管腳 (SI、 SCK 、/CS 、/RESET 、/WP 支持 5V 輸入, 允許直接 5V1幾或 COMS 電平信號相聯接, 并且與之兼容; AT45DB081B 的最大時 鐘頻率可達 20MHz ;在系統(tǒng)編程比較簡單,不需要高電壓。AT45DB081B 的存儲結構分為主存儲區(qū)、兩個緩存區(qū)及一個狀態(tài)寄存器。主存儲區(qū)容量為 8,650, 752位,被分成 10段、 512塊和 4096頁三個等級,每頁 264字 節(jié)。 AT45DB081B 有段、塊和頁三種操作方式,相關操作包括讀操作指令、編程擦 出指令兩部分。編程操作是基于頁的,可實現對字節(jié)的讀操作,不支持單字節(jié)的寫 操作:支持頁寫、頁擦除操作,擦除操作則可以按塊或