【正文】 。但是與此同時，我國的汽車交通事故也在逐年增加，隨著技術手段的不斷發(fā)展， 車輛行駛記錄儀被認為是一種可以有效降低交通事故發(fā)生率的車載設備。 車輛行駛記錄儀能夠對車輛行駛速度、里程等行車參量實時測量 [2]，還能對駕駛員進行超速提醒，這對降低汽車交通事故發(fā)生率起到了積極的作用，配合衛(wèi)星定位系統(tǒng)（ GPS）和 無線通訊網(wǎng)絡 ，還可以實現(xiàn)車輛遠程監(jiān)控、遠程防盜報警以及運輸公司可以遠程了解和監(jiān)控各個車輛的實時位置與狀態(tài)，優(yōu)化運營配置，進行遠程動態(tài)管理 。目前車輛行駛記錄儀已經(jīng)在個人用戶和商業(yè)用戶中逐漸被廣泛使用。 目前國內 車輛行駛記錄儀市場上還主要有低端的車輛行駛記錄儀為主，這些記錄儀一般只有簡單 的測量行車速度、里程等簡單的功能，而高端行車記錄儀雖然功能豐富，但造價昂貴、安裝復雜不變，限制了其市場推廣速度，本設計的目的即在于設計一種能夠實現(xiàn)遠程無線通訊功能和 GPS 定位功能與一體的 車輛行駛記錄儀的一套完整方案。 國內外研究現(xiàn)狀 二十世紀三十年代初期，德國首先制造出了人類歷史上第一臺行駛記錄儀，這臺車輛行駛記錄儀是紙盤式的記錄儀。隨后歐洲國家逐步明確要求在要害行業(yè)和汽車運輸行業(yè)必須安裝車輛行駛記錄儀，這些都促進了車輛行駛記錄儀的普及工作。 由于建國初期中國的 汽車制造業(yè)基底較薄，因此 國內汽車的輔助 設備車輛行駛記錄儀的應用的更晚，大約在 1990 年 ，國內車輛行駛記錄儀的使用才逐漸推廣開來。隨著汽車電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，車輛行駛記錄儀也逐漸隨著技術的發(fā)展潮流不斷改進，由最初的簡單的紙盤式行駛記錄儀，到如今的高精度、多功能的電子式記錄儀，從最初的僅記錄速度、里程等功能單一的記錄儀到如今的和汽車導航、遠程監(jiān)控、智能監(jiān)控等高級功能結合在一起的高端車輛行駛記錄儀。 但 受江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 車輛行駛記錄儀的設計 2 制于高端車輛行駛記錄儀的高昂價格，目前個人汽車市場的中低端車輛行駛記錄儀的市場占有率較高，而配備有 GPS 定位導航、遠程終端控制等高級功能的車輛行駛記錄 儀市場占有率較低，一般用于交通運輸行業(yè)。 目前國內市場常見的車輛行駛記錄儀總體上來說有兩種類型：一種是獨立式行車記錄儀和另一種是將行車記錄儀與 GPS 定位系統(tǒng)合二為一的，它們基本上用 SD 卡 錄制，采集的車輛行駛數(shù)據(jù)可以方便的用電腦讀出，方便查看，都能滿足一般的行車記錄需求，安裝簡單方便。目前市面上大部分行車記錄儀除了能實現(xiàn)諸如行車速度、里程和溫度等基本的車輛行駛參量的實時測量顯示外，很多高端的行車記錄儀還具有 防盜報警、遠程監(jiān)控等實用的高級作用 。但目前市場上的車輛行駛記錄儀的功能多種多樣、質量參差不齊、價格也高低 不同，諸多設計上達不到行車記錄儀的國家標準，還缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，系統(tǒng)的穩(wěn)定性有待提高、相關軟硬件設計還有優(yōu)化提高的空間。 本論文的主要工作 設計主要的研究內容： （ 1）按照行業(yè)標準 測量 車輛行駛里程、溫度、速度 等 行車信息 ； （ 2） 對 相關行車 信息進行存儲、顯示、既可以通過無線通訊網(wǎng)絡傳輸行車 數(shù)據(jù)也可以通過 SD 接口輸出數(shù)據(jù) ； （ 3）結合 GPS 技術和無線通訊技術，實現(xiàn)遠程防盜報警和遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)? 功能 ； （ 4） 能輔助事故記錄與分析，能夠記錄汽車事故發(fā)生的汽車各種行車信息 等情況， 為交警處理汽車交通事 故提供判斷依據(jù) ； （ 5） 可 對汽車 司機疲勞駕駛、車輛行駛超速等違章問題 進行報警提示 [3]， 對預防道路交通事故發(fā)生，保障行車安全，起到非常關鍵的作用 ； （ 6）采用 micro SD 卡拓展作為行車信息的存儲與更新； 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 車輛行駛記錄儀的設計 3 2系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)功能 中華人民共和國在 2020年實行《汽車行駛記錄儀標準》規(guī)定車輛行駛記錄儀應具有以下功能 [4]: （ 1） 自檢功能 。 （ 2）能夠對行駛車輛的行駛速度、里程 等車輛進行測量與存儲 [5]。 （ 3） 能夠識別車輛駕駛員的身份，實現(xiàn)防盜報警、疲勞駕駛報警功能 。 （ 4） 測量數(shù)據(jù)可以通 過液晶等顯示屏顯示 。 （ 5） 具有人機交互的功能，可以通過按鍵控制執(zhí)行的功能 。 （ 6） 數(shù)據(jù)通信功能。 （ 1）方案一：采用 MCS51系列單片機作為微控制器 采 用 STC89C52 作為微控制器， STC89C52 是 STC 公司早年生產(chǎn)的一種拓展型的 8 位微控制器。其主要優(yōu)點是價格低廉且 MCS51 系列是最早引入國內的單片機系列，在國內有著極其廣泛的應用，設計范例經(jīng)典， 設計方案成熟，國內市場上的低端行車記錄儀產(chǎn)品大多采用這一微控制器。但是其 CPU運算能力較差、不易拓展、外圍接口模塊不足且 I/O 口不能滿足本設計的系統(tǒng)要求，顯然不能滿足此設計的要求。 （ 2）方案二：采用 TI 公司的 MSP430系列單片機 采用 MSP430F149 單片機為微處理器， msp430 系列單片機是由 是美國 德州儀器 （ TI） 九十年代推出的 主打超低功耗 的十六位單片機 ，具有豐富的片內片外接口 。其主要特點是處理能力強、運算速度快及超低功耗等特點。內部的看門狗定時器可以保證在程序跑飛時自動的復位使程序重新開始執(zhí)行，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性；硬件 USART 串行總線接口可以進行 UART 異步串行通信方式和 I2C 同步串行通信方式 ；本設計需要較多的通訊接口和較多的 I/O 端口連接外圍拓展模塊， 如 USB 通訊接口、 SD 卡接口、顯示交互模塊、按鍵交互模塊、聲光報警模江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 車輛行駛記錄儀的設計 4 塊、 GPRS 通訊模塊 等。 另外， MSP430 系列單片機有較多的中斷，有不同的優(yōu)先級，利用這些中斷源可以在軟件上采用中斷觸發(fā)機制，這樣可以實現(xiàn)超低功耗的特點。 綜上考慮了設計的硬件要求以及 MSP430F149 使用廣泛、性價比高等特點 ，最終設計選用 MSP430 系列的 MSP430F149 單片機作為系統(tǒng)的微控制器。 系統(tǒng)方案確定 設計采用 MSP430F149 單片機為微處理器 ， 通過外接電路包括霍爾測速模塊、 USB 通訊接口、 SD 卡接口、 LCD 顯示模塊、聲光報警模塊 、 按鍵交互模塊、GPS 接收機定位模塊 [6]和無線通訊通訊模塊組成具 有實用價值的 低功耗的 行車記錄儀系統(tǒng) 。 系統(tǒng)總體框圖如圖 21 所示 ： M S P 4 3 0 F 1 4 9 單 片 機八 路 開 關 量 輸 入測 速 頻 率 量 輸 入模 擬 量 輸 入G P S 接 收 模 塊存 儲 模 塊G S M / G P R S通 訊 模 塊電 源 模 塊復 位 電 路時 鐘 電 路L C D 顯 示 模 塊按 鍵 交 互 模 塊溫 度 測 量 模 塊 圖 21 系統(tǒng)總體框圖 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 車輛行駛記錄儀的設計 5 3 系統(tǒng)硬件設計 以 MSP430F149單片機為核心，與集成霍爾元件模塊組成測速模塊 、與液晶LCD12864組成系統(tǒng) 顯示模塊、與 DS18B20組成車溫測量模塊、與 SD卡接口組成系統(tǒng)存儲模塊、與蜂鳴器和三極管組成的報警電路組成系統(tǒng)的報警模塊、與SIM900A組成系統(tǒng)的 GSM/GPRS通訊模塊以及與 GARMIN公司的 GPS15組成定位接收模塊構成整個系 統(tǒng) 。 主控模塊設計 SD 卡接口設計 本設計采用外接 SD 卡 進行行車相關信息的存儲與定期更新。 MSP430F149單片機通過串行外設協(xié)議總線與 SD 卡插槽進行連接，串行外設協(xié)議總線只需四根線即可完成通訊，串行外設協(xié)議總線以主從方式工作，在單片機與 SD 卡通訊為點對點通訊，所以不需要進行尋找操作，所以便于讀取各種 SD 卡的數(shù)據(jù)信息。 