基于單片機(jī)的汽車(chē)行駛狀態(tài)記錄儀(黑匣子)畢業(yè)設(shè)計(jì)-2

1.1汽車(chē)行駛記錄儀簡(jiǎn)介汽車(chē)行駛記錄儀是一種安裝在車(chē)輛上且對(duì)車(chē)輛行駛速度、時(shí)間、里程以及有關(guān)車(chē)輛行駛的其它狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)并可通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。它又稱汽車(chē)工作信息記錄儀、汽車(chē)綜合信息記錄儀，也有人將其形象地稱為汽車(chē)電子警察，它能全程同步記錄、監(jiān)控車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)。利用汽車(chē)行駛狀態(tài)記錄儀，通過(guò)專(zhuān)用軟件可以將汽車(chē)行駛軌跡在電腦上完整、準(zhǔn)確的再現(xiàn)。汽車(chē)行駛記錄儀在汽車(chē)上已經(jīng)得到廣泛的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，它由硬件和軟件兩局部組成。硬件局部包括面板、單片機(jī)及輔助電器元件；軟件局部包括控制、處理各種數(shù)據(jù)的儀表功能程序系統(tǒng)[1]。該儀器可實(shí)現(xiàn)多種信息處理，顯示汽車(chē)狀況，進(jìn)行自我診斷，對(duì)車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油壓、燃油量、油耗和蓄電池電壓等一系列參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)控。并通過(guò)控制發(fā)光二極管、液晶顯示、蜂鳴器等報(bào)警手段，為司乘人員提供直接的汽車(chē)狀況信息和發(fā)出各種超限情況的報(bào)警等，可有效防范和化解車(chē)輛事故的發(fā)生。1.3國(guó)內(nèi)外汽車(chē)行駛記錄儀的開(kāi)展?fàn)顩r1.3.1國(guó)外汽車(chē)行駛記錄儀的開(kāi)展?fàn)顩r歐洲是最早制造也是最早強(qiáng)行推行使用汽車(chē)行駛記錄儀的地區(qū)，同時(shí)也是目前使用記錄儀最多的地區(qū)。早在20世紀(jì)20年代，行駛記錄儀便伴隨著汽車(chē)?yán)锍瘫矶Q生，當(dāng)時(shí)是和汽車(chē)速度、里程表結(jié)合在一起的。1934年，德國(guó)創(chuàng)造了世界上第一臺(tái)紙盤(pán)式行駛記錄儀，并于1953年開(kāi)始對(duì)載重超過(guò)7噸的車(chē)輛強(qiáng)制推行紙盤(pán)式行駛記錄儀。1970年歐共體通過(guò)立法方式在德國(guó)、法國(guó)、意大利、比利時(shí)、盧森堡6個(gè)成員國(guó)強(qiáng)制推行使用紙盤(pán)式記錄儀[3]。這種紙盤(pán)式行駛記錄儀它通過(guò)速度傳感器測(cè)量車(chē)輛速度，以機(jī)械指針在圓形坐標(biāo)記錄紙上記錄車(chē)輛的行駛速度、時(shí)間、行駛里程，記錄結(jié)果直觀，裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、使用方便。20世紀(jì)70年代后，隨著電子和集成模塊技術(shù)、數(shù)據(jù)總線和一些電子設(shè)備〔如顯示屏、打印機(jī)等〕的相繼引入，汽車(chē)行駛記錄儀根本形成了電子記錄儀樣式。但是出于使用習(xí)慣和技術(shù)平安性方面的考慮，最初的電子式記錄儀仍使用紙盤(pán)作為記錄媒介，甚至直到現(xiàn)在歐盟普遍使用的還是電子式紙盤(pán)記錄儀。隨著電子存儲(chǔ)〔磁卡或優(yōu)盤(pán)〕和平安保障技術(shù)的逐步完善，歐盟積極準(zhǔn)備更換和推行數(shù)字式電子記錄儀。20世紀(jì)90年代初，德國(guó)首先開(kāi)發(fā)了數(shù)字式汽車(chē)行駛記錄儀，且率先規(guī)定自2006年5月起新車(chē)必須安裝使用數(shù)字式汽車(chē)行駛記錄儀。1.3.2國(guó)內(nèi)汽車(chē)行駛記錄儀的開(kāi)展?fàn)顩r我國(guó)從1984年就開(kāi)始了汽車(chē)行駛記錄儀的研究，并于80年代后期，在少數(shù)地區(qū)試用國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)自主研制的數(shù)字式記錄儀。以后國(guó)內(nèi)一度出現(xiàn)汽車(chē)行駛記錄儀熱，全國(guó)有十幾個(gè)省市下達(dá)了安裝汽車(chē)行駛記錄儀的通知，同時(shí)也出現(xiàn)了近百家記錄儀生產(chǎn)企業(yè)。但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的制約，特別是當(dāng)時(shí)沒(méi)有出臺(tái)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和配套法規(guī)，記錄儀在使用過(guò)程中出現(xiàn)了許多問(wèn)題，并沒(méi)有充分發(fā)揮它應(yīng)有的作用，這一熱潮很快就冷卻下去了[4]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速開(kāi)展，我國(guó)道路交通事故也呈上升趨勢(shì)，尤其是長(zhǎng)途客運(yùn)車(chē)輛的重、特大交通事故頻發(fā)，給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大損失。為了標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)汽車(chē)行駛記錄儀產(chǎn)品的生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)公安部、交通部、國(guó)家平安生產(chǎn)監(jiān)督管理局關(guān)于長(zhǎng)途客運(yùn)車(chē)輛逐部安裝行車(chē)記錄儀的通告，保障車(chē)輛運(yùn)行平安，到2003年4月，由公安部、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委起草審定，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢查檢疫總局發(fā)布了《汽車(chē)行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB／T19056．2003》，于2003年9月1日正式實(shí)施。從此我國(guó)汽車(chē)行駛記錄儀的研發(fā)生產(chǎn)進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)代。此后，全國(guó)各地也相應(yīng)出臺(tái)安裝汽車(chē)行駛記錄儀的文件，記錄儀市場(chǎng)掀起了新的熱潮。到2004年7月底，全國(guó)生產(chǎn)汽車(chē)行駛記錄儀的企業(yè)已達(dá)80多家，經(jīng)公安部交通平安產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心檢測(cè)、通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的68家。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有廣東、四川、吉林、湖南、上海、浙江、廣西、江西、河南、新疆、黑龍江等20多個(gè)省、自治區(qū)、直轄市汽車(chē)行駛記錄的應(yīng)用工作取得進(jìn)展，已安裝使用行駛記錄儀的客運(yùn)、貨運(yùn)企業(yè)約350多家，車(chē)輛約4萬(wàn)輛。近些年來(lái)，汽車(chē)行駛記錄儀的功能已經(jīng)不僅限于單純的事故記錄，逐漸與汽車(chē)的其它電子系統(tǒng)相結(jié)合，例如GPS定位系統(tǒng)、故障診斷及報(bào)警系統(tǒng)、測(cè)重測(cè)溫系統(tǒng)等。同時(shí)，許多公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了具備無(wú)線傳輸、智能射頻識(shí)別技術(shù)等技術(shù)，使記錄儀的數(shù)據(jù)更快速、實(shí)時(shí)地傳送到各有關(guān)部門(mén)[5]。隨著我國(guó)開(kāi)始建設(shè)智能交通系統(tǒng)的進(jìn)程，汽車(chē)行駛記錄儀將成為確?，F(xiàn)代交通運(yùn)輸平安和高效物流動(dòng)態(tài)運(yùn)營(yíng)管理的不可或缺的記錄處理、顯示和數(shù)據(jù)傳輸?shù)木C合裝置，不久的將來(lái)將真正地融入城市智能交通網(wǎng)絡(luò)，并成為這一網(wǎng)絡(luò)中不可替代的一環(huán)。1.4本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容及特點(diǎn)本設(shè)計(jì)針對(duì)國(guó)內(nèi)目前的情況，在充分理解國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)內(nèi)外車(chē)載電子領(lǐng)域已有的成熟經(jīng)驗(yàn)的根底上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)完整的汽車(chē)行駛記錄儀統(tǒng)。記錄儀模塊的處理器選用STM32F103，它具有強(qiáng)大的性能、良好的穩(wěn)定性、方便的擴(kuò)展性及豐富的通信接口，它通過(guò)與外圍電路進(jìn)行合理的配合主要來(lái)完成如下功能：1、自檢功能；2、實(shí)時(shí)時(shí)間及駕駛時(shí)間的采集、記錄、存儲(chǔ)功能；3、車(chē)輛行駛速度、行駛里程的測(cè)量、記錄、存儲(chǔ)功能；4、駕駛員身份記錄功能；5、數(shù)據(jù)顯示；6、操作功能；7、數(shù)據(jù)打印輸出功能；8、數(shù)據(jù)通信功能；9、實(shí)時(shí)報(bào)警功能；10、掉電保護(hù)功能。1.5論文結(jié)構(gòu)結(jié)合課題研究期間的具體工作及對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析研究，論文共分5章撰寫(xiě)，具體如下：第一章緒論第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)第三章汽車(chē)行駛記錄儀硬件電路設(shè)計(jì)第四章軟件設(shè)計(jì)第五章結(jié)論2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體框圖本課題的目的是制作一個(gè)現(xiàn)實(shí)中操作性強(qiáng)、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、能夠使學(xué)習(xí)者直接開(kāi)發(fā)或調(diào)試的獨(dú)立式汽車(chē)行駛狀態(tài)記錄儀，使它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控并記錄汽車(chē)行駛的各種狀態(tài)信息，對(duì)汽車(chē)的運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行全程監(jiān)控并記錄。