汽車行駛記錄儀的設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　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(guān)車輛行駛的其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲并可通過接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。目前全國各地客運(yùn)公司、物流公司、旅游公司及危險品運(yùn)輸公司、公交集團(tuán)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(dāng)前汽車總線的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及存儲技術(shù)。</p>

2、<p>　　本文簡要介紹了國內(nèi)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(jié)構(gòu)、原理和分類。在此基礎(chǔ)上，以記錄儀的主機(jī)為主要研究對象，選用開關(guān)型霍爾傳感器采集車速信號。設(shè)計車速采集電路、車輛特征系數(shù)的測試方法、車速和里程的計算方法，重點研究事故疑點數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的存儲格式以及自定義液晶顯示器。</p><p>　　關(guān)鍵詞：汽車行駛記錄儀；數(shù)據(jù)存儲；自定義液晶顯示器。</p>&l

3、t;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Vehicle traveling data recorder, commonly known as black box car, is a vehicle speed, time, mileage and vehicle other status information recording, storing and o

4、utputting data through the interface of digital electronic recording device. At present all over the country passenger transport companies, logistics companies, tourism companies and dangerous goods transport companies,

5、bus group and the enterprises and institutions are in nervous and orderly ground installation of vehicle traveling data</p><p>　　Keywords: Vehicle traveling data recorder；data storage；Custom LCD.</p>

6、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義2</p><p>

7、;　　1.2 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　1.2.1國內(nèi)發(fā)展2</p><p>　　1.2.2國外發(fā)展3</p><p>　　1.3 汽車行駛記錄儀在交通管理中的必要性4</p><p>　　1.4 汽車行駛記錄儀的分類5</p><p>　　1.5 本文的主要工作7</p>&l

8、t;p><b>　　1.6本章小結(jié)8</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計9</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)框圖9</b></p><p>　　2.2主控制器10</p><p>　　第三章 系統(tǒng)方案的硬件設(shè)計</p><p>　　3.

9、1數(shù)據(jù)采集單元13</p><p>　　3.2數(shù)據(jù)存儲單元15</p><p>　　3.3液晶顯示單元20</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計22</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件整體流程22</p><p>　　4.2數(shù)據(jù)采集單元23</p><p>　　4.3數(shù)據(jù)存儲單元

10、28</p><p>　　4.4液晶顯示單元30</p><p><b>　　第五章 總結(jié)34</b></p><p><b>　　致謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　第一章

11、 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的研究背景及意義</p><p>　　我國自改革開放以來，道路交通基礎(chǔ)設(shè)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(yán)重的交通隱患。僅2011年我國交通事故死亡人數(shù)就超過了20萬人。而發(fā)達(dá)國家則有自己的一套方法，他們?yōu)榭刂茩C(jī)動車安全駕駛，通過立法(如歐盟第3825／85法規(guī))強(qiáng)制

12、安裝機(jī)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(xué)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(fù)雜性，交通車輛的運(yùn)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(jìn)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(yùn)行狀況和駕駛員的操作情況進(jìn)行實時監(jiān)控的電子設(shè)備。交通管理中也需要一種能夠有效保障車輛安全、提供實

13、時調(diào)度管理的產(chǎn)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車輛上全過程同步記錄、監(jiān)控車輛運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)防交通事故發(fā)生的高新技術(shù)產(chǎn)品。</p><p>　　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(jīng)過運(yùn)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

14、應(yīng)交通事故給企業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)損失。安裝汽車行駛記錄儀后，運(yùn)輸企業(yè)可以依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)對駕駛員的進(jìn)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(xí)慣，還有助于運(yùn)輸企業(yè)篩選出經(jīng)常有不良駕駛行為的個別司機(jī)，找出重點監(jiān)督對象，從而達(dá)到“管車、管人、管安全”的目的。</p><p>　　依托6PS服務(wù)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(yuǎn)在千里之外的管

15、理中心實現(xiàn)實時信息交換。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)強(qiáng)大的地理、交通和服務(wù)信息支持下，管理中心可以依據(jù)記錄儀反饋信息及時為目標(biāo)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(guān)服務(wù)信息。同時，記錄儀可以根據(jù)獲取的參數(shù)為駕駛員提供諸如超時、超速、防盜、緊急車況等預(yù)警信息服務(wù)，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(yuǎn)程控制并通知110報警，為人員和車輛提供安全保障。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外

16、發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)發(fā)展</p><p>　　我國汽車用電子產(chǎn)品水平與國際先進(jìn)水平相比大約落后10年左右。在汽車行駛記錄儀國家標(biāo)準(zhǔn)實行之前，國內(nèi)已經(jīng)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(jīng)能記錄并打印最近一次停車前128秒內(nèi)車輛的瞬時速度、車輛的剎車、鳴笛、轉(zhuǎn)向及所有燈的開啟情況，掉電后數(shù)據(jù)能保存7

17、2小時；西安遠(yuǎn)交信息產(chǎn)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(zhuǎn)燈、右轉(zhuǎn)燈，具有內(nèi)置時鐘和實時數(shù)據(jù)壓縮算法，可以記錄2天的運(yùn)行數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)可以保存5年。公安部、交通部和國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局于2001年底聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)公路客運(yùn)交通安全管理的通告》，通告要求，長途客運(yùn)車輛應(yīng)當(dāng)安裝、使用符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的行駛記錄儀。同時，還于2002年制定了《2002年預(yù)

18、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(jìn)行集中整治。此后加緊制定汽車行駛記錄儀全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的步伐，公安部于2003年發(fā)布了汽車行駛記錄儀國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T19056—2003(以下簡稱“記錄儀國家標(biāo)準(zhǔn)")并于當(dāng)年</p><p><b>　　1.2.1國外成果</b></p><p>　　汽車行駛記錄儀在國外已經(jīng)得到了大量的使用

19、，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(guān)于公路運(yùn)輸車輛的記錄設(shè)備》的第三款中規(guī)定：“記錄設(shè)備應(yīng)在歐盟成員國使用的客貨運(yùn)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(nèi)，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(shù)的汽車都已經(jīng)安裝了這種裝置，而到了20

