【正文】 他電氣故障。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(jìn)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。 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(qiáng)，記錄準(zhǔn)確抗振性強(qiáng)的特點。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(xì)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(biāo)準(zhǔn)格式的存儲等程序。 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。 主機(jī)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(jī)和數(shù)據(jù)通信接口等裝置組成。 5km／ h。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。 汽車行駛記錄儀 將會有很大的應(yīng)用范圍和發(fā)展前景。由于記錄儀能夠?qū)崟r地記錄車輛運行和駕駛員駕駛活動的有關(guān)信息非常便捷，它可在遏止疲勞駕駛、車輛超速等嚴(yán)重交通違章、約束駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為、預(yù)防道路交通事故、保障車輛行駛安全、提高營運管理水平等諸多方面發(fā)揮 著 重要的作用。 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國道路交通事故也呈上升趨勢，尤其是長途客運車輛的重、特大道路交通事故增多，帶來了巨大的 經(jīng)濟(jì)損失。 本文主要內(nèi)容： 介紹了汽車行駛記錄儀的一些主要器件的功能、性能和使用，深入地研究了USB技術(shù)。學(xué) 號： 202101010122 HEBEI UNITED UNIVERSITY 畢業(yè)設(shè)計說明書 GRADUATE DESIGN 設(shè)計題目： 汽車行駛記錄儀設(shè)計 學(xué)生姓名： 紀(jì)寶亮 專業(yè)班級 ： 08 電 1 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 屈 濱 ［職稱］ 2021 年 05 月 30 日 摘要 I 摘要 汽車行駛記錄儀是一種特殊的數(shù)字式電子記錄裝置，它可以對車輛行駛速度、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，然后通過 USB和 RS232接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出。完成了數(shù)據(jù)采集模塊的軟、硬件制作及調(diào)試。為 此， 我國從 2021 年 9 月 1 日開始實施了汽車行駛記錄儀國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 190562021 很多地方政府也對車輛安裝行駛記錄儀做了強(qiáng)制性規(guī)定 。 汽車行駛記錄儀的發(fā)展前景 現(xiàn)在，我國 正在積極推進(jìn)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(qiáng)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 。 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(biāo)注日期和時間；記錄儀可對連續(xù)駕駛時間進(jìn)行記錄；連續(xù)時間 24h 的誤差177。記錄汽車每次的剎車時間及剎車時的車速。 數(shù)據(jù)通信：單片機(jī)與 PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。如果主機(jī)本體上不包含顯示器、打印機(jī)，則應(yīng)留有相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示和打印輸出接口。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。 小結(jié)： 汽車行駛記錄儀 能完整、準(zhǔn)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)。 3．整個系統(tǒng)應(yīng)具有良好的密封性。 表 (單位：伏特 ) 標(biāo)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。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。 數(shù)據(jù)分析軟件性能要求 國標(biāo)對記錄儀上位機(jī)數(shù)據(jù)分析軟件作了明確的規(guī)定。 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(biāo)為實 時時間及日期，縱坐標(biāo)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。 