SD 卡接口電路圖如圖 31 所示： 圖 31 SD 卡接口電路圖 電源模塊 車輛行駛記錄儀一般使用車載電源來提供整個系統(tǒng)的電源，而一般的車載電源大都為 12V直流電源。本系統(tǒng)中 MSP430 處理器的正常工作電壓為 ，GPS15 芯片的工作電壓為 ， SIM900A 芯片的工作電壓要求為 ，nCD11WP10DAT18DAT07GND6CLK5VDD4GND3CMD2CD/DAT31DAT29PAD112PAD213PAD314PAD415JP1SD/MMC CARDGNDVCCR8R9R10VCCDODICSSCLK江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 車輛行駛記錄儀的設計 6 電流應大于 2A,所以需要設計出由 12V車載電源供電的電源電路 [7]。本設計采用降壓型穩(wěn)壓芯片 LM2596， LM2596 能夠輸出高達 3A 的驅動電流 ,與此同時還具有很好的線性和負載調節(jié)特性。 LM2596 分為固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類型，其中固定輸出電壓有 、 5V 和 12V， 而可調輸出電壓可以輸出 到 37V的各種電壓。 LM2596 實現(xiàn) 12V轉 32 所示： 圖 32 電源電路電路圖 溫度數(shù)據(jù)的采集與處理 采用集成的 DALLAS18B20 溫度傳感器 ，該傳感器是集成的數(shù)字式溫度傳感器，全 部電路和元器件都集成在形如一只普通三極管大小的集成電路內。且 僅需占用兩個 I/O 口資源，轉換速度快，抗干擾能力強，測量精度也滿足要求本設計的精度要求，且其測量分辨率可以調節(jié)，按照需要的精度要求選擇不同的分辨率， 可選擇 9 到 12 位不同的分辨率，分辨率越高，測量精度越高，但轉換速度也相應的越慢，選擇任意分辨率都能完全滿足 系統(tǒng)測量環(huán)境溫度的精度要求。 由于其可用 ～ ，方便系統(tǒng)的供電電源設計，若用寄生電源供電方式可以直接通過與微處理器 I/O 口的數(shù)據(jù)線供電，這樣外接連線更加便捷。 DS18B20 與 MSP430F149 連接的電路圖如圖 33 所示： L1 33u+12V680uFC4Cap Pol1GNDD1IN5824220uFC5Cap Pol1Vin1OUT2GND3FB4ON/OFF5*江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 車輛行駛記錄儀的設計 7 圖 33 DS18B20 接口原理圖 交互電路設計 液晶顯示電路設計 器件選擇 ： 采用 8 位并行、帶中文字庫 LCD12864 作為顯示輸出模塊，LCD12864 最低至 電源電壓供電，可 以直接 其顯示分辨率為 12864, 內置8192 個 16*16 點漢字 ，足以顯示本設計中需要的全部數(shù)據(jù)與提示漢字等， MSP430F149 單片機片內外圍接口電路可以直接連接 LCD12864。 MSP430 單片機與液晶 LCD12864 的連接電路圖如圖 34 所示： 圖 34 LCD12864 連接電路圖 123DS18B20GNDVCCR7 P16GNDVCCVCCGND1VCC2V03RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714CS115CS216RST17VOUT18LEDA19LEDK201LCD12864P63P64P65P20P21P23P24P25P26P27P66GNDR110KR61KP22VCCVCCGNDvv江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 車輛行駛記錄儀的設計 8 按鍵控制電路設計 本設計中使用按鍵實現(xiàn)基本的系統(tǒng)復位、控制顯示和執(zhí)行選擇操作等功能。按鍵通過一個 的電阻連接到 ，當按鍵沒有按下時， I/O 檢測到電平，當有按鍵被按下時， I/O 檢測到低電平，通過軟件延時去抖電路判斷是否有按鍵按下，并執(zhí)行相應的程序 。 鍵盤的接口電路圖如圖 35 所示： 圖 35 按鍵接口電路圖 GPS定位電路設計 GPS 是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的簡稱。 GPS 定位系統(tǒng) 組成部分主要包括用戶接收機、空間衛(wèi)星和地面控制部分 [8]。 本系統(tǒng)采用了 GPS 接收芯片，將得到的包含位置的信息通過 UART 異步串行通信協(xié)議傳輸給 MSP430F149 處理器進行處理，