【正文】 運管理水平等諸多方面發(fā)揮 著 重要的作用。 汽車行駛記錄儀的發(fā)展前景 現(xiàn)在，我國 正在積極推進汽車行駛記錄儀安裝使用和監(jiān)管工作，上海、廣州、深圳、西安、哈爾濱等地還將 GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)與汽車行駛記錄儀組合使用，在網(wǎng)絡(luò)的強大支持下，實現(xiàn)實時跟蹤監(jiān)控，使 道路交通事故逐年下降 。在我國很多城市都可以進行 汽車行駛記錄儀 的自主研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)。也使 汽車行河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 2 駛記錄儀 的功能和質(zhì)量不斷完善和提高，有了不斷創(chuàng)新和進步的發(fā)展趨勢。 汽車行駛記錄儀 將會有很大的應(yīng)用范圍和發(fā)展前景。 汽車行駛記錄儀的 基本情況 汽車行駛記錄儀的功能 l、實時時鐘：記錄儀提供北京時間的日期和時鐘，該日期和時鐘被用于為記錄 儀實現(xiàn)所有功能 (記錄、輸出、數(shù)據(jù)通信等 )標注日期和時間；記錄儀可對連續(xù)駕駛時間進行記錄；連續(xù)時間 24h 的誤差177。 5s 以內(nèi)。 車輛行駛狀態(tài)、速度的測量、記錄、存儲：記錄 儀以 0． 2s的時間間隔持續(xù) 記錄并存儲停車前 20s 實時時間對應(yīng)的車輛行駛速度。其中速度的記錄單位為km／ h，測量范圍為 O～ 220 km／ h，測量分辨率為 l km／ h。記錄汽車每次的剎車時間及剎車時的車速。這些詳細的數(shù)據(jù)將作為事故疑點數(shù)據(jù)，為查明事故原因提供第一手資料：當(dāng)車速傳感器輸出的脈沖信號超過 5脈沖／ s并持續(xù) 5s以上時，則認為車輛處于行駛狀態(tài)，否則為停止?fàn)顟B(tài)。記錄儀以 l min 的時間間隔持續(xù)記錄并存儲車輛在最近 720h 內(nèi)的行駛速度數(shù)據(jù)，其中車速是以 l min 的間隔記錄實時時間相對應(yīng)的每分鐘間隔內(nèi)的平均行 駛速度值；對車速的記錄誤差不大于177。 5km／ h。 數(shù)據(jù)通信：單片機與 PC 機之間的數(shù)據(jù)傳輸。 PC 機的數(shù)據(jù)庫軟件的設(shè)計：接受記錄儀存儲的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)庫管理和數(shù)據(jù)處理。 汽車行駛記錄儀的 結(jié)構(gòu) 記錄儀主要由主機、車速傳感器和數(shù)據(jù)分析軟件三部分組成。 主機由微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、實時時鐘、顯示器、操作鍵、打印機和數(shù)據(jù)通信接口等裝置組成。如果主機本體上不包含顯示器、打印機，則應(yīng)留有相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示和打印輸出接口。主機實現(xiàn)國標規(guī)定的車輛行駛速度、時間、里程等信息的 記錄、存儲、顯 示、打印、數(shù)據(jù)通信接口輸出數(shù)據(jù)功能。 車速傳感器 主要 實現(xiàn)車輛速度信號采集的功能。 第 1 章 緒論 3 數(shù)據(jù)分析軟件應(yīng)全部使用中文界面，并具有一定兼容性，能在通用的中文操作系統(tǒng)中安裝使用。數(shù)據(jù)分析軟件具有原始數(shù)據(jù)讀取、查詢、統(tǒng)計、圖表生成、參數(shù)設(shè)置、操作權(quán)限管理等功能。 本系統(tǒng)的設(shè)計目標和特點 針對國內(nèi)目前的情況，在充分理解國家標準：學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外車載電子領(lǐng)域已有的成熟經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計了汽車行駛記錄儀的電路系統(tǒng)。