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。但是其抗干擾能力低：系統(tǒng)時鐘為 12MHZ時， 機(jī)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 3：微控制器選用 Microchip 公司的 PIC 系列單片機(jī)，它是 是采用 RISC結(jié)構(gòu)的高性能嵌入式微控制器。 基于以上特點我們選用 PICl6F73 單片機(jī)。 (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。 (8)內(nèi)置自振式 (RC 振蕩 )看門狗。 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。經(jīng)接口電路將非電量信號轉(zhuǎn)換成電量信號供單片機(jī)識別，單片機(jī)通過串口將采集的信息傳送到數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中。 4．將采集的信息實時地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中。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。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． 25秒計數(shù)器測得的脈沖數(shù) (頻率 )為 f， 車輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為 N： N=f／ n 在 0． 2 5秒鐘內(nèi)汽車行駛的距離為 L： L=2 π RN (3． 2) 在 1秒鐘內(nèi)汽車行駛的距離為 L1： L1= 4L 在 1小時內(nèi)汽車行駛的距離 (速度 )為 V： V=3600 L1 由于汽車的車輪直徑不同，由上面的公式計算出的速度可能與車行的實際速度相差很多，為此，我們設(shè)計一個速度校正系數(shù) M，使測得的 速度值盡量與實際速度值接近。由于磁電河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 10 式傳感器以上的優(yōu)點，我們選用霍爾集成傳感器 (磁電式傳感器的一種 )構(gòu)成速度傳感器。開關(guān)型霍爾傳感器又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出級組成開關(guān)型霍爾集成傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字信號。 V5將整形后的脈沖倒相放大后加至射極跟隨器 V6， V6將輸出級和放大管 v5隔離，以免帶負(fù)載時影響霍爾開關(guān)集成電路性能， V V7構(gòu)成雙管集電極輸出，可同時輸出兩個功能相同、電平一致的信號，增加了使用上的方便。 圖 霍爾開關(guān)集成電路原理線路 如圖 。若外加磁場的 B值降低到 BRP。它的輸出特性如圖 示。 UGS一 3040T的特性 ? 電源電壓 4． 5V～ 24V： ? 工作溫度范圍 4 0℃～ 125 ℃： ? 閾值 (工作點 )磁通典型值 150 G； ? 釋放點磁通典型值 100G： ? 最大輸出電流 25mA。當(dāng)磁屏蔽葉輪的一個葉片轉(zhuǎn)到磁鐵和霍爾集成式傳感器之間的空隙時，磁場就中斷了；當(dāng)磁屏蔽葉輪的一個窗口轉(zhuǎn)到磁鐵和霍爾集成式傳感器之間的空隙時，允許磁場通過，并不受阻礙的傳 到霍爾集成式傳感器上。為增強(qiáng)霍爾集成式傳感器輸出級的帶負(fù)載能力及保護(hù)傳感器，電路中增加小功率管 Q1。由圖可知，速度信號經(jīng)處理后，又經(jīng)光耦進(jìn)行光電隔離后送入單片機(jī)的計數(shù)器輸入端口 P25(TOCK口 )，由單片機(jī)定時讀取計數(shù)器值，通過計算得到汽車行駛速度。 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 15 并串轉(zhuǎn)換芯片 CD4021 CD4021引腳配置 和 引腳說明如圖 ，表 CD402l引腳功能表。系統(tǒng)采用兩路門控信號并接到一起，無論哪一個門打開，整體輸出都為高電平。經(jīng)過 CD4021將并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號再經(jīng)過光電隔離后送入單片機(jī)的 RB1口。按電路結(jié)構(gòu)形式分，有降壓式直流變換器、反相式直流變換器、升降式直流變換器、 C’ uk直流變換器、單端直流變換器和雙端直流變換器。在負(fù)載對直流電源的穩(wěn)定度要求不高，而且負(fù)載電流變化不大的場合，直流變換器的輸出可以直接向負(fù)載供電，而不必再采取穩(wěn)壓措施。 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 19 圖 直流 變換器穩(wěn)壓方式框圖 2． 降壓式直流變換器的工作原理 降壓式直流變換器是由起開關(guān)作用的功率三極管 BG、儲能電感 L、續(xù)流二極管 D、濾波電容 C。