汽車(chē)行駛狀態(tài)記錄儀主要由11個(gè)模塊組成：供電單元、信號(hào)采集模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、單片機(jī)模塊、液晶顯示模塊、駕駛員信息記錄模塊〔IC卡〕、打印模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、報(bào)警模塊等。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1。圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖2.2各模塊功能需求1、自檢功能：記錄儀通電工作后，應(yīng)啟動(dòng)開(kāi)機(jī)自動(dòng)檢測(cè)程序，如果有故障，應(yīng)有信號(hào)提示；如果沒(méi)有故障，那么進(jìn)入默認(rèn)顯示狀態(tài)，并以信號(hào)提示工作正常。2、實(shí)時(shí)時(shí)間及駕駛時(shí)間的采集、記錄、存儲(chǔ)功能：記錄儀要求能夠提供北京時(shí)間日期和時(shí)鐘，該日期和時(shí)鐘被用于為記錄儀實(shí)現(xiàn)所有功能(記錄、輸出、顯示、數(shù)據(jù)通信等)標(biāo)注日期和時(shí)間。記錄儀應(yīng)能對(duì)連續(xù)駕駛時(shí)間進(jìn)行記錄，連續(xù)記錄24h數(shù)據(jù)，記錄時(shí)間允許誤差在±5s以內(nèi)。3、車(chē)輛行駛速度、行駛里程的測(cè)量、記錄、存儲(chǔ)功能：記錄儀應(yīng)當(dāng)能夠以不大于O.2s的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并儲(chǔ)存停車(chē)前20s實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車(chē)輛行駛速度值及車(chē)輛制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)、記錄次數(shù)至少是10次。速度記錄單位是km／h，測(cè)量范圍為Okm／h～220km／h，測(cè)量分辨率等于或優(yōu)于lkm／h。無(wú)論車(chē)輛在行駛狀態(tài)還是在停止?fàn)顟B(tài)，記錄儀均應(yīng)當(dāng)能夠提供實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車(chē)輛行駛速度信息。記錄儀應(yīng)能以不大于lmin的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并儲(chǔ)存車(chē)輛在最近360個(gè)小時(shí)內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，即車(chē)輛在行駛過(guò)程中與實(shí)時(shí)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的每分鐘間隔內(nèi)的平均行駛速度值。記錄儀應(yīng)能持續(xù)記錄車(chē)輛從指定統(tǒng)計(jì)時(shí)間開(kāi)始的累計(jì)行駛里程。車(chē)輛行駛里程的記錄單位是km，行駛里程的測(cè)量范圍是0～999999.9km，分辨率應(yīng)等于或優(yōu)于0.1km。4、駕駛員身份記錄功能：記錄儀應(yīng)能實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)藛T身份記錄功能，應(yīng)能記錄駕駛員代碼和公安交通部門(mén)核發(fā)的機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛證證號(hào)。駕駛員代碼為阿拉伯?dāng)?shù)字，最大長(zhǎng)度不超過(guò)7位，代碼設(shè)置方法由使用者根據(jù)需要自定；在同一記錄儀的數(shù)據(jù)記錄中，某一駕駛員的代碼應(yīng)與機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛證證號(hào)唯一相對(duì)應(yīng)。在每次開(kāi)車(chē)前，駕駛?cè)藛T應(yīng)首先確認(rèn)自己的代碼，確認(rèn)方式由制造商自定。5、數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)無(wú)按鍵操作時(shí)，可默認(rèn)顯示車(chē)輛的實(shí)時(shí)行駛速度、實(shí)時(shí)時(shí)鐘或駕駛員代碼。通過(guò)操作按鍵應(yīng)能實(shí)現(xiàn)如下顯示：(1)最近15min內(nèi)每分鐘的平均車(chē)速記錄；(2)最近2個(gè)日歷天內(nèi)同一駕駛員連續(xù)駕駛時(shí)間超過(guò)3h的所有數(shù)據(jù)記錄；(3)車(chē)輛特征系數(shù)。6、操作功能：操作按鍵設(shè)置應(yīng)能滿足使用要求，并且應(yīng)在對(duì)應(yīng)的位置標(biāo)出各按鍵名稱。僅使用面板按鍵應(yīng)不能對(duì)速度、時(shí)間、里程等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和刪除。7、數(shù)據(jù)打印輸出功能：數(shù)據(jù)打印只能在停車(chē)狀態(tài)下進(jìn)行；記錄儀至少應(yīng)能打印輸出車(chē)牌號(hào)碼、車(chē)牌分類(lèi)、駕駛員代碼、駕駛證號(hào)碼、打印實(shí)時(shí)時(shí)間、停車(chē)時(shí)刻前15min內(nèi)每分鐘的平均車(chē)速、疲勞駕駛記錄。8、數(shù)據(jù)通信功能：記錄儀應(yīng)同時(shí)配置以下兩種標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳下載：(1)USB(通用串行總線)標(biāo)準(zhǔn)接口，建議采用主結(jié)構(gòu)式USB接口；(2)標(biāo)準(zhǔn)RS232CD型9針接口。9、實(shí)時(shí)報(bào)警功能：對(duì)車(chē)輛行駛數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，判斷是否超速、是否疲勞駕駛、是否緊急剎車(chē)，如果出現(xiàn)上述異常情況，那么進(jìn)行報(bào)警。10、掉電保護(hù)功能：數(shù)據(jù)對(duì)記錄儀至關(guān)重要，如果由于某些意外情況導(dǎo)致記錄儀掉電，系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)檢測(cè)，并做好當(dāng)前數(shù)據(jù)的保存工作[6]。3汽車(chē)行駛記錄儀硬件電路設(shè)計(jì)3.1電源模塊的設(shè)計(jì)記錄儀作為車(chē)載設(shè)備使用汽車(chē)上的電源。汽車(chē)上的電源有兩個(gè)：汽車(chē)發(fā)電機(jī)和蓄電池。記錄儀的電源直接取自蓄電池，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和用電負(fù)載發(fā)生較大變化時(shí)，可保持汽車(chē)電網(wǎng)電壓的相對(duì)穩(wěn)定。車(chē)輛使用的車(chē)載蓄電池標(biāo)稱值有兩種12V的和24V的。小型車(chē)電源一般為直流12V〔不同車(chē)型可能有所不同〕，如大型的貨車(chē)是直流電24V的。此設(shè)計(jì)采用12V車(chē)載蓄電池。記錄儀本身需要的是+5V的供電，所以系統(tǒng)需要供電模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)+12V-+5V的電源變換。儀表系統(tǒng)對(duì)電源要求較高，只有穩(wěn)定的電源系統(tǒng)才能保證系統(tǒng)的可靠性。目前汽車(chē)采用的12伏電源系統(tǒng)并不穩(wěn)定，其電壓可能從幾伏變化到二十伏左右，而且可能還存在電壓很高的干擾脈沖，因此，必須設(shè)計(jì)良好的電源電路將汽車(chē)電源轉(zhuǎn)換為儀表系統(tǒng)需要的穩(wěn)定電源。由于汽車(chē)上各種電氣設(shè)備很多，各種元件動(dòng)作頻繁，因此會(huì)有電壓不穩(wěn)及瞬間電干擾、電磁干擾等問(wèn)題。所以要考慮電源的適應(yīng)性、過(guò)壓沖擊和短路保護(hù)等因素，采用具體電路來(lái)消除及處理。3.1.1設(shè)計(jì)方案的選擇方案一：采用線性集成穩(wěn)壓器，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是效率低(30％一60％)，散熱器面積大，用作輸出電壓平滑濾波的電容器及其電容值也很大。方案二：采用由DC—DC直流變換器組成的小型開(kāi)關(guān)電源，它不但具有重量輕、體積小的優(yōu)點(diǎn)而且具有效率〔功率損耗的角度〕高〔70％一85％〕的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)汽車(chē)電子特殊性，在設(shè)計(jì)中采用由DC-DC直流變換器組成的小型開(kāi)關(guān)電源為整個(gè)系統(tǒng)供電。3.1.2電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)對(duì)電源的需求有：CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等需要3.3V電源；其它模塊需要5V電源，同時(shí)各種芯片的最大輸入電流不盡相同，所以要求系統(tǒng)電源必須要有較寬的輸入范圍和較大輸出電流。LM2596電源芯片是降壓型電源管理單片集成電路，最大輸入電壓可達(dá)+40V，最大輸出電流高達(dá)3A；同時(shí)該芯片屬于第二代開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，功耗小、效率高，具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性，輸出電壓的誤差可以保證在±4％的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在±15％的范圍內(nèi)；而且它具有自我保護(hù)電路(一個(gè)兩級(jí)降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過(guò)溫完全保護(hù)電路)?？