【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 儀功能的重要載體。本章重點(diǎn)分析記錄儀主機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示單元的電路設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)采集單元論述駕駛員身份識(shí)別、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、車速、里程等數(shù)據(jù)采集單元的電路設(shè)計(jì)。 駕駛員身份識(shí)別國(guó)標(biāo)規(guī)定記錄儀應(yīng)能實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)藛T身份記錄功能，應(yīng)能記錄駕駛員代碼和公安交通管理部門(mén)核發(fā)的機(jī)動(dòng)車駕駛證證號(hào)。駕駛員代碼為阿拉伯?dāng)?shù)字，其最大長(zhǎng)度不超過(guò)7位，代碼設(shè)置方法由使用者根據(jù)需要自定，在同一記錄儀的數(shù)據(jù)記錄中，某一駕駛員的代碼應(yīng)與其機(jī)動(dòng)車駕駛證證號(hào)相對(duì)應(yīng)。在每次駕車前，駕駛?cè)藛T首先應(yīng)確認(rèn)自己的代碼。本文采用IC卡的方式識(shí)別不同的駕駛員。為了保證駕駛員的信息不被隨意更改，選用西門(mén)子公司生產(chǎn)的接觸式邏輯加密卡SLE4442。SLE4442提供最小10萬(wàn)次的擦寫(xiě)次數(shù)，數(shù)據(jù)保存10年，具備12C總線接口。SLE4442存儲(chǔ)器主要由256字節(jié)E2pROM型主存儲(chǔ)器、32位PROM型保護(hù)存儲(chǔ)器和4字節(jié)E2PROM型加密存儲(chǔ)器組成。MC9S12D64單片機(jī)內(nèi)嵌一個(gè)12C模塊，硬件實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，只需把SLE4442的兩線(SCL和SDA)和MC9S12D64對(duì)應(yīng)的引腳相連即可，由于SCL和SDA是開(kāi)漏輸出，所以要加上拉電阻。RST弓I腳與單片機(jī)IO腳相連。接觸推拔式IC卡卡座有常開(kāi)、常閉兩種類型，本文采用常開(kāi)卡座。IC卡插入方向?yàn)镮C卡觸點(diǎn)面向上，并且觸點(diǎn)端朝前。U5的10腳為常開(kāi)卡座的輔助觸點(diǎn)，PW—IC腳與單片機(jī)IO引腳相連，有IC卡插入時(shí)，輔助觸點(diǎn)與Q訊D—STA接通，Q2導(dǎo)通，PW—IC為高電平，D15點(diǎn)亮；反之，無(wú)IC卡插入。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘國(guó)標(biāo)規(guī)定記錄儀記錄儀應(yīng)能提供北京時(shí)間同期和時(shí)鐘，應(yīng)能以年、月、日或yyyy／mm／dd／的方式記錄實(shí)時(shí)日期；應(yīng)能以時(shí)、分、秒或hh：mm：ss的方式記錄實(shí)時(shí)時(shí)鐘。記錄儀應(yīng)能對(duì)連續(xù)駕駛時(shí)間進(jìn)行記錄。連續(xù)記錄24h數(shù)據(jù)，記錄時(shí)間允許誤差在177。5s以內(nèi)。選用NXP公司推出的一種低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片NXP8563，其帶有一個(gè)400KHz12C總線接口，允許使用備用電池長(zhǎng)時(shí)間供電，每次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量。NXP8563可以作為一個(gè)從接收器或從傳送器，此時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)線SCL只能是輸入信號(hào)線，數(shù)據(jù)信號(hào)線SDA則為一條雙向信號(hào)線。芯片8腳封裝，體積小，功耗低，在實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘集成電路選型時(shí)，是一款性價(jià)比高的芯片。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)的兩個(gè)IO口與NXP8563的SCL和SDA相連接，通過(guò)軟件模擬12C總線。由于12C總線接口均為開(kāi)漏或丌集電極輸出，故需加上拉電阻。在OSCI和OSCO端可以連接一個(gè)32．768KHz的石英晶體，在OSCI和GND間接電容器以調(diào)整振蕩頻率。電池座子有臥式和立式之分，前者便宜，后者價(jià)格貴，但是節(jié)省布線空間。當(dāng)汽車熄火時(shí)，通過(guò)電池給NXP8583供電[6]。車速傳感器是國(guó)標(biāo)規(guī)定的記錄儀的重要組成部分之一，速度脈沖信號(hào)可以從車速儀表盤(pán)采集，或者按照用戶要求安裝車速傳感器。本文選用開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器采集車速脈沖信號(hào)。采集脈沖信號(hào)時(shí)必須要將方波信號(hào)提高到滿足幾電平，才能提供給單片機(jī)端口。