【正文】 數(shù)至少是 10次。記錄儀應(yīng)能持續(xù)記錄車輛從指定統(tǒng)計(jì)時(shí)間開始的累計(jì)行駛里程。在每次開車前，駕駛?cè)藛T應(yīng)首先確認(rèn)自己的代碼，確認(rèn)方式由制造商自定。僅使用面板按鍵應(yīng)不能對(duì)速度、時(shí)間、里程等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和刪除。 掉電保護(hù)功能 ： 數(shù)據(jù)對(duì)記錄儀至關(guān)重要，如果由于某些意外情況導(dǎo)致記錄儀掉電，系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)檢測(cè)，并做好當(dāng)前數(shù)據(jù)的保存工作 [6]。車輛使用的車載蓄電池標(biāo)稱值有兩種 12V 的和 24V的。 儀表系統(tǒng)對(duì)電源要求較高，只有穩(wěn)定的電源系統(tǒng)才能保證系統(tǒng)的可靠性 。 設(shè)計(jì)方案的選擇 方案一：采用線性集成穩(wěn)壓器，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是效率低 (30％一 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。 LM2596 電源芯片是降壓型電源管理單片集成電路，最大輸入電壓可達(dá) +40V，最大輸出電流高達(dá) 3A；同時(shí)該芯片屬于第二代開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，功耗小、效率高，具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性，輸出電壓的誤差可以保證在177。該器件只需 4 個(gè)外接元件，內(nèi)集頻率補(bǔ)償和一個(gè)固定頻率發(fā)生器，所以使用非常簡(jiǎn)便。本圖為輸出電壓為 5V的電路，使用 芯片，而輸出 5V 的電路相同，只需使用 芯片，其它元件相同。 掉電保護(hù) 儀表系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)必須保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性與完整性，汽車由于行駛工況比較復(fù)雜，可能由于各種不確定因素導(dǎo)致系統(tǒng)斷電，而且斷電時(shí)刻極可能是事故發(fā)生的時(shí)候，記錄此刻數(shù)據(jù)對(duì)事故分析有重要意義 [8]。汽車行駛過程中，輪子每轉(zhuǎn)一周，會(huì)通過汽車內(nèi)部的霍爾傳感器送出一對(duì)差分信號(hào)，此差分信號(hào)經(jīng)過信號(hào)采集模塊變成滿足要求的計(jì)數(shù)脈沖，此脈沖送到單片機(jī)的 T0端口進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，與此同時(shí)單片機(jī)的 T1進(jìn)行計(jì)時(shí)開始待到定時(shí)器產(chǎn)生中斷請(qǐng)求后 ，由計(jì)數(shù)器得到的脈沖數(shù)經(jīng)過速度計(jì)算的公式和里程的計(jì)算后得到汽車行駛的速度和里程且存儲(chǔ)于單片機(jī)的 RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。 開關(guān)量信號(hào)的采集 開關(guān)量信號(hào)包括車門、左燈、右燈、倒車 燈、遠(yuǎn)光燈、近光燈、剎車等共八路信號(hào)。 單片機(jī)模塊 單片機(jī)選型 圖 STM32F103管腳圖 STM32F103 是中等容量增強(qiáng)型， 32 位基于 ARM 核心的帶 64 或 128K 字節(jié)閃存的微控制器 USB、 CAN、 7 個(gè)定時(shí)器、 2個(gè) ADC 、 9 個(gè)通信接口 。 低功耗：睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式； VBAT 為 RTC 和后備寄存器供電。 多達(dá) 9個(gè)通信接口：多達(dá) 2個(gè) I2C 接口；多達(dá) 3個(gè) USART 接口；多達(dá) 2 個(gè) SPI接口 (18M 位 /秒 )； CAN 接口； USB 全速接口。 單片機(jī)的上電自動(dòng)復(fù)位電路如圖 ： 圖 上電自動(dòng)復(fù)位電路 鍵盤模塊 汽車行駛記錄儀現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求操作按鍵設(shè)置應(yīng)能滿足使用要求， 并且應(yīng)在對(duì)應(yīng)的位置標(biāo)出各按鍵名稱。