20、00年幾乎所有的通用汽車都安裝了這種裝置。近年美國通用公司已經(jīng)授權(quán)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(jīng)上市一年，美國各州州警及各地警察局已經(jīng)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(xiàn)場對汽車行駛記錄儀記載的信息分析結(jié)果為依據(jù)。美國加利福尼亞州的多家汽車技術(shù)公司最近宣布，將把新近生產(chǎn)出來的商用

21、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(jī)模塊，擁有自己的</p><p>　　汽車行駛記錄儀在交通管理中的必要性</p><p>　　1.3.1 交通事故的主要原因</p><p>　　據(jù)公安部交通管理局分析，造成當(dāng)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(jī)動車駕駛員肇事66．

22、7萬起，造成8．2萬人死亡、46．2萬人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失28．4億元，分別占全年事故總數(shù)的86．7％、77．3％、84．6％和91．8％。據(jù)統(tǒng)計，2004年國內(nèi)因駕駛員因素導(dǎo)致的交通事故占總數(shù)的89．8％，造成的死亡人數(shù)、受傷人數(shù)分別占到了總數(shù)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(shù)占總數(shù)的36．3％，在道路運(yùn)輸行業(yè)中一次死亡3人以上的道路運(yùn)輸事故中，有78．2％與駕駛員違章超載、超速、違章

23、占道、違章超車、疲勞駕駛等因素有關(guān)，造成的死亡人數(shù)、受傷人數(shù)分別占總死亡人數(shù)的83．7％、79．4％。</p><p>　　汽車行駛記錄儀的作用</p><p><b>　　1）自檢功能</b></p><p>　　記錄儀通電后會對系統(tǒng)各部件及接口進(jìn)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。 </p><

24、p>　　2） 具有身份識別功能 </p><p>　　司機(jī)每次開車時利用U盤驗證身份，記錄儀分類保存每個司機(jī)的行駛數(shù)據(jù)。 </p><p>　　3） 車輛行駛時間、速度、里程的記錄及存儲功能 </p><p>　　詳實記錄存儲車輛行駛的時間、速度及里程。 </p><p>　　4） 超速報警及記錄功能 </p><p

25、>　　當(dāng)汽車超過預(yù)先設(shè)置的超速值時，會第一時間報警提醒，并記錄下來。 </p><p>　　5） 超時駕駛（疲勞駕駛）報警及記錄功能 </p><p>　　司機(jī)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。</p><p>　　6） 具有事故疑點記錄分析功能 </p><p>　　記錄儀會以0.2秒間隔記錄事故發(fā)生前20秒

26、車輛行駛速度、剎車等信息。 </p><p>　　7） 顯示打印功能 </p><p>　　可通過液晶LCD顯示和即時打印最近15min內(nèi)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(guān)信息。</p><p>　　8） 數(shù)據(jù)通訊功能 </p><p>　　可通過標(biāo)準(zhǔn)USB或串口采集記錄儀數(shù)據(jù)、設(shè)置記錄儀參數(shù)，車輛信息、駕駛員

27、檔案的管理功能。 </p><p>　　9） 管理軟件提供良好的人機(jī)界面，實現(xiàn)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(jīng)濟(jì)效益，科學(xué)合理的進(jìn)行員工調(diào)度，車輛保養(yǎng)。 </p><p>　　10）存儲視頻圖象（選配攝像頭、SD卡）[1]。</p><p>　　1.4 汽車行駛記錄儀的分類</p><p>　　隨著電子技術(shù)的

28、不斷發(fā)展，各種類型的汽車行駛記錄儀在技術(shù)上已經(jīng)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(yīng)用。汽車行駛記錄儀按照功能可分為如下幾類：</p><p><b>　　1）單一型</b></p><p>　　主要記錄行駛過程中的某一單項參數(shù)(如：速度、里程)，并對記錄下來的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的管理。主要特征是功能的單一。比

29、如，加拿大的車輛速度監(jiān)控器，對出現(xiàn)超速情況首先進(jìn)行報警提示，三次報警后，如還在超速，就會自動控制剎車。</p><p><b>　　2）事故型</b></p><p>　　以記錄事故發(fā)生時的車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)為主要目的。記錄模式以飛機(jī)黑匣子為參照藍(lán)本。主要特征是記錄停車前短時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，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

30、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(yùn)行的方向變化和駕駛?cè)藛T的操作行為，以便在出現(xiàn)事故時，能夠根據(jù)在一段時間內(nèi)的信息來分析判斷事故的原因和責(zé)任。</p><p>　　此類記錄儀，一般可記錄、存儲每次行駛的起始時間、結(jié)束時間、行駛里程、停車前一分鐘內(nèi)和十分鐘內(nèi)的最大車速以及停車前一分鐘內(nèi)的速度、左燈、右燈、大燈、喇叭、剎車

31、、剎車氣壓等工作狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)。適用于只需要事故型的單位和個人用戶。目前國內(nèi)外市場上出現(xiàn)的記錄儀大部分是屬于這一類的產(chǎn)品(如：德國VDOKIENZLE公司生產(chǎn)的UDS型事故數(shù)據(jù)記錄儀)。</p><p><b>　　3）管理型</b></p><p>　　管理型記錄儀是在事故型的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字式記錄儀記錄的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行二次開發(fā)利用的特點，根據(jù)營運(yùn)車輛管理的需要開發(fā)的

32、新一代數(shù)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(jī)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(jī)管理系統(tǒng)，用于運(yùn)營單位的司機(jī)、車輛、車隊以及實現(xiàn)運(yùn)營單位的運(yùn)營數(shù)據(jù)的自動化和網(wǎng)絡(luò)化基本管理。目前國內(nèi)外市場上出現(xiàn)的記錄儀有相當(dāng)部分是屬于這一類的產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的典型代表：國外有美國0．T．C．公司生產(chǎn)的SWl00型車輛監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p><b>