本系統(tǒng)實現(xiàn)功能的基本目標有： (1)采用功能強勁、適用性強、搞干擾好的主控制芯片，保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力 、實時性及擴展性； (2)深入了解汽車行駛參數(shù)、原理及其采集方法，設(shè)計數(shù)據(jù)采集電路，采集汽車行駛數(shù)據(jù)： (3)選擇合適的數(shù)據(jù)存儲器，搭建數(shù)據(jù)存儲電路，保證數(shù)據(jù)存儲的實時性、準確性、長期性； (4)設(shè)計標準的接口電路，主要包括串口通信電路和 USB電路，在時間、能力允許的范圍內(nèi)可以設(shè)計網(wǎng)線接口。其中 USB電路是重點，涉及了通信協(xié)議和文件協(xié)議 ，需要仔細應(yīng)對； (5)協(xié)調(diào)好其它系統(tǒng)相關(guān)電路，如電源、時鐘等電路，保證系統(tǒng)在各部分電路共同作用下正常運行并實現(xiàn)功能； (6)保證系統(tǒng)的抗干擾性，在硬件及軟件上都要采取一定的 抗干擾措施； (7)編寫系統(tǒng)各部分配套軟件，包括時鐘的設(shè)定和讀耿、信號的采集、數(shù)據(jù)標準格式的存儲等程序。 小結(jié)： 汽車行駛記錄儀 能完整、準確地記錄汽車行駛狀態(tài)下的有關(guān)情況，能將汽車行駛軌跡完整記錄，并通過專用軟件在電腦上再現(xiàn)。它不僅擁有事故分析功能，還能在駕駛員超速行駛時發(fā)出超速報警聲以提醒駕駛員減速行駛，并詳細記錄車輛每次的起動時聞、行駛里程、行駛時問、最高車速以及每次最高車速的持續(xù)時間 ，方便管理部門根據(jù)所記錄的有關(guān)數(shù)據(jù)對車輛進行有效的管理 ，將會有很大的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 4 第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 的設(shè)計原則 1．汽車行駛記錄儀作為安裝在汽車上的實時監(jiān)控系統(tǒng)，在設(shè)計時應(yīng)考慮到能適應(yīng)不同車種的需要，應(yīng)具有功能強，操作簡單，維護方便，價格低廉、低功耗等特點。 2．作為記錄汽車行駛狀態(tài)的專門設(shè)備，應(yīng)具有性能穩(wěn)定，抗干擾強，記錄準確抗振性強的特點。 3．整個系統(tǒng)應(yīng)具有良好的密封性。 4．軟件設(shè)計應(yīng)直觀，界面友好， 容 錯性強，雙機通訊時應(yīng)有數(shù)據(jù)校驗。 電氣性能 要求 國標規(guī)定，記錄儀的主電源應(yīng)為車輛電源。記錄儀必須具備以下幾方面的 性能： 1．電源電壓適應(yīng)性 在按表 1． 1給出的電源電壓波動范圍進行電壓適應(yīng)性試驗時，試驗后記錄儀 數(shù)據(jù)記錄、顯示、打印輸出、數(shù)據(jù)通信等各項功能均應(yīng)正常。 表 (單位：伏特 ) 標稱電源電壓 電源電壓波動范圍 極性反接試驗壓 過電壓 12 9～ 16 14177。 O． 1 24 24 18～ 32 28177。 36 36 27～ 48 42177。 54 2．耐電源極性反接性能 在表 1． 1規(guī)定的標稱電源電壓極性反接試驗下，記錄儀應(yīng)能承受 1分鐘的極性 反接試驗，除熔斷器外 (允許更換燒壞的熔斷器 )不應(yīng)有其他電氣故障。試驗后記錄 儀的數(shù)據(jù)記錄、顯示、打印輸出、數(shù)據(jù)通信等各項功能均應(yīng)正常。 第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 5 3．耐電源過電壓性能 在表 1． 1規(guī)定的過電壓下，記錄儀應(yīng)能承受 1分鐘的電源過電壓試驗。 試驗后記錄儀的數(shù)據(jù)記錄、顯示、打印輸出、數(shù)據(jù)通信等各項功能均應(yīng)正常。 4．?dāng)嚯姳Ｗo性能 記錄儀斷電，自動進入保護狀態(tài)，斷電前存儲的數(shù)據(jù)至少經(jīng)過 15天不丟失。 數(shù)據(jù)分析軟件性能要求 國標對記錄儀上位機數(shù)據(jù)分析軟件作了明確的規(guī)定。但因為本文所研制的 記錄儀所記錄的數(shù)據(jù)在國標的基礎(chǔ)上有所擴充，相應(yīng)地，數(shù)據(jù)分析軟件的性能 也必須進行擴充。綜合以后，對數(shù)據(jù)分析軟 件的具體性能要求如下： 1．?dāng)?shù)據(jù)分析軟件應(yīng)全部使用中文界面，并具有一定兼容性，能在通用的中 文操作系統(tǒng)中安裝使用。 2．?dāng)?shù)據(jù)分析軟件應(yīng)具有原始數(shù)據(jù)讀取、查詢、統(tǒng)計、圖表生成、參數(shù)設(shè)置、 操作權(quán)限管理籌功能。 