【正文】 旦 /PC??處于未知狀態(tài)，就將系統(tǒng)復位。此外，當 Vcc 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 9 頁 共 52 頁 低于復位門限時， WDO 保持低電平。將 WDI 懸空或連接一個高阻抗三態(tài)緩沖器將禁止看門狗功能。在上電、掉電期間及在電壓降低的情況下可產(chǎn)生一個復位信號。這時要求系統(tǒng)應首先檢測到電源的變化，然后通過切換電路把備用電池接入系統(tǒng)，以保護 RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。故采用硬件 MAX813L看門狗電路，可以實現(xiàn)不用人來監(jiān)視，就能使系統(tǒng)擺脫死循環(huán)，重新執(zhí)行正常的程序。 圖 23 系統(tǒng)時鐘引腳接口電路 看門狗電路的設計 考慮到單片機處于實際工作時電池和其他干擾造成單片機的不穩(wěn)定，引起程序亂飛，可能會使程序陷入死循環(huán)。如果出現(xiàn) 0，表明內部電池耗盡。寄存器B的主要功能是初始化設置，初始化時必需將相關位置 1，才能初始化時間和日歷字節(jié)，對相關位進行設置，可使系統(tǒng)具有周期中斷、鬧鐘中斷、更新結束中斷功能，可控方波的輸出，可控制時間的顯示模塊，并可自動執(zhí)行夏令時制。電路通電時，充電電路自動對電池充電。在本設計中， 5V穩(wěn)壓部分取 R2=? ， R1=? 。其輸入電壓范圍為 3～ 40V，工作電流典型值為 ，內部開關管電流 ，輸出電壓可設定或連續(xù)可調，工作頻率由外部電容確定，最高 100KHz，內部有精確為 2%的 ，并有輸出電流限制電路。采用輸入范圍寬的 DCDC將輸入的車載電壓轉換成 5V直流電源，提供給內部電路。 8031內部包含 1個 8位 CPU、 128B RAM， 21個特殊功能寄存器（ SFR） 、 4個 8位并行 I/O口、 1個全雙工串行口， 2個 16位定時器 /計數(shù)器，單片內無程序存儲器，需外擴 EPROM芯片。 本系統(tǒng)需采集的數(shù)據(jù)主要 為： 8路開關量信號、車速脈沖信號和實時時鐘數(shù)據(jù)?；谇度胧讲僮飨到y(tǒng)的記錄儀產(chǎn)品可以實現(xiàn)比較多的功能，智能性也好，但開發(fā)周期和成本較高?？傊?，汽車黑匣子的全面性、包容性和適應性是實現(xiàn)汽車電子綜合化集成化的核心， 并必將成為未來 ITS系統(tǒng)的重要組成部分。這一趨勢，必然為汽車黑匣子的發(fā)展與應用提供廣闊的空間。目前，國內汽車黑匣子僅停留在作車速記錄儀的低水平上，且尚無實時檢測、記錄車輛縱向平和橫向運動加 (減 )速度 的產(chǎn)品，也無達到新標準關于存儲數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)通訊要求的產(chǎn)品，因此，此類產(chǎn)品市場潛力還是比較大的。 汽車“黑匣子”問世于 70年代后朗，開始用于記錄汽車行駛的速度和距離 ；從 90年代開始，美國和歐洲的制造廠商們紛紛組織人力開發(fā)研制汽車行駛狀態(tài)記錄器。黑匣子還可以設置反劫防盜功能。目前的汽車黑匣子雖然在可靠性、體積方面取得了較大的改善，但不具有圖像存儲的功能 。從全球看每一分鐘就有一個人死于汽車交通事故， 1982以來全球總共有大約 3000萬人死于交通事故中。隨著國民經(jīng)濟、公路運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車的需求量在不斷地增長，可隨之而來的卻是交通事故的頻繁發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計我國是道路交通事故死亡人數(shù)最高的國家，連續(xù)數(shù)年一直居世界第一位，近 20年來，由于交通事故造成的死亡人數(shù)己達到 108萬人。如何采取有效措施預防道路交通事故的發(fā)生，特別是提供一些事故發(fā)生前的有效數(shù)據(jù)給汽車制造商使其制造出更安全的汽車來減少交通事故放生和最大限度地減低交通事故中對人的傷害，同時提供一個電子眼來幫助交通部門提高事故處理的準確性、公正性及快速性，是一個值得研究的實際課題 [1]。它所存儲的汽車信息，對于各種起因的突發(fā)事件不能有效、準確地提供可分析和處理的科學依據(jù)。裝上該產(chǎn)品后，除了車主和車主委托的人外，其他人即使有了車鑰匙也無法起動汽車 !即使拆除黑匣子也仍然無法起動汽車，從而在傳統(tǒng)防盜器的基礎上又有了新的技術突破。開發(fā)汽車黑匣子的目的是實時循環(huán)紀錄碰撞過程中的制動踏板，汽車減速度，空氣囊引爆，以及安全帶鎖緊等信號，以判斷駕駛員是否踏緊急制動 、是否系安全帶，汽車的空氣囊是否引爆，引爆時刻是否合適，安全帶的鎖緊機構是否失效，從而可以客觀地、科學地劃分汽車廠商和駕乘人員的事故責任。