為增強(qiáng)速度信號(hào)的抗干擾性，提高測(cè)量速度信號(hào)的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)采用如圖3．3所示的速度脈沖信號(hào)采集電路。圖中汽車速度傳感器的輸出接VP0，VPl信號(hào)送MCU的脈沖累加器引腳。MC9S12D64內(nèi)嵌2個(gè)16位脈沖累加器(PACA、PACB)，相應(yīng)的輸入引腳為IOC7／PT7和10CO／PTO，本文中VPl信號(hào)輸入IOC0／PT0；開(kāi)關(guān)S1選擇模擬或者數(shù)字信號(hào)輸入通道，提高了主機(jī)系統(tǒng)的適應(yīng)性。本文調(diào)試時(shí)，輸入信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。模擬輸入信號(hào)電路由電壓跟隨器、遲滯比較器、光電隔離等部分組成。遲滯比較器的閾值電壓UTl和Ur2計(jì)算公式如公式31和公式32所示。參考電壓Uref的取值需經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定，Ubuf為O伏或5伏電壓。 （31） （32）由速度傳感器采集到的速度信號(hào)經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管z1限壓，使信號(hào)幅度在O5V之間，然后信號(hào)送入電壓跟隨器、遲滯比較器，通過(guò)遲滯比較器的回差電壓，消除了外界信號(hào)的干擾。又經(jīng)光耦進(jìn)行光電隔離模擬數(shù)字信號(hào)后，送入單片機(jī)的脈沖累加器輸入端口，由單片機(jī)定時(shí)讀取脈沖數(shù)，計(jì)算得到汽車行駛速度[7]。圖31 速度脈沖信號(hào)采集電路 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元詳細(xì)分析數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的需求，闡述存儲(chǔ)方案的選擇，給出事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)和行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式。 存儲(chǔ)需求分析國(guó)標(biāo)要求記錄儀具備車輛行駛速度的測(cè)量、記錄存儲(chǔ)功能。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。1)事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求國(guó)標(biāo)要求記錄儀應(yīng)能以不大于0．2s的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)停車前20秒實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車輛行駛速度及車輛制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)、記錄次數(shù)至少為10次。速度記錄單位為km／h，測(cè)量范圍為0km／h～220km／h，測(cè)量分辨率等于或優(yōu)于lkm／h。需要存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至少應(yīng)該包含以下信息：駕駛員代碼，單獨(dú)存儲(chǔ)，十六進(jìn)制，占用3個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間。時(shí)間(年、月、日、時(shí)、分、秒)，8421BCD碼，占用6個(gè)字節(jié)。速度，十六進(jìn)制，占用1個(gè)字節(jié)。車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，十六進(jìn)制，占用1個(gè)字節(jié)?？紤]到時(shí)間僅能精確到秒，所以時(shí)間不需要每200ms記錄一次，每5次(1秒)記錄一次時(shí)間。由此得出事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的邏輯格式如表3．1所示。表31 疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的格式序號(hào)123合計(jì)項(xiàng)目名稱時(shí)間速度車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（字節(jié)）61*51*56根據(jù)疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的邏輯格式，可以計(jì)算出每秒事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)占用16個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)空間。20秒實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)所需要的數(shù)據(jù)空間：20*16=320(字節(jié))2)行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求國(guó)標(biāo)規(guī)定無(wú)論車輛在行駛狀態(tài)還是停駛狀態(tài)，記錄儀均應(yīng)能提供實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車輛行駛速度信息。