33、　　4）綜合管理型</b></p><p>　　綜合管理型是在總結(jié)了事故型和管理型記錄儀經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，從軟件、硬件和系統(tǒng)功能上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)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(shù)據(jù)采集處理，全程連續(xù)記錄，大容量存儲卡和強(qiáng)大的綜合管理軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)資源共享。此類型行駛記錄儀利用多通道數(shù)據(jù)采集處理平臺、GPS衛(wèi)星定位儀、大容量數(shù)據(jù)存儲卡和后臺綜合管理平臺軟件等強(qiáng)有力的現(xiàn)代化技術(shù)

34、手段，重點針對營運(yùn)和特種車輛的綜合化管理目標(biāo)，來完成車輛綜合化管理進(jìn)程。其數(shù)據(jù)一經(jīng)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(jī)軟件界面上存放的全程連續(xù)記錄曲線和各開關(guān)傳感器的連續(xù)狀態(tài)，對車輛的營運(yùn)、安全、質(zhì)量等綜合指標(biāo)進(jìn)行強(qiáng)有力的全程監(jiān)控，并根據(jù)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(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)或圖形進(jìn)行分析處理。對于在事件現(xiàn)場出現(xiàn)的情況不能及時獲得信

35、息，避免和減少交通事故的發(fā)生。為此又有新的一代產(chǎn)品問世，可以稱之為3G型行駛記錄儀。</p><p>　　5）3G型行駛記錄儀</p><p>　　3G型行駛記錄儀是在行駛記錄儀的基礎(chǔ)上加上3G系統(tǒng)(即GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GIS電子地理信息系統(tǒng)、GSM移動通信公共網(wǎng)／GPRS分組交換通訊系統(tǒng))，以及計算機(jī)網(wǎng)技術(shù)(INTERNET)和呼叫中心(CALLCENTER)的技術(shù)，來擴(kuò)展實現(xiàn)車輛實時

36、調(diào)度的綜合信息管理服務(wù)系統(tǒng)，并具防劫、防盜功能。主要特征是行駛記錄儀通過現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時傳送數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題即時處理。隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，信息費(fèi)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。</p><p>　　1.5 本文的主要工作</p><p>　　汽車行駛記錄儀主要由記錄器、顯示器、MCU主控芯片、PC機(jī)處理軟件

37、和傳感器組成，汽車行駛記錄儀，通常安裝在發(fā)電機(jī)蓋的內(nèi)側(cè)，其自身的保護(hù)裝置非常嚴(yán)密，在車輛發(fā)生事故后可為事故分析提供可靠的依據(jù)，其功能和作用如下： </p><p>　?。?）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(jìn)、后退、加/減速、勻速、轉(zhuǎn)彎、爬坡、上下橋、超速、飛車時的參數(shù)。當(dāng)遇到不測或被切斷電源后，原先記錄下的數(shù)據(jù)能被完好的保留，一般可以保存十幾年。</p><p>

38、;　　（2）顯示器。能及時顯示出汽車行駛時的動態(tài)數(shù)據(jù)，一般安裝在儀表盤上，供駕駛員及時掌控車況。 </p><p>　?。?）MCU主控芯片。對采集到的各種汽車數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分類，并將其轉(zhuǎn)存到存儲模塊中。還要借助軟件系統(tǒng)控制其它模塊，如數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示等。 </p><p>　?。?）PC機(jī)處理軟件系統(tǒng)?？芍苯硬杉O(shè)置記錄器中的汽車參數(shù)、時間、限速范圍，還能以圖線形式再現(xiàn)發(fā)生事故的汽車行駛

39、軌跡。 </p><p>　?。?）傳感器。能夠向記錄器提供汽車行駛時的速度、信號、方向。 </p><p>　　汽車行駛記錄儀能在事故發(fā)生后安全回收，其結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)據(jù)記憶體仍能復(fù)原。</p><p>　　論文首先對汽車行駛記錄儀系統(tǒng)的產(chǎn)生和應(yīng)用背景進(jìn)行了

40、討論，接著討論了汽車行駛記錄儀的主要功能和結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行了硬件電路的設(shè)計，主要包括傳感器的選擇，汽車行駛記錄儀(黑匣子)主機(jī)電路設(shè)計，其中包括數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計，數(shù)據(jù)輸出模塊設(shè)計和顯示電路設(shè)計。</p><p><b>　　1.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章詳細(xì)介紹了本課題的研究背景和意義，闡述了我國在當(dāng)今交通壓力的催生下，發(fā)展汽車形式記錄儀的緊迫性和

41、重要性。其發(fā)展必將對中國當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益產(chǎn)生巨大影響。在查閱了國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，初步介紹了國內(nèi)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(jù)這些資料展現(xiàn)的前景，對汽車行駛記錄儀的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。最后，還以章節(jié)為線索，對本論文的主要內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)論述。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p><b>　　2.1

42、 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　本文設(shè)計的記錄儀主機(jī)主要由主控制器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、液晶顯示器、熱敏打印機(jī)和數(shù)據(jù)通信單元等組成。系統(tǒng)總體框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1系統(tǒng)總體框圖</p><p><b>　　1)主控制器</b></p><p>　　選用Freescal

43、e16位微處理器MC9S12D64，該系列芯片抗干擾，在汽車電子產(chǎn)品中應(yīng)用較多。</p><p><b>　　2)數(shù)據(jù)采集單元</b></p><p>　　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(jīng)過密碼校驗，保護(hù)駕駛員的合法權(quán)益。由于設(shè)計的速度采集電路可以采集模擬和數(shù)字信號，車速計算方法與車輛半徑無關(guān)，所

44、以設(shè)計的記錄儀適應(yīng)各種車輛安裝。不僅可以采集國標(biāo)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(shù)據(jù)較多，可以分成駕駛員身份和實時時鐘、車速信號、開關(guān)量信號三類。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(xiàn)駕駛員身份識別功能；實時時鐘為記錄儀主機(jī)記錄、存儲數(shù)據(jù)提供不間斷的時間依據(jù)。通過采集開關(guān)型霍爾車速傳感器的脈沖數(shù)，實現(xiàn)車速采

