【正文】 數(shù)至少是 10次。記錄儀應能持續(xù)記錄車輛從指定統(tǒng)計時間開始的累計行駛里程。在每次開車前，駕駛人員應首先確認自己的代碼，確認方式由制造商自定。僅使用面板按鍵應不能對速度、時間、里程等原始數(shù)據(jù)進行修改和刪除。 掉電保護功能 ： 數(shù)據(jù)對記錄儀至關重要，如果由于某些意外情況導致記錄儀掉電，系統(tǒng)應能及時檢測，并做好當前數(shù)據(jù)的保存工作 [6]。車輛使用的車載蓄電池標稱值有兩種 12V 的和 24V的。 儀表系統(tǒng)對電源要求較高，只有穩(wěn)定的電源系統(tǒng)才能保證系統(tǒng)的可靠性 。 設計方案的選擇 方案一：采用線性集成穩(wěn)壓器，優(yōu)點是簡單，易于實現(xiàn)；缺點是效率低 (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 +40V，最大輸出電流高達 3A；同時該芯片屬于第二代開關電壓調(diào)節(jié)器，功耗小、效率高，具有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性，輸出電壓的誤差可以保證在177。該器件只需 4 個外接元件，內(nèi)集頻率補償和一個固定頻率發(fā)生器，所以使用非常簡便。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 儀表系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)必須保證數(shù)據(jù)的真實性與完整性，汽車由于行駛工況比較復雜，可能由于各種不確定因素導致系統(tǒng)斷電，而且斷電時刻極可能是事故發(fā)生的時候，記錄此刻數(shù)據(jù)對事故分析有重要意義 [8]。汽車行駛過程中，輪子每轉一周，會通過汽車內(nèi)部的霍爾傳感器送出一對差分信號，此差分信號經(jīng)過信號采集模塊變成滿足要求的計數(shù)脈沖，此脈沖送到單片機的 T0端口進行脈沖計數(shù)，與此同時單片機的 T1進行計時開始待到定時器產(chǎn)生中斷請求后 ，由計數(shù)器得到的脈沖數(shù)經(jīng)過速度計算的公式和里程的計算后得到汽車行駛的速度和里程且存儲于單片機的 RAM數(shù)據(jù)存儲區(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。 開關量信號的采集 開關量信號包括車門、左燈、右燈、倒車 燈、遠光燈、近光燈、剎車等共八路信號。 單片機模塊 單片機選型 圖 STM32F103管腳圖 STM32F103 是中等容量增強型， 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 個定時器、 2個 ADC 、 9 個通信接口 。 低功耗：睡眠、停機和待機模式； VBAT 為 RTC 和后備寄存器供電。 多達 9個通信接口：多達 2個 I2C 接口；多達 3個 USART 接口；多達 2 個 SPI接口 (18M 位 /秒 )； CAN 接口； USB 全速接口。 單片機的上電自動復位電路如圖 ： 圖 上電自動復位電路 鍵盤模塊 汽車行駛記錄儀現(xiàn)行國家標準要求操作按鍵設置應能滿足使用要求， 并且應在對應的位置標出各按鍵名稱。此種鍵盤使用方便，但硬件開銷大、電路復雜、成本高，常不被單片機系統(tǒng)所采用，而是用非編碼鍵盤代替。 電路設計 傳統(tǒng)的鍵盤解決方案 電路連接比較復雜，不管是獨立式鍵盤還是矩陣式鍵盤，都會浪費微控制器的端口資源，要占用 多 根 I／ O端口線，這嚴重浪費系統(tǒng)的端口資源。而且可以驅動 8位共陰數(shù)碼管或 64只獨立 LED、64只獨立按鍵，并可提供自動消除抖動、連擊鍵計數(shù)等功能。 按鍵實現(xiàn)的方式是通過 12C總線與 ZLG7920鏈接實現(xiàn)信息通信。車輛行駛速度數(shù)據(jù)主要由事故疑點數(shù)據(jù)和行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)兩部分組成。 時間 (年、月、日、時、分、秒 )， 8421BCD碼，占用 6個字節(jié)。由此得出事故疑點數(shù)據(jù)的邏輯格式如表 3． 4所示。速度的單位為 km/h，測量范圍為：0km/h220km/h，分辨率等于或優(yōu)于 lkm/h。