梢暂敵?.3V、5V、12V的固定電壓和可調(diào)節(jié)的小于32V的各種電壓。該器件只需4個(gè)外接元件，內(nèi)集頻率補(bǔ)償和一個(gè)固定頻率發(fā)生器，所以使用非常簡(jiǎn)便。該器件有固定輸出3.3V和5V的版本，只需4個(gè)根本外接元件就可以使用，即輸入電容〔C〕、電感〔L〕、輸出電容〔C〕及續(xù)流二極管〔D〕，這使LM2596的使用簡(jiǎn)便，電路簡(jiǎn)單。因此，本系統(tǒng)選用LM2596-5.0和LM2596-3.3為電源芯片，將汽車(chē)的直流電源轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)電路正常工作所需要的+5.0V和+3.3V兩種直流電壓。但是由于本系統(tǒng)對(duì)電源的特殊要求，還須設(shè)計(jì)抗干擾電路，LM2596的穩(wěn)壓電源電路如圖3.1所示。本圖為輸出電壓為5V的電路，使用LM2596-5.0芯片，而輸出3.3V的電路與輸出5V的電路相同，只需使用LM2596-3.3芯片，其它元件相同。圖3.1LM2596-5．0的穩(wěn)壓電源電路表3.1LM2596管腳功能引腳符號(hào)功能介紹IN正輸入端GND接地端OUTPUT輸出端FEEDBACK反應(yīng)端ON/OFF這個(gè)管腳可以利用邏輯電平把LM2596切斷記錄儀系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)一定要考慮到環(huán)境因素，預(yù)防干擾并采取相應(yīng)的防范措施[7]。本系統(tǒng)做了一些預(yù)防措施：(1)為了防止在輸入端出現(xiàn)大的瞬態(tài)電壓，在輸入端和地之間要加輸入電容C作為旁路電容，即C1、C2、C3，去除紋波和高頻噪聲；(2)在輸入端接了一個(gè)二極管D1，在輸入端和地之前反接了一個(gè)續(xù)流二極管D2。如果電源極性正確，那么記錄儀能夠正常工作，但如果極性接反，將會(huì)有反向電動(dòng)勢(shì)，續(xù)流二極管D2的接入正好和反向電動(dòng)勢(shì)方向一致，它把反向電動(dòng)勢(shì)以電流的形式中和掉，從而保護(hù)了其他電路元件，保護(hù)了記錄儀的平安；(3)在輸出端接電感器L1，它可以抑制紋波，使LM2596輸出穩(wěn)定的電壓，最好使用磁屏蔽結(jié)構(gòu)的電感器；(4)在輸出端和地之間接一個(gè)續(xù)流二極管D3，續(xù)流二極管D3用來(lái)為電感電流提供通路，但續(xù)流二極管必須是快恢復(fù)的；(5)在輸出端和地之間接輸出電容C，用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出濾波以及提高環(huán)路的穩(wěn)定性，即C6、C7。3.1.3掉電保護(hù)儀表系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)必須保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性與完整性，汽車(chē)由于行駛工況比擬復(fù)雜，可能由于各種不確定因素導(dǎo)致系統(tǒng)斷電，而且斷電時(shí)刻極可能是事故發(fā)生的時(shí)候，記錄此刻數(shù)據(jù)對(duì)事故分析有重要意義[8]。為了解決系統(tǒng)斷電的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用如圖3.2所示的解決方案，系統(tǒng)安裝備用充電電池，當(dāng)車(chē)載電源掉電時(shí)，二極管導(dǎo)通，通過(guò)電池供電，INT連接單片機(jī)的外部中斷輸入INT0，此時(shí)INT輸出腳從高點(diǎn)位變化到低點(diǎn)位，系統(tǒng)檢測(cè)到掉電中斷，保存當(dāng)前數(shù)據(jù)。硬件電路圖如圖3.2:圖3.2掉電保護(hù)電路3.2信號(hào)采集模塊本系統(tǒng)需采集的數(shù)據(jù)較多，大致可以分成三類(lèi)：車(chē)速信號(hào)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)，對(duì)不同種類(lèi)的信號(hào)采用不同的采集方式。3.2.1車(chē)速信號(hào)的采集速度信號(hào)檢測(cè)模塊的原理是：主要應(yīng)用汽車(chē)內(nèi)部自身的傳感器，也就是將現(xiàn)成的信號(hào)提供給記錄儀。汽車(chē)行駛過(guò)程中，輪子每轉(zhuǎn)一周，會(huì)通過(guò)汽車(chē)內(nèi)部的霍爾傳感器送出一對(duì)差分信號(hào)，此差分信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)采集模塊變成滿足要求的計(jì)數(shù)脈沖，此脈沖送到單片機(jī)的T0端口進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，與此同時(shí)單片機(jī)的T1進(jìn)行計(jì)時(shí)開(kāi)始待到定時(shí)器產(chǎn)生中斷請(qǐng)求后，由計(jì)數(shù)器得到的脈沖數(shù)經(jīng)過(guò)速度計(jì)算的公式和里程的計(jì)算后得到汽車(chē)行駛的速度和里程且存儲(chǔ)于單片機(jī)的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。為了防止汽車(chē)周?chē)h(huán)境的干擾，切斷輸入和輸出通道間直接的電信號(hào)聯(lián)系，此處采用了光電隔離電路。車(chē)速脈沖采集模塊電路如圖3.3：圖3.3車(chē)速脈沖采集電路表3.2LM311管腳介紹引腳符號(hào)功能介紹引腳符號(hào)功能介紹GROUND/GND接地BALANCE平衡INPUT+正向輸入端BALANCE/STROBE平衡/選通INPUT-反向輸入端V+電源正OUTPUT輸出端V-電源負(fù)光電耦合器件通過(guò)光信號(hào)的傳遞，使輸入輸出沒(méi)有直接的電信號(hào)聯(lián)系，因而沒(méi)有公共地，也就隔離了干擾的直接傳導(dǎo)。經(jīng)濾波后的車(chē)速脈沖信號(hào)實(shí)際上并不是規(guī)那么的矩形波,使車(chē)速測(cè)量的精度到達(dá)一定要求,本系統(tǒng)選用集成施密特觸發(fā)器LM311來(lái)完成這一功能。施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。利用它不僅可以將邊沿變化緩慢的信號(hào)波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖信號(hào)高、低電平上的噪聲有效地消除。車(chē)速脈沖信號(hào)經(jīng)上圖的電路處理后，由單片機(jī)的T0捕捉此脈沖進(jìn)行采集。另外用定時(shí)器記錄脈沖的輸出間隔，從而計(jì)算出里程、車(chē)速等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用以保存和輸出。3.2.2開(kāi)關(guān)量信號(hào)的采集開(kāi)關(guān)量信號(hào)包括車(chē)門(mén)、左燈、右燈、倒車(chē)燈、遠(yuǎn)光燈、近光燈、剎車(chē)等共八路信號(hào)。開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集模塊電路如圖3.4：圖3.4開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集電路上圖給出的是一路開(kāi)關(guān)信號(hào)的采集電路圖，其它開(kāi)關(guān)量信號(hào)的采集與此相同，這里不一一畫(huà)出[9]。開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離處理后直接輸入到單片機(jī)的PE口。系統(tǒng)每隔0.2秒對(duì)八路開(kāi)關(guān)量信號(hào)和一路脈沖信號(hào)采集一次，處理器只要將PE口的狀態(tài)直接讀入就可以了。單片機(jī)模塊3.3.1單片機(jī)選型圖3.5STM32F103管腳圖STM32F103是中等容量增強(qiáng)型，32位基于ARM核心的帶64或128K字節(jié)閃存的微控制器USB、CAN、7個(gè)定時(shí)器、2個(gè)ADC、9個(gè)通信接口。功能：內(nèi)核：ARM32位的CPU；最高72MHz工作頻率，在存儲(chǔ)器的0等待周期訪問(wèn)時(shí)可達(dá)1.25DMips/MHZ。存儲(chǔ)器：從64K或128K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器；高達(dá)20K字節(jié)的SRAM。時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：2.0～3.6伏供電和I/O引腳；上電/斷電復(fù)位(POR/PDR)、可編程電壓監(jiān)測(cè)器(PVD)；4～16MHz晶體振蕩器；內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的8MHz的RC振蕩器；內(nèi)嵌帶校準(zhǔn)的40kHz的RC振蕩器；產(chǎn)生CPU時(shí)鐘的PLL；帶校準(zhǔn)功能的32kHzRTC振蕩器。低功耗：睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式；VBAT為RTC和后備存放器供電。多達(dá)80個(gè)快速I(mǎi)/O端口：26/37/51/80個(gè)I/O口，所有I/O口可以映像到16個(gè)外部中斷；幾乎所有端口均可容忍5V信號(hào)。調(diào)試模式：串行單線調(diào)試(SWD)和JTAG接口。多達(dá)7個(gè)定時(shí)器：3個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比擬/PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入；1個(gè)16位帶死區(qū)控制和緊急剎車(chē)，用于電機(jī)控制的PWM高級(jí)控制定時(shí)器；2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器(獨(dú)立的和窗口型的)；系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器：24位自減型計(jì)數(shù)器。多達(dá)9個(gè)通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C接口；多達(dá)3個(gè)USART接口；多達(dá)2個(gè)SPI接口(18M位/秒)；CAN接口；USB2.0全速接口。3.3.2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏，CPU就是通過(guò)復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能的。