45、集功能。</p><p><b>　　3)數(shù)據(jù)存儲單元</b></p><p>　　存儲事故疑點數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)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(dá)1M字節(jié)，可以存儲高于國標(biāo)規(guī)定的360h的數(shù)據(jù)[2]。</p><p><b>　　

46、4)液晶顯示器</b></p><p>　　默認(rèn)實時顯示車速等數(shù)據(jù)。由于記錄儀只需顯示和打印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(jī)的字庫。</p><p><b>　　2.2 主控制器</b></p><p>　　主控制器是記錄儀主機(jī)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、輸出等功能?？紤]各

47、種因素，系統(tǒng)選用飛思卡爾公司生產(chǎn)的16位微控制器MC9S12D64。MC9S12D64最小系統(tǒng)電路如圖2-2所示[3]。</p><p>　　圖2-2MC9S12D64最小系統(tǒng)電路</p><p>　　MC9S12D64頻率高達(dá)25MHz，可采用鎖相環(huán)技術(shù)提高系統(tǒng)的電磁兼容性，片內(nèi)有64KBFlash、4KBRAM和1KBEEPROM，片內(nèi)集成2個異步串口SCI、1個同步外圍設(shè)備串口SPI

48、、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(dá)91個獨立數(shù)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(fù)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(diào)試接口。時鐘電路選用串聯(lián)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(lián)振蕩電路。電容C18、C19和晶振Y1組成最小系統(tǒng)

49、的時鐘電路。鎖相環(huán)濾波電路由電容C21、C22和電阻R24組成，VDDPLL引腳由單片機(jī)內(nèi)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(shù)字方式鎖定VCO的控制端電壓[5]。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　硬件是實現(xiàn)記錄儀功能的重要載體。本章重點分析記錄儀主機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示單元的電路設(shè)計。<

50、/p><p>　　3.1 數(shù)據(jù)采集單元</p><p>　　論述駕駛員身份識別、實時時鐘、車速、里程等數(shù)據(jù)采集單元的電路設(shè)計。</p><p>　　3.1.1 駕駛員身份識別</p><p>　　國標(biāo)規(guī)定記錄儀應(yīng)能實現(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核發(fā)的機(jī)動車駕駛證證號。駕駛員代碼為阿拉伯?dāng)?shù)字，其最大長度不超過7位，代

51、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)與其機(jī)動車駕駛證證號相對應(yīng)。在每次駕車前，駕駛?cè)藛T首先應(yīng)確認(rèn)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(chǎn)的接觸式邏輯加密卡SLE4442。SLE4442提供最小10萬次的擦寫次數(shù)，數(shù)據(jù)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(hù)存儲器和4

52、字節(jié)E2PROM型加密存儲器組成。</p><p>　　MC9S12D64單片機(jī)內(nèi)嵌一個12C模塊，硬件實現(xiàn)較為簡單，只需把SLE4442的兩線(SCL和SDA)和MC9S12D64對應(yīng)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(jī)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

53、輔助觸點，PW—IC腳與單片機(jī)IO引腳相連，有IC卡插入時，輔助觸點與Q訊D—STA接通，Q2導(dǎo)通，PW—IC為高電平，D15點亮；反之，無IC卡插入。</p><p>　　3.1.2 實時時鐘</p><p>　　國標(biāo)規(guī)定記錄儀記錄儀應(yīng)能提供北京時間同期和時鐘，應(yīng)能以年、月、日或yyyy／mm／dd／的方式記錄實時日期；應(yīng)能以時、分、秒或hh：mm：ss的方式記錄實時時鐘。記錄儀應(yīng)能對連

54、續(xù)駕駛時間進(jìn)行記錄。連續(xù)記錄24h數(shù)據(jù)，記錄時間允許誤差在±5s以內(nèi)。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(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)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(shù)據(jù)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

55、時，是一款性價比高的芯片。</p><p>　　在系統(tǒng)設(shè)計中，采用單片機(jī)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(diào)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(dāng)汽車熄火時，通過電池給NXP858

56、3供電[6]。</p><p><b>　　3.1.3車速采集</b></p><p>　　車速傳感器是國標(biāo)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。本文選用開關(guān)型霍爾傳感器采集車速脈沖信號。</p><p>　　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(jī)端口。為增強(qiáng)

57、速度信號的抗干擾性，提高測量速度信號的準(zhǔn)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(nèi)嵌2個16位脈沖累加器(PACA、PACB)，相應(yīng)的輸入引腳為IOC7／PT7和10CO／PTO，本文中VPl信號輸入IOC0／PT0；開關(guān)S1選擇模擬或者數(shù)字信號輸入通道，提高了主機(jī)系統(tǒng)的適應(yīng)性。本文調(diào)試時，輸入信號為數(shù)字信號。</p>&l

58、t;p>　　模擬輸入信號電路由電壓跟隨器、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(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試確定，Ubuf為O伏或5伏電壓。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><

59、p>　　由速度傳感器采集到的速度信號經(jīng)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(jīng)光耦進(jìn)行光電隔離模擬數(shù)字信號后，送入單片機(jī)的脈沖累加器輸入端口，由單片機(jī)定時讀取脈沖數(shù)，計算得到汽車行駛速度[7]。</p><p>　　圖3-1 速度脈沖信號采集電路</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)存儲單元<

60、;/p><p>　　詳細(xì)分析數(shù)據(jù)存儲單元的需求，闡述存儲方案的選擇，給出事故疑點數(shù)據(jù)和行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲格式。</p><p>　　3.2.1 存儲需求分析</p><p>　　國標(biāo)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(shù)據(jù)主要由事故疑點數(shù)據(jù)和行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)兩部分組成。</p><p>　　1)事故疑點數(shù)據(jù)的存儲需求</

61、p><p>　　國標(biāo)要求記錄儀應(yīng)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(yīng)的車輛行駛速度及車輛制動狀態(tài)信號、記錄次數(shù)至少為10次。速度記錄單位為km／h，測量范圍為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(shù)據(jù)至少應(yīng)該包含以下信息：駕駛員代碼，單獨存儲，十六進(jìn)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(jìn)