記錄儀應(yīng)能以不大于1分鐘的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)車輛在最近360d時(shí)內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)為車輛在行駛過(guò)程中與實(shí)時(shí)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的每分鐘間隔內(nèi)的平均行駛速度。速度的單位為km／h，測(cè)量范圍為：0km／h．220km／h，分辨率等于或優(yōu)于lkm／h。需要存儲(chǔ)的行駛數(shù)據(jù)包含以下幾組信息，如駕駛員代碼，單獨(dú)存儲(chǔ)，十六進(jìn)制，3字節(jié)。時(shí)I39。BJ(年、月、日、時(shí)、分)，8421BCD碼，5字，速度，十六進(jìn)制，1字節(jié)，里程，8421BCD碼，3字節(jié)。從而可得每一分鐘需要記錄的歷史數(shù)據(jù)為9字節(jié)。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)空問(wèn)為：360*60*9=194400(字節(jié))=189．84375k(字節(jié))。另外，還要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的索引、車輛特征系數(shù)(十六進(jìn)制，3字節(jié))、車輛識(shí)別代號(hào)VIN(ASII碼，17字節(jié))、車牌號(hào)碼(ASII碼，12字節(jié))、車牌分類(ASII碼，12字節(jié))、駕駛員代碼(十六進(jìn)制，3字節(jié))、機(jī)動(dòng)車駕駛證號(hào)碼(ASII碼字符，18字節(jié))、記錄儀主機(jī)可識(shí)別的唯一性編號(hào)及初次安裝同期(8421BCD碼，5字節(jié))、記錄儀每一次下傳的日期及時(shí)間8421BCD碼，5字節(jié))、每一次上載的日期和時(shí)間(8421BCD碼，5字節(jié))、每一次車輛特征系數(shù)的設(shè)定時(shí)間(8421BCD碼，5字節(jié))等信息。預(yù)計(jì)總的數(shù)據(jù)量將會(huì)有200k字節(jié)。 存儲(chǔ)方案選擇為方便敘述，事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)、行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)分別采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)術(shù)語(yǔ)。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。本記錄儀需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量較大，記錄儀對(duì)存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高。本文設(shè)計(jì)的記錄儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在鐵電存儲(chǔ)器中，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)閃存中。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)暫存起來(lái)，滿一頁(yè)時(shí)，再將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，存滿360h數(shù)據(jù)，然后將其重新覆蓋。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。為了保證所有采集的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)的存儲(chǔ)，僅使用Flash存儲(chǔ)器是不行的，因?yàn)樗牟翆?xiě)速度比較慢，不能按字節(jié)進(jìn)行擦寫(xiě)操作。在記錄儀掉電或單片機(jī)任務(wù)繁忙的情況下，會(huì)造成車輛行駛信息不能及時(shí)的存儲(chǔ)。因此，需要擴(kuò)展一個(gè)快速的RAM器件作為數(shù)據(jù)緩存。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(yè)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。非易失性RAM主要有普通靜態(tài)RAM加電池供電、內(nèi)部帶鋰電的非易失性RAM和新型的非易失性FRAM鐵電存儲(chǔ)器三種實(shí)現(xiàn)方式。前者要考慮電池充放電電路、同時(shí)要保證電池電量可靠、安裝穩(wěn)定牢固等因素，使得系統(tǒng)復(fù)雜度增大、可靠性降低。第二種方案RAM價(jià)格昂貴，1K字節(jié)需要15元左右。FRAM兼具RAM的快速寫(xiě)入特性和ROM的非易失性，沒(méi)有電池產(chǎn)生的不良因素。FMl808具有100億次的讀寫(xiě)壽命，即使每秒進(jìn)行30次讀寫(xiě)操作，壽命時(shí)限也可至少保證10年；掉電后數(shù)據(jù)保持10年，速度快，無(wú)須寫(xiě)等待時(shí)間。2）歷史數(shù)據(jù)