單片機(jī)的外部晶振電路如圖3.6：圖3.6外部晶振連接圖3.3.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的重新初始化操作。單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，因此復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式，但單片機(jī)本身不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的上電自動(dòng)復(fù)位電路如圖3.7：圖3.7上電自動(dòng)復(fù)位電路鍵盤(pán)模塊汽車(chē)行駛記錄儀現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求操作按鍵設(shè)置應(yīng)能滿足使用要求，并且應(yīng)在對(duì)應(yīng)的位置標(biāo)出各按鍵名稱。3.4.1設(shè)計(jì)方案的選擇鍵盤(pán)分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)。編碼鍵盤(pán)有檢測(cè)鍵閉合、去抖動(dòng)及產(chǎn)生相應(yīng)鍵編碼的硬件電路和一個(gè)選通脈沖。選通脈沖可作為CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)，以通知CPU以中斷方式接收所按鍵的編碼。此種鍵盤(pán)使用方便，但硬件開(kāi)銷(xiāo)大、電路復(fù)雜、本錢(qián)高，常不被單片機(jī)系統(tǒng)所采用，而是用非編碼鍵盤(pán)代替。非編碼鍵盤(pán)用一些按鍵排成行列矩陣，按鍵的作用只是使相應(yīng)點(diǎn)接通或斷開(kāi)，在相應(yīng)程序配合下產(chǎn)生被按鍵的編碼。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是按鍵較少，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且相應(yīng)的鍵掃描軟件實(shí)現(xiàn)也比擬簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)考慮到儀表系統(tǒng)的簡(jiǎn)單與美觀，在滿足功能的根底上沿用大局部記錄儀的四鍵設(shè)計(jì)方式，即上鍵、下鍵、取消鍵、確定鍵。3.4.2電路設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的鍵盤(pán)解決方案電路連接比擬復(fù)雜，不管是獨(dú)立式鍵盤(pán)還是矩陣式鍵盤(pán)，都會(huì)浪費(fèi)微控制器的端口資源，要占用多根I／O端口線，這嚴(yán)重浪費(fèi)系統(tǒng)的端口資源。而且都需要人為進(jìn)行去抖動(dòng)處理，且抗干擾性差。ZLG7290可完全克服上述弊端。它采用I2C總線接口，與微控制器的連接僅需兩根信號(hào)線，硬件電路比擬簡(jiǎn)單[10]。而且可以驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED、64只獨(dú)立按鍵，并可提供自動(dòng)消除抖動(dòng)、連擊鍵計(jì)數(shù)等功能。ZLG7290B的電路簡(jiǎn)單，使用也很方便。用戶按下某個(gè)鍵時(shí)，ZLG7290的INT引腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平的中斷請(qǐng)求信號(hào)，讀取鍵值后，中斷信號(hào)就會(huì)自動(dòng)撤銷(xiāo)。正常情況下，微控制器只需要判斷INT引腳就可以得到鍵盤(pán)輸入的信息。按鍵實(shí)現(xiàn)的方式是通過(guò)12C總線與ZLG7920鏈接實(shí)現(xiàn)信息通信。ZLG7290是12C接口鍵盤(pán)及LED驅(qū)動(dòng)器，方便鍵盤(pán)中斷信號(hào)與處理器接口相連，按鍵或者傳感器檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)去抖動(dòng)處理、雙鍵互鎖處理、連擊鍵處理、功能鍵處理，簡(jiǎn)化輔助電路的設(shè)計(jì)、方便功能擴(kuò)展。硬件電路圖如下：圖3.8鍵盤(pán)模塊接口電路設(shè)計(jì)表3.3ZLG7290引腳功能介紹引腳符號(hào)功能介紹引腳符號(hào)功能介紹Dig0-Dig7LED顯示位驅(qū)動(dòng)及鍵盤(pán)掃描線/RES復(fù)位輸入端，低電平有效SegA-SegHLED顯示段驅(qū)動(dòng)及鍵盤(pán)掃描線OSC1連接晶體以產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘SDAI2C總線接口數(shù)據(jù)/地址線0SC2連接晶體以產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘SCLI2C總線接口始終線VCC電源正〔3.3-5.5V〕/INT中斷輸出端，低電平有效GND電源地3.5存儲(chǔ)器模塊根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，汽車(chē)行駛記錄儀中的數(shù)據(jù)應(yīng)該包括2個(gè)局部：汽車(chē)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(存放汽車(chē)發(fā)生事故前后的20S時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù))；汽車(chē)歷史數(shù)據(jù)(存放360h內(nèi)汽車(chē)和司機(jī)的行駛狀況)。3.5.1存儲(chǔ)需求分析國(guó)標(biāo)要求記錄儀具備車(chē)輛行駛速度的測(cè)量、記錄、存儲(chǔ)功能。車(chē)輛行駛速度數(shù)據(jù)主要由事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)和行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)兩局部組成。(1)事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求國(guó)標(biāo)要求記錄儀應(yīng)能以不大于0．2s的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)停車(chē)前20秒實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車(chē)輛行駛速度及車(chē)輛制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)、記錄次數(shù)至少為10次。速度記錄單位為km/h，測(cè)量范圍為0km/h～220km/h，測(cè)量分辨率等于或優(yōu)于lkm/h。需要存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至少應(yīng)該包含以下信息:駕駛員代碼，單獨(dú)存儲(chǔ)，十六進(jìn)制，占用3個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間。時(shí)間(年、月、日、時(shí)、分、秒)，8421BCD碼，占用6個(gè)字節(jié)。速度，十六進(jìn)制，占用1個(gè)字節(jié)。車(chē)輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，十六進(jìn)制，占用1個(gè)字節(jié)?？紤]到時(shí)間僅能精確到秒，所以時(shí)間不需要每200ms記錄一次，每5次(1秒)記錄一次時(shí)間[11]。由此得出事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的邏輯格式如表3．4所示。表3.4疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的格式序號(hào)123合計(jì)工程名稱時(shí)間速度車(chē)輛狀態(tài)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度〔字節(jié)〕61×51×516根據(jù)疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的邏輯格式，可以計(jì)算出每秒事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)占用16個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)空間。20秒實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)所需要的數(shù)據(jù)空間：20×16=320(字節(jié))(2)行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求國(guó)標(biāo)規(guī)定無(wú)論車(chē)輛在行駛狀態(tài)還是停駛狀態(tài)，記錄儀均應(yīng)能提供實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車(chē)輛行駛速度信息。記錄儀應(yīng)能以不大于1分鐘的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)車(chē)輛在最近360小時(shí)內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)為車(chē)輛在行駛過(guò)程中與實(shí)時(shí)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的每分鐘間隔內(nèi)的平均行駛速度。速度的單位為km/h，測(cè)量范圍為：0km/h-220km/h，分辨率等于或優(yōu)于lkm/h。需要存儲(chǔ)的行駛數(shù)據(jù)包含以下幾組信息：駕駛員代碼，單獨(dú)存儲(chǔ)，十六進(jìn)制，3字節(jié)。時(shí)間(年、月、日、時(shí)、分)，8421BCD碼，5字節(jié)；速度，十六進(jìn)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(shù)據(jù)為9字節(jié)。本記錄儀中，總共存儲(chǔ)最近360小時(shí)內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此需要的存儲(chǔ)空間為：360×60×9=194400(字節(jié))=189．84375k(字節(jié))。