62、制，占用1個字節(jié)。</p><p>　　車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，十六進(jìn)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(shù)據(jù)的邏輯格式如表3．1所示。</p><p>　　表3-1 疑點數(shù)據(jù)的格式</p><p>　　根據(jù)疑點數(shù)據(jù)的邏輯格式，可以計算出每秒事故疑點數(shù)據(jù)占用16個字節(jié)存儲空間。20秒實時

63、數(shù)據(jù)所需要的數(shù)據(jù)空間：</p><p>　　20*16=320(字節(jié))</p><p>　　2)行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲需求</p><p>　　國標(biāo)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(yīng)能提供實時時間對應(yīng)的車輛行駛速度信息。記錄儀應(yīng)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(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)為車輛在行駛過程中與實時時間

64、相對應(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(shù)據(jù)包含以下幾組信息，如駕駛員代碼，單獨存儲，十六進(jìn)制，3字節(jié)。時I'BJ(年、月、日、時、分)，8421BCD碼，5字，速度，十六進(jìn)制，1字節(jié)，里程，8421BCD碼，3字節(jié)。</p><p>　　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，總共存儲最近

65、360小時內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此需要的存儲空問為：</p><p>　　360*60*9=194400(字節(jié))=189．84375k(字節(jié))。</p><p>　　另外，還要存儲數(shù)據(jù)的索引、車輛特征系數(shù)(十六進(jìn)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(jìn)制，3字節(jié))、機(jī)動車駕駛證號碼(ASI

66、I碼字符，18字節(jié))、記錄儀主機(jī)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(shù)的設(shè)定時間(8421BCD碼，5字節(jié))等信息。預(yù)計總的數(shù)據(jù)量將會有200k字節(jié)。</p><p>　　3.2.2 存儲方案選擇</p><p>　　為方便敘述，事故疑點數(shù)據(jù)

67、、行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)分別采用實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)術(shù)語。實時數(shù)據(jù)存放汽車發(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)存放汽車和司機(jī)的行駛狀況，作為事故分析的參考依據(jù)和對汽車、司機(jī)的運(yùn)行狀況考核。</p><p>　　本記錄儀需要存儲的數(shù)據(jù)量較大，記錄儀對存儲的實時性和可靠性要求較高。本文設(shè)計的記錄儀實時數(shù)據(jù)存儲在鐵電存儲器中，歷史數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)閃存中。將實時數(shù)據(jù)暫存起來，滿一頁時，再將實時數(shù)據(jù)傳送到

68、歷史數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，存滿360h數(shù)據(jù)，然后將其重新覆蓋。</p><p><b>　　1）實時數(shù)據(jù)的存儲</b></p><p>　　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?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(jìn)行擦寫操作。在記錄儀掉電或單片機(jī)任務(wù)繁忙

69、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(kuò)展一個快速的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)及時保存在緩存中，在空閑周期內(nèi)，將成頁或成塊的車輛行駛數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(nèi)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(xiàn)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(fù)雜度增大、可靠性降

70、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(chǎn)生的不良因素。FMl808具有100億次的讀寫壽命，即使每秒進(jìn)行30次讀寫操作，壽命時限也可至少保證10年；掉電后數(shù)據(jù)保持10年，速度快，無須寫等待時間。</p><p><b>　　2）歷史數(shù)據(jù)的存儲</b></p><p>　　對于大容量的非易失性存

71、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(shù)據(jù)，并且可改寫的次數(shù)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(shù)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(jī)IO引腳，本文設(shè)計的記錄儀IO資源緊張；12C接口的Flash只需要兩個IO引腳就可以實現(xiàn)訪問但是其訪

72、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(dá)20Mbps。</p><p>　　綜上所述，F(xiàn)Ml808很適合應(yīng)用在汽車行駛記錄儀這種要求以字節(jié)寬度進(jìn)行快速頻繁寫操作的非易失性應(yīng)用場合，SPI接口的閃存AT45DB081B適合本記錄儀的應(yīng)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(shù)據(jù)存儲空間及掉電不丟失數(shù)據(jù)的需求。</p><

73、;p>　　3.2.3存儲器選型</p><p><b>　　1）鐵電存儲器</b></p><p>　　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(nèi)存組織結(jié)構(gòu)為32*768*8bits，內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)是基于行和列陣列，通過并口訪問32*752個內(nèi)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(nèi)

74、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(shù)據(jù)應(yīng)放在不同的塊中。</p><p>　　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(yù)充電時間。因此每次內(nèi)存存取都必須確保／CE產(chǎn)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，單

75、片機(jī)在FMl808接口的時候必須產(chǎn)生／CE的下降沿。設(shè)計時需要注意。鐵電存儲器接口電路如圖3．4所示。</p><p>　　圖3．2 FMl808接口電路</p><p><b>　　2）閃速存儲器</b></p><p>　　Ar45DB08lB是ATMEL公司推出的一款基于Hash技術(shù)的大容量數(shù)據(jù)存儲器，采用2．7Vq．6V供電，管腳(S

76、I、SCK、／CS、／RESET、／WP)支持5V輸入，允許直接5V1]幾或COMS電平信號相聯(lián)接，并且與之兼容；AT45DB081B的最大時鐘頻率可達(dá)20MHz；在系統(tǒng)編程比較簡單，不需要高電壓。</p><p>　　AT45DB081B的存儲結(jié)構(gòu)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

77、和頁三種操作方式，相關(guān)操作包括讀操作指令、編程擦出指令兩部分。編程操作是基于頁的，可實現(xiàn)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頁進(jìn)行。</p><p>　　由于MC9S12D64內(nèi)嵌1個SPI模塊，所以AT45DB081B的硬件電路容易實現(xiàn)，只需將二者對應(yīng)管腳相連即可。WP為寫保護(hù)引腳，如果將其置低，則AT45DB081B中存儲器的前256頁被寫保護(hù)。如果要對其執(zhí)行寫操作