此種鍵盤使用方便，但硬件開銷大、電路復(fù)雜、成本高，常不被單片機(jī)系統(tǒng)所采用，而是用非編碼鍵盤代替。 電路設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)的鍵盤解決方案 電路連接比較復(fù)雜，不管是獨(dú)立式鍵盤還是矩陣式鍵盤，都會(huì)浪費(fèi)微控制器的端口資源，要占用 多 根 I／ O端口線，這嚴(yán)重浪費(fèi)系統(tǒng)的端口資源。而且可以驅(qū)動(dòng) 8位共陰數(shù)碼管或 64只獨(dú)立 LED、64只獨(dú)立按鍵，并可提供自動(dòng)消除抖動(dòng)、連擊鍵計(jì)數(shù)等功能。 按鍵實(shí)現(xiàn)的方式是通過 12C總線與 ZLG7920鏈接實(shí)現(xiàn)信息通信。車輛行駛速度數(shù)據(jù)主要由事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)和行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)兩部分組成。 時(shí)間 (年、月、日、時(shí)、分、秒 )， 8421BCD碼，占用 6個(gè)字節(jié)。由此得出事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的邏輯格式如表 3． 4所示。速度的單位為 km/h，測(cè)量范圍為：0km/h220km/h，分辨率等于或優(yōu)于 lkm/h。本記錄儀中，總共存儲(chǔ) 最近 360小時(shí)內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此需要的存儲(chǔ)空間為： 360 60 9=194400(字節(jié) )=189． 84375k(字節(jié) )。實(shí)時(shí)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(duì)汽車、司機(jī)的運(yùn)行狀況考核 [12]。 (1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 記錄儀不僅要有較大的存儲(chǔ)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。單片機(jī)可以將采 集的數(shù)據(jù)及時(shí)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(chǔ)器中，充分保證記錄儀的可靠性。工作頻率最高可達(dá) 25MHz，存儲(chǔ)空間為 32K 8bit； 先進(jìn)的高可靠性鐵電制造工藝，體積小、抗干擾性強(qiáng)； 因此本記錄儀中用Flash型存儲(chǔ)器。采用鐵電存儲(chǔ)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(chǔ)空間及掉電不丟失數(shù)據(jù)的需求。汽車行駛記錄儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的電路連接如圖 。AT45DB081B有段、塊和頁三種操作方式，相關(guān)操作包括讀操作指令、編程擦出指令 兩部分。如果要對(duì)其執(zhí)行寫操作，必須 使 WP為高。這時(shí) SI上的任何數(shù)據(jù)都被忽略， SO處于高阻態(tài) [15]。駕駛員在開車之前插入 IC卡，直到離開時(shí)將 IC卡拔出，在此期間存儲(chǔ)的駕駛記錄均由該駕駛員產(chǎn)生。最常見的是輸入與駕駛證號(hào)碼唯一對(duì)應(yīng)的駕駛員代碼和密碼，從而實(shí)現(xiàn)駕駛員身份的識(shí)別。非接觸式 IC卡識(shí)別方式操作過程簡(jiǎn)單，但是抗干擾能力相對(duì)較弱，且成本較高。接觸式 IC卡存儲(chǔ)量大，讀寫機(jī)構(gòu)造價(jià)便宜，維護(hù)方便 [17]。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. 電路設(shè)計(jì) 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。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。在具備上述通信接口的基礎(chǔ)上，可以同時(shí)使用其它通信方式。 （ 3） 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)移，行車后，通過權(quán)限命令可用移動(dòng)優(yōu)盤采集數(shù)據(jù)，導(dǎo)入桌面管理系統(tǒng)，進(jìn)行分析修正。