另外，還要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的索引、車(chē)輛特征系數(shù)(十六進(jìn)制，3字節(jié))、車(chē)輛識(shí)別代號(hào)VIN(ASII碼，17字節(jié))、車(chē)牌號(hào)碼(ASII碼，12字節(jié))、車(chē)牌分類(lèi)(ASII碼，12字節(jié))、駕駛員代碼(十六進(jìn)制，3字節(jié))、機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛證號(hào)碼(ASII碼字符，18字節(jié))、記錄儀主機(jī)可識(shí)別的唯一性編號(hào)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(shí)間8421BCD碼，5字節(jié))、每一次上載的日期和時(shí)間(8421BCD碼，5字節(jié))、每一次車(chē)輛特征系數(shù)的設(shè)定時(shí)間(8421BCD碼，5字節(jié))等信息。預(yù)計(jì)總的數(shù)據(jù)量將會(huì)有200k字節(jié)。3.5.2存儲(chǔ)方案選擇為方便表達(dá)，事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)、行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)分別采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)術(shù)語(yǔ)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存放汽車(chē)發(fā)生事故前后的數(shù)據(jù)，主要用于分析事故發(fā)生的原因和事故的責(zé)任；歷史數(shù)據(jù)存放汽車(chē)和司機(jī)的行駛狀況，作為事故分析的參考依據(jù)和對(duì)汽車(chē)、司機(jī)的運(yùn)行狀況考核[12]。本記錄儀需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量較大，記錄儀對(duì)存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高。本文設(shè)計(jì)的記錄儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在鐵電存儲(chǔ)器中，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)閃存中。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)暫存起來(lái)，滿一頁(yè)時(shí)，再將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，存滿360h數(shù)據(jù)，然后將其重新覆蓋。(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄儀不僅要有較大的存儲(chǔ)空間，并且要求能夠有較快的存取速度，掉電情況下能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行保存。為了保證所有采集的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)的存儲(chǔ)，僅使用Flash存儲(chǔ)器是不行的，因?yàn)樗牟翆?xiě)速度比擬慢，不能按字節(jié)進(jìn)行擦寫(xiě)操作。在記錄儀掉電或單片機(jī)任務(wù)繁忙的情況下，會(huì)造成車(chē)輛行駛信息不能及時(shí)的存儲(chǔ)。因此，需要擴(kuò)展一個(gè)快速的RAM器件作為數(shù)據(jù)緩存。單片機(jī)可以將采集的數(shù)據(jù)及時(shí)保存在緩存中，在空閑周期內(nèi)，將成頁(yè)或成塊的車(chē)輛行駛數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到Flash存儲(chǔ)器中，充分保證記錄儀的可靠性。目前可滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案的非易失性RAM主要有普通靜態(tài)RAM加電池供電、內(nèi)部帶鋰電的非易失性RAM和新型的非易失性FRAM鐵電存儲(chǔ)器三種實(shí)現(xiàn)方式。第一種方案要考慮電池充放電電路、同時(shí)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(fù)雜度增大、可靠性降低；第二種方案RAM價(jià)格昂貴，1K字節(jié)需要15元左右；第三種方案FRAM兼具RAM的快速寫(xiě)入特性和ROM的非易失性，沒(méi)有電池產(chǎn)生的不良因素[13]。鑒于上述要求，本系統(tǒng)選用非易失性串行外圍接口FRAM鐵電存儲(chǔ)器FM25L256，它具有以下顯著特點(diǎn)：·工作頻率最高可達(dá)25MHz，存儲(chǔ)空間為32K×8bit；·無(wú)限次的讀寫(xiě)次數(shù)；·快速SPI串行協(xié)議，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)無(wú)延時(shí)；·掉電保護(hù)，且掉電數(shù)據(jù)可保持45年；·先進(jìn)的高可靠性鐵電制造工藝，體積小、抗干擾性強(qiáng)；·完善的軟、硬件雙重寫(xiě)保護(hù)；(2)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇主要滿足存儲(chǔ)空間較大、存放數(shù)據(jù)平安、保存時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)即可。嵌入式系統(tǒng)一般不使用硬盤(pán)或者軟盤(pán)作為存儲(chǔ)設(shè)備，大局部嵌入式系統(tǒng)使用FLASH存儲(chǔ)器來(lái)存放數(shù)據(jù)和代碼。對(duì)于大容量的非易失性存儲(chǔ)器，通常采用EEPROM或Flash型存儲(chǔ)器，它們不僅可以在掉電的情況下不會(huì)喪失所保存的數(shù)據(jù)，并且可改寫(xiě)的次數(shù)也很大，價(jià)格低廉，其中Flash型器件的擦寫(xiě)速度更快，可擦寫(xiě)次數(shù)也比EEPROM高。因此本記錄儀中用Flash型存儲(chǔ)器。Flash存儲(chǔ)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(guò)多的單片機(jī)I/O引腳，本文設(shè)計(jì)的記錄儀I/O資源緊張；12C接口的Flash只需要兩個(gè)I/O引腳就可以實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)但是其訪問(wèn)速度比擬慢(400Kbps)；SPI總線接口的Flash，需要4個(gè)I/O引腳，其訪問(wèn)的速度可達(dá)20Mbps。綜上所述，F(xiàn)M25L256很適合應(yīng)用在汽車(chē)行駛記錄儀這種要求快速頻繁寫(xiě)操作的非易失性應(yīng)用場(chǎng)合；SPI接口的閃存AT45DB081B適合本記錄儀的應(yīng)用[14]。采用鐵電存儲(chǔ)器與SPI接口的閃存兼顧按字節(jié)快速寫(xiě)入速度、較大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及掉電不喪失數(shù)據(jù)的需求。3.5.3存儲(chǔ)器選型(1)鐵電存儲(chǔ)器FM25L256通過(guò)SPI接口與主控芯片通信，在SCK的上升沿接收數(shù)據(jù)，在SCK的下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)。將FM25L256的WP腳接高電平、狀態(tài)存放器設(shè)置為O×O，不采用硬件寫(xiě)保護(hù)，這樣就可以對(duì)所有存儲(chǔ)空間進(jìn)行寫(xiě)操作。而且對(duì)FM25L256進(jìn)行操作之前，必須向其傳遞一個(gè)操作代碼，以指示FM25L256現(xiàn)在進(jìn)行的是什么操作。汽車(chē)行駛記錄儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的電路連接如圖3.9所示。圖3.9實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路表3.5FM25L256引腳功能介紹引腳符號(hào)功能介紹引腳符號(hào)功能介紹/CS芯片選擇輸入端SI串行輸入端SCK串行時(shí)鐘輸入端SO串行輸出端/HOLD保持輸入端VDD電源〔2.7V-3.6V〕/WP寫(xiě)保護(hù)輸入端VSS接地端(2)閃速存儲(chǔ)器AT45DB08lB是ATMEL公司推出的一款基于Flash技術(shù)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，采用2．7V-3.6V供電，管腳(SI、SCK、/CS、/RESET、/WP)支持5V輸入，允許直接5VTTL或COMS電平信號(hào)相聯(lián)接，并且與之兼容；AT45DB081B的最大時(shí)鐘頻率可達(dá)20MHz；在系統(tǒng)編程比擬簡(jiǎn)單，不需要高電壓。AT45DB081B的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分為主存儲(chǔ)區(qū)、兩個(gè)緩存區(qū)及一個(gè)狀態(tài)存放器。主存儲(chǔ)區(qū)容量為8,650，752位，被分成10段、512塊和4096頁(yè)三個(gè)等級(jí)，每頁(yè)264字節(jié)。AT45DB081B有段、塊和頁(yè)三種操作方式，相關(guān)操作包括讀操作指令、編程擦出指令兩局部。編程操作是基于頁(yè)的，可實(shí)現(xiàn)對(duì)字節(jié)的讀操作，不支持單字節(jié)的寫(xiě)操作：支持頁(yè)寫(xiě)、頁(yè)擦除操作，擦除操作那么可以按塊或頁(yè)進(jìn)行。由于MC9S12D64內(nèi)嵌1個(gè)SPI模塊，所以AT45DB081B的硬件電路容易實(shí)現(xiàn)，只需將二者對(duì)應(yīng)管腳相連即可。WP為寫(xiě)保護(hù)引腳，如果將其置低，那么AT45DB081B中存儲(chǔ)器的前256頁(yè)被寫(xiě)保護(hù)。如果要對(duì)其執(zhí)行寫(xiě)操作，必須使WP為高。WP引腳在芯片內(nèi)部拉高，如果不使用寫(xiě)保護(hù)功能該引腳可以懸空。為了提高AT45DB081B的可靠性，/WP端接電源，允許寫(xiě)。當(dāng)AT45DB081B的CS由高變低時(shí)，芯片啟動(dòng)一次操作，而當(dāng)CS由低變高時(shí)，終止操作。這時(shí)SI上的任何數(shù)據(jù)都被忽略，SO處于高阻態(tài)[15]。AT45DB081B的接口電路如圖3.10所示。