78、，必須使WP為高。WP引腳在芯片內(nèi)部拉高，如果不使用寫保護(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。當(dāng)AT45DB081B的CS由高變低時，芯片啟動一次操作，而當(dāng)CS由低變高時，終止操作。這時SI上的任何數(shù)據(jù)都被忽略，SO處于高阻態(tài)[8-9]。</p><p>　　3.3 液晶顯示單元</p><p>　　國標(biāo)規(guī)定記錄儀應(yīng)具備顯示及操作功能。當(dāng)無按鍵

79、操作時，可默認(rèn)顯示車輛的實時行駛速度、實時時鐘或駕駛員代碼。通過操作按鍵應(yīng)能實現(xiàn)最近15min內(nèi)每分鐘的平均車速記錄、最近2個日歷天內(nèi)同一駕駛員連續(xù)駕駛時間超過3h的所有數(shù)據(jù)記錄和車輛特征系數(shù)顯示。僅使用面板按鍵不能對速度、時間、里程等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、刪除。</p><p>　　按鍵通過MC9S12D64外部中斷PH口實現(xiàn)，硬件電路較容易，詳見附錄1。本系統(tǒng)要求能夠進(jìn)行字符、數(shù)字和漢字的顯示，因此本文選用可以顯

80、示圖形和漢字的圖形點陣液晶顯示器NSl2232A。</p><p>　　NSl2232A是一款內(nèi)藏SEDl520控制器的122幸32圖形點陣液晶器，它主要由行驅(qū)動器、列驅(qū)動器及122*32全點陣液晶顯示器組成。NSl2232內(nèi)部是由兩片SEDl520并聯(lián)來驅(qū)動的，SEDl520具有16個行驅(qū)動口和16個列驅(qū)動口，RAM中的1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個點的亮暗狀態(tài)，“1”表示亮，“O”表示暗。SEDl520中的顯示RA

81、M共有32行80列。NSl2232A顯存分成4頁，顯存縱向排列方式，字節(jié)內(nèi)的位順序是下高上低，“1”對應(yīng)黑點，“O”對應(yīng)白點，顯存地址自動加一。NSl2232A的DDRAM地址表如表3．2所示。</p><p>　　表3．2 NSl2232A的DDRAM地址表</p><p>　　VLCD為液晶的負(fù)壓輸入端，調(diào)節(jié)VLCD端的電壓可以改變LCD顯示的對比度。+5V背光電源正，背光電源負(fù)，需單

82、獨引出。注意調(diào)節(jié)液晶的負(fù)壓，使之滿足要求，否則液晶屏?xí)诨蛴捎趯Ρ榷忍停裁匆部床灰?。單片機(jī)與NSl2232A液晶接口電路如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-3NS12232ALCD接口電路</p><p><b>　　第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　本章重點介紹記錄儀主機(jī)各單元的軟件設(shè)計，通過驅(qū)動軟件實現(xiàn)記錄儀主機(jī)

83、的功能。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件整體流程</p><p>　　軟件系統(tǒng)的任務(wù)分配由行駛中和停駛中任務(wù)兩部分組成。本文設(shè)計的記錄儀主機(jī)設(shè)置三名駕駛員駕駛同一輛車，允許停駛狀態(tài)下更換駕駛員。行駛中采集車速和判斷疲勞駕駛，該部分后續(xù)研發(fā)可以擴(kuò)展超速、疲勞駕駛聲光報警功能。由于國標(biāo)規(guī)定在停駛狀態(tài)打印數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)通信等任務(wù)需要判斷時間間隔，所以在停駛中實現(xiàn)該部分功能。車輛點火即為記錄儀

84、上電，熄火則記錄儀斷電。為防止產(chǎn)生歧義，本文中的車輛行駛中和停駛中指的是車輛點火狀態(tài)下的術(shù)語。系統(tǒng)任務(wù)分配如表4.1所示。</p><p>　　表4.1系統(tǒng)任務(wù)分配</p><p>　　表4.1中標(biāo)“*”的為本文中未實現(xiàn)的功能，后續(xù)開發(fā)可以擴(kuò)展該部分功能。整體流程描述記錄儀開機(jī)，主機(jī)系統(tǒng)自檢，行駛／停駛中任務(wù)，斷電保護(hù)等部分。系統(tǒng)初始化由各個模塊端口定義，各個模塊初始化等組成。初次調(diào)試時，

85、需要設(shè)置同歷／時鐘，SLE4442駕駛員代碼及其對應(yīng)的駕駛證號碼等。IC卡內(nèi)可擴(kuò)展存儲發(fā)卡單位和發(fā)卡時間等。</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)采集單元</p><p>　　本文設(shè)計的駕駛員代碼存儲地址是32-49字節(jié)。程序是用單片機(jī)的兩個I／OEl模擬實現(xiàn)NXP8563的12C時鐘／同歷芯片的寫／讀操作。</p><p>　　4.2.1 數(shù)據(jù)采集流程</p&g

86、t;<p>　　記錄儀主機(jī)自檢正常后，采集駕駛員代碼和駕駛證號碼。每200ms采集一次車速、里程、剎車等車輛狀態(tài)信息，每1s采集一次實時時間，每1分鐘計算一次里程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖4-2所示。</p><p>　　圖4-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖</p><p>　　車輛狀態(tài)可以分為起步，行駛中和停駛中3種狀態(tài)。從起步到行駛中，車輛處于點火狀態(tài)中；從行駛狀態(tài)到停駛狀態(tài)，車輛可能熄

87、火，此時記錄儀主機(jī)進(jìn)入斷電保護(hù)狀態(tài)。每200ms定時采集車速脈沖，25次即可采集5s的車速，如果5s采集少于5個脈沖，則認(rèn)為車輛進(jìn)入停駛狀態(tài)，記錄儀主機(jī)進(jìn)入斷電保護(hù)。斷電保護(hù)的功能是存儲索引的索引，數(shù)據(jù)的索引，本次停駛的時間和本次駕駛員代碼等。</p><p><b>　　4.2.2車速采集</b></p><p>　　國標(biāo)規(guī)定記錄儀應(yīng)具備車速、車輛行駛里程的測量、記