如圖 ，左邊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 USB接頭。 表 USB電纜連接定義 連接序號(hào) 信號(hào)名稱 典型連接線 1 VBUS（電源正） 紅 2 USB(負(fù)差分信號(hào)） 白 3 USB+(正差分信號(hào) ) 綠 4 GND（電源地） 黑 外層 屏蔽層 － 如表 ， USB電纜也包含了兩根電源線 VBUS和 GND，其電壓標(biāo)稱值為 +5V，但實(shí)際上這個(gè)電壓可能會(huì)偏高或偏低一些。通信接口使用標(biāo)準(zhǔn) RS232C9針接口，通信過程符合 RS232C標(biāo)準(zhǔn)。 MAX232芯片是 MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源、雙 RS232發(fā)送／接收器。 引腳介紹： C1+,C1,C2+,C2,V+,V等引腳各和一個(gè)電容組合，功能是產(chǎn)生 +12V和 12V兩個(gè)電源，提供給 RS232串口電平的需要； R1IN,R1OUT,T1IN,TIOUT為第一數(shù)據(jù)通道； R2IN,R2OUT,T2IN,T2OUT為第二數(shù)據(jù)通道。 設(shè)計(jì)方案的選擇 在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱 LED；液晶顯示器簡(jiǎn)稱LCD；熒光管顯示器。顯示器主要是為人機(jī)交互提供即時(shí)的信息，能讓人們與機(jī)器進(jìn)行很好的交流。 電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)選用了臺(tái)灣矽創(chuàng)電子公司生產(chǎn)的中文圖形液晶控制器 ST7920(128*64)，它與驅(qū)動(dòng)器 ST7921組成的模塊最多可驅(qū)動(dòng) 256 32點(diǎn)陣液晶，主要用于顯示漢字及圖形，并內(nèi)置了 2MB的中文字型 ROM(提供 8192個(gè) 16 16點(diǎn)陣的中文字型 )和 16KB半寬字型 ROM(提供 126個(gè) 16 8點(diǎn)陣的西文字型 )。該芯片共內(nèi)置 8192個(gè)漢字(16x16點(diǎn)陣 )， 128個(gè)字符 ASCII字符庫 (8x16點(diǎn)陣 )及 64x256點(diǎn)陣顯示 RAM(GDRAM) [23]。由于本系統(tǒng)使用的顯示數(shù)據(jù)量不大，并且要盡量簡(jiǎn)化電路，因此采用串行接口電路，注意電源和幾條控制線均要加 5V上拉，否則漢字可能不能正常顯示。通過它可以獲得汽車在每一個(gè)車速下所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。 DSl302是串行，涓流充電時(shí)鐘芯片，使用簡(jiǎn)單，通過一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口 I/O與微處理器通信，還可以通過其備份電源充電 [25]。 DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1MW。數(shù)據(jù)在 CLK的上升沿串行輸入，在進(jìn)行單字節(jié)或多字節(jié)傳送時(shí)，開始的第一個(gè)字節(jié)為命令字節(jié)，用于指定 31個(gè)字節(jié)中哪個(gè)將被訪問。當(dāng) RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302進(jìn)行操作。 熱敏打印單元 國(guó)標(biāo)要求：記錄儀至少應(yīng)能打印輸出車牌號(hào)碼、車牌分類、駕駛員代碼、駕駛證號(hào)碼、打印實(shí)時(shí)時(shí)間、停車時(shí)刻前 15min 內(nèi)每分鐘的平均車速、疲勞駕駛記錄。由系統(tǒng)地址譯碼信號(hào) CS 和系統(tǒng)寫信號(hào) WR 經(jīng)過邏輯與之后提供數(shù)據(jù)鎖存控制信號(hào)（ /STB）。 圖 打印機(jī)接口電路 報(bào)警模塊 報(bào)警顯示部分是操作人員掌握了解行車信息的重要通道，本記錄儀模塊的開發(fā)不僅要滿足記載重要行車數(shù)據(jù)的要求，而且還必須在發(fā)生危險(xiǎn)情況或者非法操作時(shí)及時(shí)提醒駕駛員，以盡量避免事故的發(fā)生。 4 軟件設(shè)計(jì) 汽車行駛記錄儀軟件部分主要是結(jié)合硬件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)記錄儀的各項(xiàng)功能。 