三極管 BG的基射極之間加的是由控制電路送來的周期為 T的脈沖信號 u。供電，同時向 c。而續(xù)流二極管 D因反向偏置而截止。后，控制脈沖又使 BG導(dǎo)通，上述過程重復(fù)發(fā)生。當(dāng) t=T∞時， BG導(dǎo)通狀態(tài)截止， L中的的電流達(dá)到最大值 ILP即 ILP= LUoUi? Ton + ILV (2)BG截止期間，電感 L中的電流通過續(xù)流二極管 D向負(fù)載提供電流，假如忽略 D的正向壓降，則可得出電感 L兩端的電壓： uL=－ L dtdil =Uo 出由此可以得出 iL=－ dtLUo?= － tLUo +ILP 式中，初始值 I。便得到 U。 Ui 式中 Ton：開關(guān)管導(dǎo)通時間； Toff： 開關(guān)管截止時間； T： 開關(guān)管的工作周期； f： 開關(guān)管的工作頻率； q： 開關(guān)占空比， q=f． Ton (4)Uo的調(diào)節(jié) 由于占空比 q總是小于 1的，所以在圖 ，其輸出電壓的平均值 Uo總是小于輸入電壓的平均值 Ui的，因此稱為降壓式直流變換器。 ? 保持開關(guān)導(dǎo)通時間 Ton不變，調(diào)整工作頻率 f，稱為脈沖頻率調(diào)制。可組成降壓式、升壓式或電壓反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源。虛線框內(nèi)是 DCDC電路芯片 MC34063，外圍元件電感 L、二極管 VD、輸 出 電容 Cout及 R1和 R2分壓器組成。 圖 MC34063 的工作狀態(tài)圖 3．電路實現(xiàn) 本系統(tǒng)電源采用脈寬調(diào)制的方法來保持輸出電壓的穩(wěn)定，工作頻率為 35Khz，供電電路如圖 。 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 25 圖 電源電路 溫控電路 由于系統(tǒng)是工作在密封環(huán)境下，為避免在氣溫過低時系統(tǒng)不能正常工作，我們在系統(tǒng) 中 設(shè)計了自動溫控電路，這樣可以使系統(tǒng)工作在恒溫下。 當(dāng)溫度降低時， RT1的電阻增大，使得 R36和 RT1之間的電壓升高，當(dāng)達(dá)到高電平的時候， RR1為高電河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 26 平，使得 M1導(dǎo)通， RW RW2處于工作狀態(tài)給整個系統(tǒng)加熱。同時需將實時數(shù)據(jù)暫存起來，滿一頁時，再將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，為此我們選用 Atmel公司的 AT24C16作為數(shù)據(jù)暫存器。 I2C總線的時鐘線 SCL扣數(shù)據(jù)線 SDA都是雙向傳輸線。 由于 I2C總線接 口 均為開漏或 開集電極輸出 ，故 需 加上拉電阻。只有在時鐘線 為 低電平時，才允許數(shù)據(jù)線上的電 平 狀態(tài)變化。 終止信號：在時鐘線保 持高電平期間，數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)由低到離的電平變化時將停止 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送，為 I2C總線的終止 信號。 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 28 圖 I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送 圖 I2C總線的起始信號和終止信號 3． I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送 I2C總線上傳送的每一個字節(jié)均為 8位，但每啟動一次 I2C總線，其后的數(shù)據(jù)傳輸字節(jié)數(shù)是沒有限制的。 當(dāng)主控器接收數(shù)據(jù)時，接收到最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須給被控發(fā)送器發(fā)送一個非應(yīng)答位 (A)，使被控發(fā)送器釋放數(shù)據(jù)線，以便主控制 發(fā)送停止信號，從而終止數(shù)據(jù)傳送。 總線上的數(shù)據(jù)傳輸有許多讀、寫組合方式。允許備用電池長時 時間 供電，故可構(gòu)成不停電的實時時鐘， 同時可作為片內(nèi) RAM的數(shù)據(jù)保護(hù)電源，可以當(dāng)成非易失性 RAM使用，也可用作 6位 BCD碼數(shù)表示的時間 計數(shù)器。 PCF8583的日歷時鐘、事件計數(shù)器的全部工作狀態(tài)設(shè)置、控制、時鐘／事件計數(shù)、時鐘／事件編程起鬧、中斷管理等，占用了 00H～ 0FH空間作為工作寄存器、計數(shù)器、定時器使用。 控制狀態(tài)寄存器的格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7：停止計數(shù)位。 D5 D4：功能方式。 D2：起鬧允許位。 (2)計數(shù)器寄存