3．在采集原始數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)分析軟件應(yīng)能生成至少如下圖表： (1)事故疑點數(shù)據(jù)曲線圖 內(nèi)容及記錄格式應(yīng)符合前述對事故疑點數(shù)據(jù)的要求，曲線圖的橫坐標為實 時時間及日期，縱坐標為與實時時間對應(yīng)的車輛行駛速度值和制動狀態(tài)信號， 曲線圖上同時還應(yīng)包含車牌號碼、車牌分類、駕駛證號碼等內(nèi)容。 (2)一般行駛速度記錄 曲線圖 內(nèi)容及記錄格式應(yīng)符合前述對一般行駛速度記錄的要求，其橫坐標為實時 時間及日期，縱坐標為與實時時間對應(yīng)的車輛行駛速度值，藍線圖上同時還應(yīng) 包含車牌號碼、車牌分類、駕駛證號碼等內(nèi)容。 (3)開關(guān)量記錄曲線圖 內(nèi)容及記錄格式應(yīng)符合前述對開關(guān)量記錄的要求，其橫坐標為實時時間及 日期，縱坐標為與實時時間對應(yīng)的開關(guān)量狀態(tài)。 (4)數(shù)據(jù)列表 列表應(yīng)包含如下內(nèi)容：符合記錄間隔時間要求的實時時間及日期、實時時 間所對應(yīng)的車輛行駛速度、開關(guān)量狀態(tài) 信息 、車牌號碼和駕駛 人員信息 。 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 6 設(shè)計 方案 的 選擇 微控制 器的選擇 由于整個系統(tǒng)的設(shè)計涉及到數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲等問題，選用基于微控制器的系統(tǒng)，電路的實現(xiàn)不僅簡單而且成本低、功耗低、 還 能大大縮小整個系統(tǒng)的體積。本系統(tǒng)是一個車載系統(tǒng)，需要微控制器有很強的抗干擾能力，而且 要求微控制器內(nèi)部有看門狗定時器，以便在程序走飛時能自動復(fù)位。執(zhí)行指令速度要快，以便能高速處理采集到實時數(shù)據(jù)。 有以下方案可供選擇： 方案 1： 微控制器選用 AT89C51，其外圍接口電路簡單，成本低，而且它經(jīng)過多年的發(fā)展，技術(shù)也相當(dāng)?shù)某墒?。但是其抗干擾能力低：系統(tǒng)時鐘為 12MHZ時， 機器周期為 lus，執(zhí)行指令速度 慢 ，很難實時處理采集到的實時數(shù)據(jù)。 方案 2：選用基于 CPLD／ FPGA 的控制系統(tǒng)，可以將整個系統(tǒng)固化在芯片內(nèi)，從而使系統(tǒng)由電路板級轉(zhuǎn)化為芯片級，使系統(tǒng)的集成化大大提高。系統(tǒng)不僅體積小、重量輕、功耗低而且整個系統(tǒng)的可靠性也大大提高。但其價格昂貴，使成本成倍提高。 方案 3：微控制器選用 Microchip 公司的 PIC 系列單片機，它是 是采用 RISC結(jié)構(gòu)的高性能嵌入式微控制器。它具有的高速度、低工作電壓、低功耗、強大驅(qū)動能力、低價格等特點。 PIC 系列單片機總線結(jié)構(gòu)采取了數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛 (Harvard)結(jié)構(gòu)，具有很高的流水線處理速度；它的精簡指令集結(jié)構(gòu) (RISC)使它所有的指令都是單字節(jié)，每條指令執(zhí)行最快可達 200ns，因此其程序空間的效率比一般單片機高很多，同時具有很高的軟件可靠性。它內(nèi)部具有通過軟件設(shè)定即可獨立運行的 RC 振蕩計時器 (監(jiān)視定時器 WDT)， WDT 超時將使單片機進入復(fù)位狀態(tài)，這樣可以避免程序走飛。 基于以上特點我們選用 PICl6F73 單片機。 PICl6F73 的特點： (1)八位定時器／計數(shù)器 TMRO，帶八位預(yù)分頻器。 (2)十六位定時器／計數(shù)器 TMR1， 睡眠中仍可計數(shù)。 (3)有 12路捕捉輸入／比較輸出／ PWM輸出 (CCP)。 (4)八位定時器／計數(shù)器 TMR2，帶有八位周期寄存器及預(yù)分頻器和后分頻器。 (5)并行口操作。 第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 7 (6)同步并行口 I2C ／ SPI。 (7)同步通訊 SCI／ USART 操作。 (8)內(nèi)置自振式 (RC 振蕩 )看門狗。 系統(tǒng)電源設(shè)計方案選擇 方案 1：采用線性集成穩(wěn)壓器，優(yōu)點是簡單，常用，易于實現(xiàn)；缺點是效率低 (30％～ 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 2：采用由 DC— DC直流變換器組成的小型開關(guān)電源，它 不但具有重量輕、體積小的優(yōu)點而且具有效率高 (70％一 85 ％ )的優(yōu)點。 基于以上的比較，我們在設(shè)計中采用由 DC— DC直流變換器 組 成的小型開關(guān)電源為整個系統(tǒng)供電。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 圖 系統(tǒng)的 總體 結(jié)構(gòu)圖如上圖 所示。 數(shù)據(jù)存儲器 單片機 數(shù)據(jù)通訊 狀態(tài)指示 鍵盤顯示 開關(guān)量信息及接口電路 速度檢測及接口電路 實時時鐘 單片機 開關(guān)電源 數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 8 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計主要包括速度信號、開關(guān)信號、電源設(shè)計及溫控電路。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是安裝在機動車上，通過線束與相應(yīng)的信號相連接。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要 采集并傳輸?shù)男畔閯x車、喇叭、左右燈、大燈、氣壓、 1 號和 2 號門 、 報站器、速度等信號。經(jīng)接口電路將非電量信號轉(zhuǎn)換成電量信號供單片機識別，單片機通過串口將采集的信息傳送到數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成框圖如圖 ，主要完成如下各項任務(wù)： 1．實時采集速度。 2．實時采集開門次數(shù)。 3．實時采集剎車、喇叭、左右燈、大燈、氣壓等使用情況。 4．將采集的信息實時地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中。 5．實時地記錄實時時間。 圖 汽車變速器輸出的速度信號是 模擬信號，為了便于處理、存儲，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。系統(tǒng)采用磁電式傳感器將速度信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，霍爾式傳感器是利用霍爾元件制成的，霍爾元件是一種磁傳感器。用它可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻栐曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。霍爾元件具有許多優(yōu)點，它的結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、功耗小、頻率高 (可達 1MHz)、耐震動、不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或接口電路 PIC 單片機 速度接口電路 電池 時基電路 電源變換電路 光電隔離 通訊 數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng) 數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng) 供給 車載電源 速度信號 開關(guān)信號 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 腐蝕等。 速度測試原理 本系統(tǒng)選用磁電式傳感器將速度信號轉(zhuǎn)換為電信號，考慮到傳感器的體積要小，便于安裝，誤 差要盡量減小等要求，我們采用車輪旋轉(zhuǎn)一周速度傳感器要輸出若干個脈沖的方法，具體采用速度傳感器旋轉(zhuǎn)一周輸出三個脈沖的方法。設(shè)車輪系數(shù) (車輪半徑 )為 R，傳感器半徑為 r，則車輪旋轉(zhuǎn)一周速度傳感器輸出的脈沖個數(shù)為 n，計算脈沖個數(shù)的公式： n=3R／ r (3． 1) 設(shè)采樣率為 0． 25秒，則 O