用 C編寫程序比匯編更符合人們的思考習(xí)慣開發(fā)者可以更專心的考慮算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問題 ， 這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試的時(shí)間 。車速信號(hào)的采集主要是脈沖送到單片機(jī)的 T0端口進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，與此同時(shí)單片機(jī)的 T1進(jìn)行計(jì)時(shí)開始待到定時(shí)器產(chǎn)生中斷請(qǐng)求后，由計(jì)數(shù)器得到的脈沖數(shù)經(jīng)過速度計(jì)算的公式和里程的計(jì)算后得到汽車行駛的速度和里程。把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按格式標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)于歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。 圖 數(shù)據(jù)處理流程圖 串口通信程序設(shè)計(jì) RS232是用于記錄儀和 PC機(jī)進(jìn)行通信的接口，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通信協(xié)議有著嚴(yán)格的約定。 (5)數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度是指本數(shù)據(jù)幀所附帶的與命令字相關(guān)的參數(shù)或數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，以字節(jié)數(shù)表示，其有效長(zhǎng)度為 064k，當(dāng)數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為 0時(shí)即本幀無數(shù)據(jù)塊或參數(shù)，這種情況出現(xiàn)在數(shù)據(jù)上載“命令幀”及數(shù)據(jù)下傳“應(yīng)答幀”中。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)的流程圖如圖 ，首先在啟動(dòng)任務(wù) 中完成對(duì)存儲(chǔ)器的 初始化，第一次運(yùn)行該程序時(shí)，首先對(duì) Flash全片擦除。軟件流程圖如圖 ： 圖 液晶顯示流程圖 USB通信程序 由于汽車行駛記錄儀中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)最為重要，在這里用 USB總線來讀取該存儲(chǔ)器中的內(nèi)容。首先主任務(wù)等待來自 PC機(jī)的讀命令，主任務(wù)接收到鍵盤發(fā)送的 USB讀取數(shù)據(jù)信號(hào)量后，使得數(shù)據(jù)讀寫任務(wù)處于就緒 態(tài)。當(dāng)程序判定汽車停止后，首先要及時(shí)記錄本次停車的時(shí)問，再讀取本次開車時(shí)間、本次行駛駕駛員信息等信息 ，計(jì)算出本次行駛時(shí)長(zhǎng)、本次行駛里程、本次行駛速度記錄等數(shù)據(jù)，并判斷開車時(shí)長(zhǎng)是否超過 3小時(shí)，如果持續(xù)開車時(shí)間超過 3小時(shí)了，那么就要警惕以后的行駛記錄了，并且要警告駕駛員，并生成疲勞駕駛記錄；如果開車時(shí)長(zhǎng)沒有超過 3小時(shí)，則按照格式標(biāo)準(zhǔn)生成本次行駛記錄和行駛總里程并存儲(chǔ)在歷史存儲(chǔ)器相應(yīng)數(shù)據(jù)塊中。 所以汽車從開車狀態(tài)到停車狀態(tài) 需要進(jìn)行一系列的停車預(yù)處理，具體處理內(nèi)容和處理過程見流程圖，流程圖如圖 ： 圖 停車預(yù)處理流程圖 5 結(jié)論 在此次設(shè)計(jì)過程中，本人通過了解國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外汽車電子領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)汽車行駛狀態(tài)記錄儀做了比較詳細(xì)的研究和設(shè)計(jì)，主要取得了以下成果： 1． 本設(shè)計(jì)首先 針對(duì)國(guó)內(nèi) 外汽車行駛狀態(tài)記錄儀 目前的 發(fā)展 情況，在充分理解國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 的基礎(chǔ)上提出了本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案。 使此設(shè)計(jì)整體電路 接口的分配及電路的布局