目前，我國生產(chǎn)汽車黑匣子的企業(yè)有 10余家，產(chǎn)品數(shù)十種，經(jīng)過國家有關權威部門檢測合格后，汽車黑匣子開始在全國各省市推廣使用。 目前，在美國、歐洲已經(jīng)出現(xiàn)了不少適合各種不同運輸專業(yè)管理需要的汽車黑匣子。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 4 頁 共 52 頁 2 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)的總體設計方案 目前，已經(jīng)有各式各樣的汽車行駛記錄儀產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上，其功能差別也大相徑庭，有的功能簡單，有的則包括了很多國家標準規(guī)定外的附加功能，如 GPS、語音通信、圖像拍攝、指紋識別等等。而基于單片機的產(chǎn)品不僅成本較低而且開發(fā)周期較短，雖然功能上不十分豐富，但比較合適現(xiàn)階段的使用，因此本文設計了基于單片機的汽車行駛記錄儀系統(tǒng)[2]。其中 8路開關量信號包括： 剎車、喇叭、左右燈、大燈、點火開關、 1號和 2號門、報警器等；實時時鐘包括：年、月、日、時、分、秒。此類單片機應用廣泛，價格相對較低，發(fā)展也比較成熟，是黑匣子低端的首選。在本設計中采用了 DCDC轉換芯片 MC34063。 由于單片機的供電電壓是 DC5V，因此相 應的電路圖 22所示。 系統(tǒng)時鐘模塊設計 為了記錄行車的時間，使行駛記錄儀能夠實時記錄汽車行駛狀態(tài)，采用專門的時鐘模塊提供時間信號，本系統(tǒng)選用 DS12887時鐘電路。充足一次電可供芯片時鐘運行半年之久，正常工作時可保持時鐘數(shù)據(jù) 10年內不會丟失。寄存器 C的主要功能是提供中斷請求、周期中斷、鬧鈴中斷以及更新結束中斷標志，以提供 CPU查詢。 DS12887采用數(shù)據(jù)與地址總線復用，選擇 INTEL模式與 8031總線連接。指令冗余和軟件陷阱技術不能使失控的程序擺脫死循環(huán) 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 8 頁 共 52 頁 的困境，這時系統(tǒng)將完全癱瘓。 “看門狗”技術是使用一個計數(shù)器來不斷計數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運行。 MAX813L的接口電路如 25所示。此外， MAX813L帶有一個 狗定時器。內部看門狗定時器清零的條件有三種：發(fā)生復位； WDI處于三態(tài)；或 WDI 檢測到一個上升沿或下降沿。 WDO 沒有最小脈沖寬度，只要 Vcc超過復位門限，WDO就變?yōu)楦唠娖蕉鴽]有延遲。 MAX813L僅有一個高電平有效的復位輸出。在掉電期間，當 Vcc降至復位門限以下時， RESET變?yōu)榈碗娖?，并?Vcc大于 。當需要高電平有效的復位時，應該使用 MAX813L。如果將 WDI懸空或連接到一個三態(tài)電路，看門狗的功能則被禁止，即被清零且不計數(shù)。一旦電源電壓 Vcc將至復位門限以下， WDO也將變?yōu)榈碗娖讲⒈３衷摖顟B(tài)。 數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)硬件設計 黑匣子模塊中使用傳感器采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲起來，而 8031不能滿足要求，故要擴展存儲器。這種存儲器利用編程器寫入后，信息可長久保持，因此可作為只讀存儲器。 MAXIM公司的 MAX200MAX211/MAX213， MAX232/MAX233， MAX3222/MAX3223系列接收 /發(fā)送在 RS232通信接口中日益得到廣泛應用，他們具有功耗低，工作電源由單電源的，也有多電源的，波特率高達 120KPS，外接電容 ～ 1F? 可選 ，具有多種封裝形式，接收器輸出為三態(tài) TTL/CMOS等優(yōu)越性， MAX232CPE為雙組 RS232接收發(fā)送器，工作電源為 +5V, ? 的電容，其市場價格低，主要由三部分組成：電壓倍增器， RS232發(fā)送器， RS接收器。 RS232接收器輸入 RS232電平，輸出 TTL/CMOS電平，不使用的接收器輸入，輸出端可以懸空，其輸入端內置 5K? 下拉電阻，當輸入端懸空時被下拉至地，經(jīng)反向器輸出端為高電平，如圖 26所示 。因為在計算機中使用的數(shù)據(jù)都是并行數(shù)據(jù)，因此在發(fā)送端，要把并行數(shù)據(jù)轉換成為串行數(shù)據(jù)；而在接收端，卻要把接到的串行數(shù)據(jù)轉換為并行數(shù)據(jù)。 在本系統(tǒng)中，以工作方式 2進行串行數(shù)據(jù)通信，其波特率為 9600。 圖 27 通訊口接口電路 雙機通信協(xié)議控制字 FD：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)通訊正?