圖3.10歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路表3.6AT45DB081B引腳介紹引腳符號(hào)功能介紹引腳符號(hào)功能介紹/CS片選端/WP寫(xiě)保護(hù)輸入端SI串行輸入端/RES復(fù)位端SO串行輸出端/RDY/BUSY就緒/忙SCK串行時(shí)鐘輸入端VCC電源GND接地3.6駕駛員身份識(shí)別國(guó)標(biāo)規(guī)定記錄儀應(yīng)能實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)藛T身份記錄功能，應(yīng)能記錄駕駛員代碼和公安交通管理部門(mén)核發(fā)的機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛證證號(hào)。lC卡是汽車(chē)行駛記錄儀的重要組成局部，主要用于駕駛員身份識(shí)別和存儲(chǔ)汽車(chē)的根本數(shù)據(jù)，例如放駕駛員代碼和駕駛證號(hào)碼[16]。駕駛員在開(kāi)車(chē)之前插入IC卡，直到離開(kāi)時(shí)將IC卡拔出，在此期間存儲(chǔ)的駕駛記錄均由該駕駛員產(chǎn)生。3.6.1設(shè)計(jì)方案的選擇目前汽車(chē)行駛記錄儀采用的駕駛員身份識(shí)別方式主要有：直接輸入識(shí)別、非接觸式IC卡識(shí)別以及接觸式IC卡識(shí)別。方案一：直接輸入式識(shí)別。顧名思義就是直接通過(guò)按鍵，輸入駕駛員的信息資料來(lái)確認(rèn)身份。最常見(jiàn)的是輸入與駕駛證號(hào)碼唯一對(duì)應(yīng)的駕駛員代碼和密碼，從而實(shí)現(xiàn)駕駛員身份的識(shí)別。直接輸入識(shí)別方式開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，可靠性較高，但也存在著占用CPU引腳多，增大記錄儀體積等缺點(diǎn)。方案二：非接觸式IC卡識(shí)別。其讀寫(xiě)過(guò)程通常由非接觸式IC片和讀寫(xiě)設(shè)備間的無(wú)線電波來(lái)完成。非接觸式IC卡識(shí)別方式操作過(guò)程簡(jiǎn)單，但是抗干擾能力相對(duì)較弱，且本錢(qián)較高。方案三：接觸式IC卡識(shí)別。CPU一旦探測(cè)到有IC卡插入那么通過(guò)卡的I/O口讀取數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行程序的判斷處理。當(dāng)確定為合法的IC駕駛員卡后，再按照協(xié)議讀取駕駛員信息。接觸式IC卡存儲(chǔ)量大，讀寫(xiě)機(jī)構(gòu)造價(jià)廉價(jià)，維護(hù)方便[17]。綜合考慮，此設(shè)計(jì)采用方案三IC卡的方式作為記錄儀主機(jī)的駕駛員身份識(shí)別方案。IC卡(IntegratedCircuitcard)又叫智能卡(smartcard)。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域IC卡可分為金融IC卡和非金融IC卡；從IC卡的讀／寫(xiě)方法上來(lái)分類(lèi)有接觸型和非接觸型兩種；根據(jù)IC卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為存儲(chǔ)卡(memorycard)、邏輯加密IC卡和CPU卡3種。為了保證駕駛員的信息不被隨意更改，選用西門(mén)子公司生產(chǎn)的接觸式邏輯加密卡SLE4442.3.6.2電路設(shè)計(jì)SLE4442提供最小10萬(wàn)次的擦寫(xiě)次數(shù)，數(shù)據(jù)保存10年，具備12C總線接口。SLE4442存儲(chǔ)器主要由256字節(jié)E2pROM型主存儲(chǔ)器、32位PROM型保護(hù)存儲(chǔ)器和4字節(jié)E2PROM型加密存儲(chǔ)器組成。SLE4442卡讀卡器電路如圖3.11所示：3.11IC卡接口電路表3.7SLE4442引腳功能介紹引腳符號(hào)功能介紹引腳符號(hào)功能介紹VCC工作電壓GND地線RST復(fù)位信號(hào)SCL串行時(shí)鐘輸入SDA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出SW2/SW1卡插入測(cè)試端單片機(jī)內(nèi)嵌一個(gè)12C模塊，硬件實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，只需把SLE4442的兩線(SCL和SDA)和單片機(jī)對(duì)應(yīng)的引腳相連即可，由于SCL和SDA是開(kāi)漏輸出，所以要加上拉電阻。RST引腳與單片機(jī)l/O腳相連。接觸推拔式IC卡卡座有常開(kāi)、常閉兩種類(lèi)型，本文采用常開(kāi)卡座。IC卡插入方向?yàn)镮C卡觸點(diǎn)面向上，并且觸點(diǎn)端朝前。ICSW腳與單片機(jī)I/O引腳相連，有IC卡插入時(shí)，ICSW為高電平；反之，無(wú)IC卡插入。3.7車(chē)載主機(jī)和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸方式國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定汽車(chē)行駛記錄儀應(yīng)同時(shí)配置以下兩種標(biāo)準(zhǔn)接口：USB(通用串行總線)標(biāo)準(zhǔn)接口，建議采用主結(jié)構(gòu)式USB接口；標(biāo)準(zhǔn)RS232CD型9針接口。在具備上述通信接口的根底上，可以同時(shí)使用其它通信方式。USB技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及USB接口在此設(shè)計(jì)中的應(yīng)用通用串行總線USB技術(shù)具備很多優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備自動(dòng)被系統(tǒng)識(shí)別，自動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)程序，系統(tǒng)自行進(jìn)行配置；USB支持熱插拔和即插即用；占用的系統(tǒng)資源少，無(wú)總線競(jìng)爭(zhēng)；速度快：USBl．1支持1．5Mbps和12Mbps兩種傳輸速率，而USB2．0可達(dá)480Mbps，比串口快了整整4000倍，比并口也快了400多倍；USB端口支持多個(gè)不同設(shè)備的串聯(lián)，一個(gè)USB口理論上可連接127個(gè)USB設(shè)備；USB事務(wù)處理包括錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制，用以確保數(shù)據(jù)無(wú)錯(cuò)誤的發(fā)送；設(shè)備能夠直接由USB總線進(jìn)行供電；支持四種傳輸方式：控制傳輸、中斷傳輸、塊傳輸和同步傳輸[18]。在此設(shè)計(jì)中USB接口實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)通過(guò)USB2.0接口與主機(jī)交互數(shù)據(jù)的功能，具體如下：〔1〕駕駛員身份碼設(shè)置，公司管理人員用計(jì)算機(jī)通過(guò)專(zhuān)用軟件，進(jìn)行駕駛員信息數(shù)據(jù)設(shè)置，再輸入移動(dòng)優(yōu)盤(pán)，駕駛?cè)藛T在開(kāi)車(chē)時(shí)將已儲(chǔ)存駕駛員信息的移動(dòng)優(yōu)盤(pán)，插入U(xiǎn)SB接口，優(yōu)盤(pán)能由記錄儀自動(dòng)讀取、分辨駕駛員身份碼?！?〕對(duì)記錄儀進(jìn)行初始設(shè)置，在汽車(chē)行駛記錄儀采集設(shè)置軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置，保存至移動(dòng)優(yōu)盤(pán)，通過(guò)權(quán)限命令，記錄儀自動(dòng)執(zhí)行初始化設(shè)置?！?〕實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)移，行車(chē)后，通過(guò)權(quán)限命令可用移動(dòng)優(yōu)盤(pán)采集數(shù)據(jù)，導(dǎo)入桌面管理系統(tǒng)，進(jìn)行分析修正。其數(shù)據(jù)采集過(guò)程如下：將汽車(chē)行駛記錄儀上位機(jī)目錄中的相關(guān)管理命令復(fù)制到空白優(yōu)盤(pán)中，記錄儀將會(huì)自動(dòng)執(zhí)行采集數(shù)據(jù)的命令，把行駛數(shù)據(jù)輸入優(yōu)盤(pán)。3.7.2USB接口的硬件電路設(shè)計(jì)STM32F103芯片內(nèi)部集成了USB外設(shè)，大大減輕了USB電路的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，只需設(shè)計(jì)USB接口電路，就可以實(shí)現(xiàn)基于STM32F103芯片的電路板的USB通信設(shè)計(jì)。USB接口電路很簡(jiǎn)單，只需要連接好USB接口的4根線就根本可以了。如圖3.12所示，左邊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB接頭。USB-和USB+兩根信號(hào)線連接到STM32F103芯片的DPLUS和DMINUS引腳。圖3.12USB接口電路在圖3.12中，2、3端點(diǎn)對(duì)應(yīng)與B型口的兩個(gè)差分?jǐn)?shù)據(jù)引腳，1和4端點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)B型口的電源和接地引腳。由于B型口直接與USB電纜連接，由上面分析可得出USB電纜組成情況，具體連接定義可見(jiàn)表3.8。表3.8USB電纜連接定義連接序號(hào)信號(hào)名稱典型連接線1VBUS〔電源正〕紅2USB-(負(fù)差分信號(hào)〕白3USB+(正差分信號(hào))綠4GND〔電源地〕黑外層屏蔽層－如表3.8所示，USB電纜也包含了兩根電源線VBUS和GND，其電壓標(biāo)稱值為+5V，但實(shí)際上這個(gè)電壓可能會(huì)偏高或偏低一些。對(duì)于高功率集線器端口，該電壓范圍是4．75V～5．25V，而對(duì)于低功率集線器端口，該電壓范圍是4．4V～5．25V。另外，由于電纜和其他損失，USB設(shè)備最后得到的電壓可能會(huì)更低一些[20]。3.7.3RS232接口記錄儀通過(guò)RS232C接口和上位機(jī)串行通信，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換。通信接口使用標(biāo)準(zhǔn)RS232C9針接口，通信過(guò)程符合RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)中的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3V-+15之間的任意電平為邏輯“0〞電平，-3V～-15V之間的任意電平為邏輯“1"電平，與一般微處理器、單片機(jī)的TTL或CMOS邏輯電平是不一致的。在實(shí)際使用中，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平匹配。