本記錄儀中，總共存儲 最近 360小時內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此需要的存儲空間為： 360 60 9=194400(字節(jié) )=189． 84375k(字節(jié) )。實時數(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任；歷史數(shù)據(jù)存放汽車和司機的行駛狀況，作為事故分析的參考依據(jù)和對汽車、司機的運行狀況考核 [12]。 (1)實時數(shù)據(jù)的存儲 記錄儀不僅要有較大的存儲空間，并且要求能夠有較快的存取速度，掉電情況下能夠對數(shù)據(jù)進行保存。單片機可以將采 集的數(shù)據(jù)及時保存在緩存中，在空閑周期內(nèi)，將成頁或成塊的車輛行駛數(shù)據(jù)轉存到 Flash存儲器中，充分保證記錄儀的可靠性。工作頻率最高可達 25MHz，存儲空間為 32K 8bit； 先進的高可靠性鐵電制造工藝，體積小、抗干擾性強； 因此本記錄儀中用Flash型存儲器。采用鐵電存儲器與 SPI接口的閃存兼顧按字節(jié)快速寫入速度、較大數(shù)據(jù)存儲空間及掉電不丟失數(shù)據(jù)的需求。汽車行駛記錄儀實時數(shù)據(jù)存儲模塊的電路連接如圖 。AT45DB081B有段、塊和頁三種操作方式，相關操作包括讀操作指令、編程擦出指令 兩部分。如果要對其執(zhí)行寫操作，必須 使 WP為高。這時 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，直到離開時將 IC卡拔出，在此期間存儲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碼唯一對應的駕駛員代碼和密碼，從而實現(xiàn)駕駛員身份的識別。非接觸式 IC卡識別方式操作過程簡單，但是抗干擾能力相對較弱，且成本較高。接觸式 IC卡存儲量大，讀寫機構造價便宜，維護方便 [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. 電路設計 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上，可以同時使用其它通信方式。 （ 3） 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和轉移，行車后，通過權限命令可用移動優(yōu)盤采集數(shù)據(jù)，導入桌面管理系統(tǒng)，進行分析修正。如圖 ，左邊是一個標準的 USB接頭。 表 USB電纜連接定義 連接序號 信號名稱 典型連接線 1 VBUS（電源正） 紅 2 USB(負差分信號） 白 3 USB+(正差分信號 ) 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，其電壓標稱值為 +5V，但實際上這個電壓可能會偏高或偏低一些。通信接口使用標準 RS232C9針接口，通信過程符合 RS232C標準。 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等引腳各和一個電容組合，功能是產(chǎn)生 +12V和 12V兩個電源，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。 設計方案的選擇 在單片機系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管，簡稱 LED；液晶顯示器簡稱LCD；熒光管顯示器。顯示器主要是為人機交互提供即時的信息，能讓人們與機器進行很好的交流。 電路的設計 本系統(tǒng)選用了臺灣矽創(chuàng)電子公司生產(chǎn)的中文圖形液晶控制器 ST7920(128*64)，它與驅動器 ST7921組成的模塊最多可驅動 256 32點陣液晶，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 16 16點陣的中文字型 )和 16KB半寬字型 ROM(提供 126個 16 8點陣的西文字型 )。該芯片共內(nèi)置 8192個漢字(16x16點陣 )， 128個字符 ASCII字符庫 (8x16點陣 )及 64x256點陣顯示 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車速下所對應的時間。 