88、錄存儲功能。記錄儀應(yīng)能持續(xù)記錄車輛從指定統(tǒng)計時間開始的累計行駛里程。當(dāng)車速傳感器輸出的脈沖信號超過1脈沖／秒并且持續(xù)5秒以上時，可認(rèn)為車輛是在行駛狀態(tài)，否則認(rèn)為車輛是在停駛狀態(tài)。</p><p>　　1）車速、里程計算原理</p><p>　　車輛特征系數(shù)，即車輛行駛每公里里程時驅(qū)動速度傳感器的轉(zhuǎn)速(r／krn)，是測量車輛速度的重要信息。速度信號是一個方波，利用單位時間測量到的脈沖數(shù)和車

89、輛特征系數(shù)來計算車輛行駛速度和行駛里程。脈沖累加器每0．2秒對速度脈沖計數(shù)，然后計算、存儲車速。采用每分鐘的平均速度與時間的乘積計算每分鐘的里程平均值，然后累加到總里程中進(jìn)行存儲。時間T內(nèi)，記錄儀脈沖數(shù)為N，車輛行駛旱程及速度計算公式：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p&g

90、t;<p>　　其中，S為車輛行駛里程(km)；</p><p>　　V為車輛行駛速度(km／h)；</p><p>　　N為記錄的脈沖數(shù)(脈沖)；</p><p>　　K為車輛特征系數(shù)(轉(zhuǎn)／km)；</p><p>　　M為車速傳感器的特征轉(zhuǎn)數(shù)(脈沖／轉(zhuǎn))。</p><p>　　2）車輛特征系數(shù)的測試方

91、法</p><p>　　測試車輛特征系數(shù)的方法是將系統(tǒng)正確接入汽車行駛一段里程，系統(tǒng)記錄行駛過程中汽車發(fā)出的總脈沖數(shù)，總脈沖數(shù)除以里程數(shù)，即可計算出該車的車輛特征系數(shù)。為降低誤差和提高精度，車速信號在采集過程中必須濾除隨機(jī)尖峰干擾脈沖，以保證測量速度的準(zhǔn)確性。硬件濾波能夠很好地抑制高頻干擾，對低頻干擾的濾波效果卻比較差，軟件濾波對低頻干擾則具有較好的抑制能力。為盡可能地消除或減少干擾信號對系統(tǒng)的影響，在系統(tǒng)硬件方

92、面采取光耦濾波措施，在控制算法亦采取一定的措施抑制干擾信號的影響，程序中采用連續(xù)多次采樣求平均值的辦法濾波。</p><p>　　4.2.3疲勞駕駛檢測流程</p><p>　　國標(biāo)規(guī)定記錄儀應(yīng)具有存儲同一名駕駛員最近2天的疲勞駕駛記錄的功能。本文設(shè)計的記錄儀允許3名駕駛員駕駛同一輛車，允許不熄火停駛狀態(tài)下更換駕駛員，方便長途客運(yùn)或物流公司的車輛管理。刪除駕駛員或添加其他駕駛員需要經(jīng)過授權(quán)

93、，通過RS232串口下載。該部分可擴(kuò)展聲光報警功能，疲勞駕駛時提示駕駛員。疲勞駕駛流程如圖4-3所示[10]。</p><p>　　圖4-2疲勞駕駛流程圖</p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)存儲單元</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲單元是記錄儀主機(jī)設(shè)計的重點與難點之一，是記錄儀主機(jī)設(shè)計的核心部分。數(shù)據(jù)存儲方案的設(shè)計合理與否關(guān)系到記錄儀系統(tǒng)設(shè)計的成功與否。</p>

94、;<p>　　4.3.1數(shù)據(jù)存儲流程</p><p>　　本設(shè)計中采用建立索引的方式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)存儲流程如圖4-4。</p><p>　　圖4-3 數(shù)據(jù)存儲流程圖</p><p>　　對不同的駕駛員分別建立索引，對每次存儲的位置進(jìn)行指示。再對建立的索引進(jìn)行管理，建立索引的索引，可指示每個駕駛員索引存放的位置。建立的索引與索引的索引都存放于FM

95、l808中。每次車輛點火，通過索引的索引查找上次的存儲地址，然后在上次地址后接著存儲。讀數(shù)據(jù)時，通過索引的索引查找數(shù)據(jù)的索引，然后通過數(shù)據(jù)的索引查找數(shù)據(jù)。． 為方便理解和提高系統(tǒng)設(shè)計的靈活性，本文流程圖中索引的索引、數(shù)據(jù)的索引采用FMl808相應(yīng)塊、行、列和AT45DB081B相應(yīng)頁地址敘述。每200ms采集的數(shù)據(jù)是事故疑點數(shù)據(jù)，由事故疑點數(shù)據(jù)計算的每分鐘數(shù)據(jù)是歷史數(shù)據(jù)。事故疑點數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)分別詳見3．2．1和4．

96、3．2節(jié)事故疑點數(shù)據(jù)存儲在并口鐵電存儲器FMl808一塊中。閃存不支持按字節(jié)寫，只支持按頁或塊擦除，所以在鐵電存儲器中開辟一塊存儲歷史數(shù)據(jù)。當(dāng)鐵電存儲器中的歷史數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目滿足閃存的一頁時，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到閃存中。在鐵電存儲器相應(yīng)地址查詢索引的索引、數(shù)據(jù)的索引、疲勞駕駛記錄和最近15分鐘每分鐘的車速。在閃存相應(yīng)頁中查找最近2個同歷天或者最近360h的車速和累計行駛里程。在鐵電存儲器相應(yīng)地址查找車輛特征</p><p>

97、;　　4.4 液晶顯示單元</p><p>　　記錄儀顯示模塊的功能是實時反映汽車行駛狀態(tài)并提供人機(jī)操作接口。默認(rèn)顯示實時時間、車速、駕駛員代碼，通過鍵盤可以顯示國標(biāo)規(guī)定的其它要求。</p><p>　　4.4.1 鍵盤流程</p><p>　　設(shè)置選擇菜單／退出、向上方向鍵、向下方向鍵、確認(rèn)4個操作按鍵。菜單由顯示最近15min內(nèi)每分鐘的平均車速、顯示車輛特征系數(shù)