；蚪邮諗?shù)據(jù)正確確認控制字。 F9：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位里程數(shù)據(jù)。 CH375的 USB主機方式支持各種常用的 USB全速設備，外部單片機、 DSP、MCU可以通過 CH375按照相應的 USB協(xié)議與 USB設備通信 [6]。系統(tǒng)采用霍爾傳感器將速度信號轉換為脈沖信號，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。 霍爾轉速傳感器結構與原理 霍爾轉速傳感器是利用霍爾元件制成的，利用霍爾效應原理工作的：一個金屬或半導體薄片置于磁場中，磁場垂直于薄片，當薄片通以電流 Ie時，在薄片的兩側面上就會產(chǎn)生一個微量的霍爾電壓 UH，如果改變磁場上的強度，霍爾電壓的大小亦隨之改變，當磁場消失時，霍爾電壓變?yōu)榱?。待測物體以角速度 ? 旋轉 時，每當一個小磁鋼轉過霍爾開關集成電路，霍爾開關便產(chǎn)生一個相應的脈沖。 n =8 （ 23） 設 0． 2秒內計數(shù)器測得的脈沖數(shù)為 f，則車輪旋轉圈數(shù) N如式 24。 10 /V RNf n?? （ 27） 由 THS118型霍爾元件組成的速度測量電路 在系統(tǒng)中，采用了 THS118型霍爾元件作為速度測量部分的速度傳感器， THS118的特征如下：（ 1）超小 4引腳封裝（ 2）良好的溫度特性（ 3）溫度工作范圍大（ 55～ 125℃）（ 4）輸出電壓 線性良好 圖 28是采用 THS118的轉速檢測電路，磁轉子 M旋轉地同時，使霍爾元件 H的磁極 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 15 頁 共 52 頁 （ N,S） 產(chǎn)生變化，從而檢測轉子的轉速。 THS118輸出的波形為矩形波。這樣的點評輸至單片機的 T1計數(shù)口能滿足需要 [7,8]。 該模塊利用 74LS165型并行輸入 8位移位寄存器 作為輸入口，其硬件電路如圖 29所示利用單片機的 3根 I/O口線擴展為 8位的輸入口線，圖 29中 74LS165作為 8位的輸入線，CLK為時鐘脈沖輸入端， D0～ D7為并行輸入端，在系統(tǒng)中就是 8位開關量。開關量采集模塊電路如圖 210所示 [9]。 系統(tǒng)的抗干擾設計 對于安裝在車體中的記錄儀主 機，難免受到各種干擾的影響。 外部干擾源主要有電磁干擾、電源波動造成的干擾以及環(huán)境干擾等。 1） 通道干擾的隔離措施 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 18 頁 共 52 頁 目前在單片機應用系統(tǒng)中，最廣泛使用的是光電隔離技術，它能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使通道的信噪比大大提高。 （ 2） 信號走線盡量與電源、地線相一致，信號走線不要形成環(huán)路，以減少輻射或接收能力 ；也不要形成分支，以防止反射和產(chǎn)生諧波。每個集成電路芯片旁都安置一個 F? 陶瓷電容，電容的引線盡量短。車速信號的采集主要是通過外部中斷 INT1捕捉車速脈沖，而由定時器記錄脈沖的輸出間隔，從而計算出里程、車速等實時數(shù)據(jù)。但如果轎車上裝有安全氣囊爆炸裝置，那么判斷事故的發(fā)生將是十分的簡單，因為一旦安全氣囊爆炸，絕大多數(shù)情況就是發(fā)生事故。本人首先判斷安全氣囊爆炸裝置發(fā)出的信號。51H單元的第一位表示氣囊爆炸信號 ANL A,01H JNZ D1 。如果車體傾角不小于 90度時，判斷 車子翻，從而進入事故處理程序。取絕對值 CLR C SUBB A,90D 。分別說明如下： 當加速度大于 (負的 )60(公里 /小時 )時，不管車子是否剎車，肯定有撞車事件發(fā)生，因為正常剎車不可能達到這樣 的加速度； 檢查加速度是否大于 60 …… 。現(xiàn)在 A是車的加速度了 JNC DONEXT 。計算加速度 JC DONEXT 。根據(jù)經(jīng)驗，如果是不剎車，當加速度在 60到 20之間時，撞車事件必然發(fā)生，因為上坡的自然減速不可能達到那么大。51H的第二位為剎車信號 ANL A,02H JNZ BAK_YES1 。比較 4次方向盤角度差 MOV R0,0E0H 。在此 4次比較中，有一次不符時退出比較 YES1: NOP 。加速度（ 60a30） ,剎車并且方向盤亂轉 NOT1: MOV R0,0E1H MOV 0E0H,R0 MOV R0,0E2H MOV 0E1H,R0 MOV R0,0E3H MOV 0E2H,R0 MOV R0,0E4H MOV 0E3H,R0 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 24 頁 共 52 頁 MOV 0E4H,00H …… 最后是檢查車是否停了。53H為發(fā)動機轉速的高位 MOV R7,54H