DSl302是串行，涓流充電時鐘芯片，使用簡單，通過一個簡單的串行接口 I/O與微處理器通信，還可以通過其備份電源充電 [25]。 DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于 1MW。數(shù)據(jù)在 CLK的上升沿串行輸入，在進行單字節(jié)或多字節(jié)傳送時，開始的第一個字節(jié)為命令字節(jié)，用于指定 31個字節(jié)中哪個將被訪問。當 RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302進行操作。 熱敏打印單元 國標要求：記錄儀至少應能打印輸出車牌號碼、車牌分類、駕駛員代碼、駕駛證號碼、打印實時時間、停車時刻前 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 CS 和系統(tǒng)寫信號 WR 經(jīng)過邏輯與之后提供數(shù)據(jù)鎖存控制信號（ /STB）。 圖 打印機接口電路 報警模塊 報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)生危險情況或者非法操作時及時提醒駕駛員，以盡量避免事故的發(fā)生。 4 軟件設計 汽車行駛記錄儀軟件部分主要是結合硬件系統(tǒng)來實現(xiàn)整個記錄儀的各項功能。 用 C編寫程序比匯編更符合人們的思考習慣開發(fā)者可以更專心的考慮算法而不是考慮一些細節(jié)問題 ， 這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試的時間 。車速信號的采集主要是脈沖送到單片機的 T0端口進行脈沖計數(shù)，與此同時單片機的 T1進行計時開始待到定時器產(chǎn)生中斷請求后，由計數(shù)器得到的脈沖數(shù)經(jīng)過速度計算的公式和里程的計算后得到汽車行駛的速度和里程。把實時數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)進行處理，按格式標準存儲于歷史數(shù)據(jù)存儲器中。 圖 數(shù)據(jù)處理流程圖 串口通信程序設計 RS232是用于記錄儀和 PC機進行通信的接口，國家標準對通信協(xié)議有著嚴格的約定。 (5)數(shù)據(jù)塊長度是指本數(shù)據(jù)幀所附帶的與命令字相關的參數(shù)或數(shù)據(jù)的長度，以字節(jié)數(shù)表示，其有效長度為 064k，當數(shù)據(jù)塊長度為 0時即本幀無數(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“應答幀”中。 數(shù)據(jù)存儲任務的流程圖如圖 ，首先在啟動任務 中完成對存儲器的 初始化，第一次運行該程序時，首先對 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)存儲器中的數(shù)據(jù)最為重要，在這里用 USB總線來讀取該存儲器中的內(nèi)容。首先主任務等待來自 PC機的讀命令，主任務接收到鍵盤發(fā)送的 USB讀取數(shù)據(jù)信號量后，使得數(shù)據(jù)讀寫任務處于就緒 態(tài)。當程序判定汽車停止后，首先要及時記錄本次停車的時問，再讀取本次開車時間、本次行駛駕駛員信息等信息 ，計算出本次行駛時長、本次行駛里程、本次行駛速度記錄等數(shù)據(jù)，并判斷開車時長是否超過 3小時，如果持續(xù)開車時間超過 3小時了，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；如果開車時長沒有超過 3小時，則按照格式標準生成本次行駛記錄和行駛總里程并存儲在歷史存儲器相應數(shù)據(jù)塊中。 所以汽車從開車狀態(tài)到停車狀態(tài) 需要進行一系列的停車預處理，具體處理內(nèi)容和處理過程見流程圖，流程圖如圖 ： 圖 停車預處理流程圖 5 結論 在此次設計過程中，本人通過了解國家標準、學習國內(nèi)外汽車電子領域經(jīng)驗的基礎上，對汽車行駛狀態(tài)記錄儀做了比較詳細的研究和設計，主要取得了以下成果： 1． 本設計首先 針對國內(nèi) 外汽車行駛狀態(tài)記錄儀 目前的 發(fā)展 情況，在充分理解國家標準 的基礎上提出了本設計的總體設計方案。 使此設計整體電路 接口的分配及電路的布局