98、和打印等選項組成。菜單每個選項送液晶顯示，以供用戶選擇。當(dāng)顯示數(shù)據(jù)多于液晶屏一屏?xí)r，使用方向鍵上下翻頁。限于篇幅，本文不給出其流程圖。</p><p>　　4.4.2 液晶顯示流程</p><p>　　NSl2232A液晶屏為點陣式液晶屏，輸入字符是以點陣的形式輸入，首先獲得要輸入圖形、漢字的字符點陣，然后按位置輸入到液晶屏上顯示出來。液晶顯示軟件流程如圖4-5所示。</p>

99、<p>　　圖4-4液晶顯示軟件流程圖</p><p>　　由于每個漢字的字模為16*16點陣，英文字符和數(shù)字的字模為8*8點陣，因此每行最多可以顯示七個半漢字或十五個英文字符或數(shù)字。當(dāng)列數(shù)大于等于0且小于61時，主控制器寫數(shù)據(jù)到顯存RAM中：當(dāng)列數(shù)大于等于61小于122時，從控制器寫數(shù)據(jù)到顯存RAM中。實時時間和車輛累計行駛里程采用8421BCD碼，速度、開關(guān)量信號、車輛特征系數(shù)和駕駛員代碼采用十六

100、進(jìn)制編碼，車輛VIN號和機(jī)動車駕駛證號碼采用ASCII碼，車牌號碼和車牌分類采用ASII字符碼和漢字。其它特殊字符如“／”，“：”等采用ASII字符碼。采用8421BCD碼和十六進(jìn)制編碼的字符在液晶屏顯示時，字母需要加65(十進(jìn)制)，數(shù)字加48(十進(jìn)制)使之轉(zhuǎn)為ASII字符碼顯示。漢字點陣字模為16*16，液晶屏每頁8行、122列，因此漢字使用液晶屏的2頁顯示[11-12]。</p><p>　　4.4.3 液晶

101、字庫的構(gòu)造與提取</p><p>　　為降低成本和降低字庫對硬件存儲空間的要求，采用自定義的字符庫，汽車行駛記錄儀使用約100個漢字、26個大寫英文字母、10個阿拉伯?dāng)?shù)字及其它字符如“／”、“：”等。熱敏打印機(jī)字庫與液晶顯示器字庫是兩個不同字庫，由于打印板不與主控制板統(tǒng)一裝配，熱敏打印機(jī)字庫存儲在熱敏打印板的主控芯片STC89RC58RD+中。國標(biāo)規(guī)定顯示數(shù)據(jù)參數(shù)時字符高度不小于4mm。NSl2232A點大小寬半

102、高0．36*0．41ram，點距離寬宰高為0．40*0．45mm。因此每個漢字的點陣字模為16"16，英文字符和數(shù)字的字模為8*8點陣，每個數(shù)字和字母字符的點陣字模為8*8。為調(diào)試方便，默認(rèn)顯示速度、實時時間及駕駛員代碼，故英文和數(shù)字字模取為8*8。NSl2232A顯存縱向排列方式，字節(jié)內(nèi)的位順序是下高上低，“1’’對應(yīng)黑點，“0”對應(yīng)白點。使用字模軟件取模時按照縱向和字節(jié)位下高上低的方式取模。字庫采用二維數(shù)組，一維控制不同字

103、符，另一維控制每個字符的點陣輸出。漢字、字母或數(shù)字等字符分別采用不同數(shù)組。</p><p><b>　　第五章 總結(jié)</b></p><p>　　本文通過認(rèn)真查閱了大量文獻(xiàn)，了解和掌握了汽車行駛記錄儀的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，明確了課題研究的目的和意義。進(jìn)一步認(rèn)真，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了軟件工程，數(shù)據(jù)庫和程序設(shè)計的有關(guān)知識和理論，為汽車行駛記錄儀的設(shè)計奠定了堅實的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。并得

104、到以下研究成果：</p><p>　　（1）根據(jù)國標(biāo)設(shè)計出了一種利用單片機(jī)為核心構(gòu)成的，實現(xiàn)汽車數(shù)據(jù)采集的便攜式系統(tǒng)。這個系統(tǒng)不僅可以精確的采集數(shù)據(jù)，還可以記錄汽車的行駛狀態(tài)，這對于預(yù)防交通事故的發(fā)生，以及實時監(jiān)控駕駛員的動態(tài)有著重要的作用。</p><p>　?。?）就汽車行駛記錄儀系統(tǒng)的硬件設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計做了詳細(xì)的介紹和說明，設(shè)計出符合國標(biāo)和企業(yè)要求的汽車行駛記錄儀系統(tǒng)并實現(xiàn)了駕駛

105、員身份、實時時鐘、車速和剎車等信號的數(shù)據(jù)采集功能。</p><p>　　由于本人的精力和能力有限，未能對設(shè)計出的系統(tǒng)進(jìn)行實物或者仿真實驗，所以對系統(tǒng)的軟件設(shè)計無法達(dá)到精細(xì)化，待以后條件成熟，可以著重對著方面進(jìn)行研究。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 潘漢中等．汽車行駛記錄儀國家標(biāo)準(zhǔn)．北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢

106、驗檢疫總局 2003</p><p>　　[2] 張友德等．單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實驗．上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2001．5．</p><p>　　[3] 潘旭峰．現(xiàn)代汽車電子技術(shù)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998．1 </p><p>　　[4] 謝銘剛，張奕黃．現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)在純電動汽車控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究．自動化博覽，2004，5：78~80</p>

107、;<p>　　[5] 潘琢金，施國君．C8051FXXX高速SOC 單片機(jī)原理及應(yīng)用．北京：航空航天大學(xué)出版社，2002 </p><p>　　[6] 黃艷玲，李立偉．多功能汽車行駛狀態(tài)記錄儀的設(shè)計．電子技術(shù)應(yīng)用，2006，3 ：102~104 </p><p>　　[7] 姚勝華．汽車電器與電子控制技術(shù)[M] ．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2010.8．</p>