MAX232是一種把電腦的串行口RS232信號(hào)電平〔-10，+10〕轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)點(diǎn)平〔0，+5〕的芯片。MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源、雙RS232發(fā)送／接收器。MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-232C輸出電平所需的+-10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。電腦通過(guò)串口RS232和單片機(jī)RXD和TXD相連，即可將用戶程序下載到單片機(jī)。異步串口通信電路如圖3.13所示[21]。引腳介紹：C1+,C1-,C2+,C2-,V+,V-等引腳各和一個(gè)電容組合，功能是產(chǎn)生+12V和-12V兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要；R1IN,R1OUT,T1IN,TIOUT為第一數(shù)據(jù)通道；R2IN,R2OUT,T2IN,T2OUT為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN,T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT,T2OUT送到電腦，電腦的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN,R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT,R2OUT輸出。圖3.13RS232接口電路3.8顯示模塊顯示模塊的主要功能是同鍵盤(pán)相配合，起到幫助使用者更直觀、簡(jiǎn)便地操作記錄儀主機(jī)系統(tǒng)的作用。顯示電路結(jié)合鍵盤(pán)電路，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、下載、顯示狀態(tài)等功能。3.8.1設(shè)計(jì)方案的選擇在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱LED；液晶顯示器簡(jiǎn)稱LCD；熒光管顯示器。嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中LED、LCD的顯示技術(shù)都比擬成熟，本系統(tǒng)顯示的信息量大、數(shù)據(jù)多、界面較復(fù)雜，采用LCD的顯示方案。液晶顯示器有數(shù)碼液晶顯示器、字符液晶顯示器、圖形液晶顯示器和專(zhuān)業(yè)液晶顯示器〔如、PDA等〕。本系統(tǒng)要求能夠進(jìn)行字符、數(shù)字和漢字的顯示，因此本文選用了可以顯示圖形和漢字的圖形液晶顯示器。顯示器主要是為人機(jī)交互提供即時(shí)的信息，能讓人們與機(jī)器進(jìn)行很好的交流。在眾多種類(lèi)的顯示器中，越來(lái)越多的儀器儀表及人機(jī)交互界面采用液晶顯示器[22]。LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD。其中段位式和字符式只能用于數(shù)字和字符的簡(jiǎn)單的顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求：而點(diǎn)陣式不僅能夠顯示字符和數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，可以實(shí)現(xiàn)屏幕的上下左右滾動(dòng)等功能。3.8.2電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選用了臺(tái)灣矽創(chuàng)電子公司生產(chǎn)的中文圖形液晶控制器ST7920(128*64)，它與驅(qū)動(dòng)器ST7921組成的模塊最多可驅(qū)動(dòng)256×32點(diǎn)陣液晶，主要用于顯示漢字及圖形，并內(nèi)置了2MB的中文字型ROM(提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣的中文字型)和16KB半寬字型ROM(提供126個(gè)16×8點(diǎn)陣的西文字型)。此外，為了適應(yīng)多種微處理器與單片機(jī)接口需求，該模塊還可提供4位并行、8位并行、2線串行以及3線串行等多種接口。利用上述特性可以方便地實(shí)現(xiàn)文字與圖形混合顯示、畫(huà)面去除、顯示開(kāi)／關(guān)、顯示字體閃爍等很多功能。表3.9ST7920的引腳及功能介紹引腳符號(hào)功能介紹引腳符號(hào)功能介紹VDD(VCC)電源輸入5VLED(+)背光電壓正VSS〔GND〕電源地LED〔-〕背光電壓負(fù)PSB并行/串行選擇，H為并口，L為串口RS(CS)存放器選擇，H數(shù)據(jù)L指令〔串行片選信號(hào)端〕RST復(fù)位信號(hào)V0LCD驅(qū)動(dòng)電壓R/W(SID)讀/寫(xiě)選擇端〔串行數(shù)據(jù)輸入端〕，H讀L寫(xiě)E〔CLK〕使能信號(hào)〔串行時(shí)鐘輸入端〕DB0-DB7顯示數(shù)據(jù)ST7920是臺(tái)灣矽創(chuàng)電子公司生產(chǎn)的中文圖形液晶控制器，它是一種內(nèi)置128x64漢字圖形點(diǎn)陣的液晶顯示模塊，用于顯示漢字及圖形。該芯片共內(nèi)置8192個(gè)漢字(16x16點(diǎn)陣)，128個(gè)字符ASCII字符庫(kù)(8x16點(diǎn)陣)及64x256點(diǎn)陣顯示RAM(GDRAM)[23]?？勺鳛榭刂破骱万?qū)動(dòng)器提供32路com輸出和64路seg輸出。ST7920的接口連接的方式非常靈活，分為并行和串行兩種方法。使用并行接口電路復(fù)雜，但編程簡(jiǎn)單，訪問(wèn)速度也快，而使用串行接口電路簡(jiǎn)單，但編程復(fù)雜。由于本系統(tǒng)使用的顯示數(shù)據(jù)量不大，并且要盡量簡(jiǎn)化電路，因此采用串行接口電路，注意電源和幾條控制線均要加5V上拉，否那么漢字可能不能正常顯示。如圖3.14所示：圖3.14顯示模塊電路設(shè)計(jì)3.9時(shí)鐘模塊由于系統(tǒng)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和記錄都與時(shí)間密切相關(guān)，對(duì)時(shí)鐘的實(shí)時(shí)性要求很高，同時(shí)記錄儀本身存在著斷電的危險(xiǎn)，為了準(zhǔn)確記錄車(chē)輛行駛狀態(tài)，并對(duì)異常情況進(jìn)行記錄，因此選擇實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片來(lái)提供日期和時(shí)間[24]。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片是一種不僅能支持每天時(shí)間〔時(shí)、分、秒〕的更新，而且能夠進(jìn)行日期〔世紀(jì)、年、月、日〕更新的永久時(shí)鐘電路。時(shí)鐘芯片可以提供北京時(shí)間。通過(guò)它可以獲得汽車(chē)在每一個(gè)車(chē)速下所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。它和顯示模塊配合實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。3.9.1設(shè)計(jì)方案的選擇近年來(lái)應(yīng)用較多的日歷時(shí)鐘芯片有美國(guó)DALLAS公司研制的DSl2887和DSl302芯片以及PHILIPS公司生產(chǎn)的I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563。其中DSl2887是CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片，可通過(guò)并行接口方便地與微處理器相連，該芯片可產(chǎn)生秒、分、時(shí)、星期、日、月、年這七個(gè)日歷時(shí)鐘以及秒、分、時(shí)三個(gè)警報(bào)時(shí)鐘。DSl302是串行，涓流充電時(shí)鐘芯片，使用簡(jiǎn)單，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口I/O與微處理器通信，還可以通過(guò)其備份電源充電[25]。PCF8563是低功耗的CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片，它提供一個(gè)可編程時(shí)鐘輸出，一個(gè)中斷輸出和掉電檢測(cè)器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線接口串行傳遞。3.9.2電路的設(shè)計(jì)本文采用DALLAS公司的DSl302芯片，DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線:1.RST復(fù)位，2.I/O數(shù)據(jù)線，3.SCLK串行時(shí)鐘。時(shí)鐘/RAM的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1MW。DS1302是由DS1202改良而來(lái)，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供給VCC1，為可編程涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。它性能高、功耗低，時(shí)鐘校準(zhǔn)也較為容易，通過(guò)3V鋰電池和車(chē)內(nèi)蓄電池兩種方式供電，這樣可以保證當(dāng)蓄電池在出現(xiàn)故障的情況下，該時(shí)鐘芯片仍然能夠正常工作，從而使記錄儀的數(shù)據(jù)同樣準(zhǔn)確、可靠[26]。其內(nèi)部自帶3l字節(jié)的靜態(tài)RAM，存儲(chǔ)容量滿足實(shí)用的需要。數(shù)據(jù)在CLK的上升沿串行輸入，在進(jìn)行單字節(jié)或多字節(jié)傳送時(shí)，開(kāi)始的第一個(gè)字節(jié)為命令字節(jié)，用于指定31個(gè)字節(jié)中哪個(gè)將被訪問(wèn)。當(dāng)進(jìn)行任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)，其最高有效位MSB(位7)必須為邏輯l，如果它是零，那么禁止寫(xiě)DSl302。其時(shí)鐘電路如圖3.15，VCC1與3V鋰電池相連，VCC2與主電源相連，5,6，7引腳分別接主控制器的時(shí)鐘端，數(shù)據(jù)端和復(fù)位端，通過(guò)主控制器對(duì)時(shí)鐘模塊進(jìn)行統(tǒng)一管理。電路圖如圖3.15：圖3.15時(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)DS1302的引腳排列：VCC1為后備電源；VCC2為主電源〔在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行，DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電，當(dāng)VCC2大于VCC1＋0.2V時(shí)，VCC2給DS1302供電；當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電〕；X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振；RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送〔RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位存放器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，那么會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在VCC≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平〕；I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)；SCLK為串行時(shí)鐘輸入端，控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出；GND是接地端。3.10熱敏打印單元國(guó)標(biāo)要求：記錄儀至少應(yīng)能打印輸出車(chē)牌號(hào)碼、車(chē)牌分類(lèi)、駕駛員代碼、駕駛證號(hào)碼、打印實(shí)時(shí)時(shí)間、停車(chē)時(shí)刻前15min內(nèi)每分鐘的平均車(chē)速、疲勞駕駛記錄。3.10.1設(shè)計(jì)方案的選擇微型打印機(jī)具有響應(yīng)快、功耗低、價(jià)格低和體積小攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠在打印數(shù)據(jù)量不大的情況下滿足打印需求[27]。微型打印機(jī)按數(shù)據(jù)傳輸方式，可分為無(wú)線微型打印機(jī)和有線微型打印機(jī)，前者利用紅外或藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，不僅需要特殊的硬件支持，而且價(jià)格昂貴；后者通過(guò)串行或并行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，由于串口打印機(jī)存在速度慢、不能反映當(dāng)前打印機(jī)狀態(tài)等缺點(diǎn)，因此采用具有多線控制精確、數(shù)據(jù)傳輸快和高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)的并口微型打印機(jī)。3.10.2接口電路的設(shè)計(jì)微型打印機(jī)控制接口電路如圖3.16所示，包括8位并行數(shù)據(jù)口〔D0-D7〕。由系統(tǒng)地址譯碼信號(hào)CS和系統(tǒng)寫(xiě)信號(hào)WR經(jīng)過(guò)邏輯與之后提供數(shù)據(jù)鎖存控制信號(hào)〔/STB〕。打印機(jī)忙檢測(cè)信號(hào)〔BUSY〕由PD11進(jìn)行檢測(cè)。SEL和/ERR控制端由上拉電阻置為高電平。因?yàn)橐呀?jīng)檢測(cè)了BUSY信號(hào)，所以打印機(jī)應(yīng)答信號(hào)ACK可不必檢測(cè)。圖3.16打印機(jī)接口電路3.11報(bào)警模塊報(bào)警顯示局部是操作人員掌握了解行車(chē)信息的重要通道，本記錄儀模塊的開(kāi)發(fā)不僅要滿足記載重要行車(chē)數(shù)據(jù)的要求，而且還必須在發(fā)生危險(xiǎn)情況或者非法操作時(shí)及時(shí)提醒駕駛員，以盡量防止事故的發(fā)生。當(dāng)某個(gè)參數(shù)的測(cè)量值超過(guò)預(yù)定的期限值時(shí)，置零相對(duì)應(yīng)的引腳，將啟動(dòng)閃光報(bào)警。閃光報(bào)警電路設(shè)計(jì)如圖3.17：圖3.17閃光報(bào)警器電路設(shè)計(jì)當(dāng)PD12輸出為0電平時(shí)，LED開(kāi)始閃爍；當(dāng)PD12輸出為1電平時(shí)，LED熄滅。LED選用紅色。4軟件設(shè)計(jì)汽車(chē)行駛記錄儀軟件局部主要是結(jié)合硬件系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)記錄儀的各項(xiàng)功能。該章介紹整個(gè)系統(tǒng)中幾個(gè)重要局部的程序，它們是：主程序、信號(hào)采集程序、RS-232通信程序、USB通信程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序、液晶顯示程序、停車(chē)預(yù)處理程序的設(shè)計(jì)。4.1編寫(xiě)程序使用的語(yǔ)言的選擇當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)小的嵌入式系統(tǒng)時(shí)，一般都用匯編語(yǔ)言但是使用匯編的麻煩在于它的可讀性和可維護(hù)性特別當(dāng)程序沒(méi)有很好的標(biāo)注的時(shí)候代碼的可重用性也比擬低。用C編寫(xiě)的程序有很好的結(jié)構(gòu)性和模塊化更容易閱讀和維護(hù)，由于模塊化用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序有很好的可移植性功能化的代碼能夠很方便的從一個(gè)工程移植到另一個(gè)工程從而減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間。用C編寫(xiě)程序比匯編更符合人們的思考習(xí)慣開(kāi)發(fā)者可以更專(zhuān)心的考慮算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，這樣就減少了開(kāi)發(fā)和調(diào)試的時(shí)間。使用C語(yǔ)言程序員不必十分熟系處理器的運(yùn)算過(guò)程這意味著對(duì)新的處理器也能很快上手，不必知道處理器的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得用C編寫(xiě)的程序比匯編程序有更好的可移植性。C的特點(diǎn)就是可以使你盡量少地對(duì)硬件進(jìn)行操作，是一種功能性和結(jié)構(gòu)性很強(qiáng)的語(yǔ)言[28]。4.2設(shè)計(jì)方案4.2.1主程序 主程序的名稱是main0，它主要完成系統(tǒng)上電自檢，芯片的初始化等工作，然后進(jìn)入一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，等待中斷產(chǎn)生，并根據(jù)中斷來(lái)進(jìn)行一系列的后繼處理，其流程圖如圖4.1：圖4.1主程序流程圖4.2.2信號(hào)采集模塊子程序設(shè)計(jì)信號(hào)采集子程序主要完成的功能是對(duì)車(chē)速信號(hào)的采集，開(kāi)關(guān)量的采集只需要定時(shí)讀單片機(jī)的P1口的狀態(tài)即可，而時(shí)鐘信號(hào)是與采集的車(chē)速信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)所形成的數(shù)據(jù)一起形成各種記錄，無(wú)需單獨(dú)采集。車(chē)速信號(hào)的采集主要是脈沖送到單片機(jī)的T0端口進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，與此同時(shí)單片機(jī)的T1進(jìn)行計(jì)時(shí)開(kāi)始待到定時(shí)器產(chǎn)生中斷請(qǐng)求后，由計(jì)數(shù)器得到的脈沖數(shù)經(jīng)過(guò)速度計(jì)算的公式和里程的計(jì)算后得到汽車(chē)行駛的速度和里程。等待定時(shí)中斷，每隔0.125s產(chǎn)生一次定時(shí)中斷，讀取脈沖計(jì)數(shù)器中記錄的脈沖數(shù)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)，并通過(guò)脈沖數(shù)計(jì)算出0.125秒內(nèi)的速度。每隔20s將采集的汽車(chē)車(chē)速數(shù)據(jù)及開(kāi)關(guān)量信號(hào)并存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，這組數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)處理程序中進(jìn)行處理后將按標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)存至歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程結(jié)束后，程序?qū)⑦M(jìn)入數(shù)據(jù)處理子程序。把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按格式標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)于歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。經(jīng)過(guò)處理后會(huì)更新時(shí)間、速度、里程、汽車(chē)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，同時(shí)還會(huì)存儲(chǔ)15天內(nèi)累記行駛里程、15天內(nèi)行駛速度等數(shù)據(jù)，為同后將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)或者PC時(shí)進(jìn)行更詳細(xì)、全面的處理提供源記錄[29]。測(cè)速程序的流程圖如圖即定時(shí)中斷流程圖：圖4.2測(cè)速流程圖數(shù)據(jù)采集流程圖：圖4.3數(shù)據(jù)采集流程圖數(shù)據(jù)處理流程圖：按照汽車(chē)行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)同一位駕駛員連續(xù)兩次開(kāi)車(chē)時(shí)，如果兩次開(kāi)車(chē)之間休息時(shí)間大于20分鐘，那么開(kāi)車(chē)時(shí)長(zhǎng)從后一次車(chē)輛啟動(dòng)開(kāi)始計(jì)算；但如果休息時(shí)間小于20分鐘，那么開(kāi)車(chē)時(shí)長(zhǎng)從前一次車(chē)輛啟動(dòng)開(kāi)始計(jì)算，并且加上休息時(shí)長(zhǎng)。因此，根據(jù)駕駛員信息及休息時(shí)長(zhǎng)的不同，分別用不同的方式計(jì)算