【正文】 訪問的Data Flash AT45DB041作為海量存儲(chǔ)器。整個(gè)記錄儀采用并行總線的工作方式進(jìn)行連接。[13]主板：包括有中央處理器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、數(shù)據(jù)通信接口、插接件及電源單元等；主板主要處理汽車行駛數(shù)據(jù)的采集、記錄和長(zhǎng)期存儲(chǔ)，同時(shí)主板為整個(gè)記錄儀提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘、電源檢測(cè)和對(duì)外通信(串口)等功能，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。（3）氣候環(huán)境適應(yīng)性：記錄儀在承受各項(xiàng)氣候環(huán)境試驗(yàn)后，應(yīng)無任何電氣故障，機(jī)殼、插接器等不應(yīng)有嚴(yán)重變形：其記錄功能、顯示功能、打印功能等應(yīng)保持正常；試驗(yàn)前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不應(yīng)丟失或改變。表21 電氣性能試驗(yàn)參數(shù) 單位：伏特標(biāo)稱電源電壓電源電壓波動(dòng)范圍極性反接試驗(yàn)電壓過電壓值129～1614（）242418～3228（）363627～4842（）54 （2）數(shù)據(jù)安全性：記錄儀應(yīng)防止數(shù)據(jù)被更改或刪除，應(yīng)從記錄儀硬件和數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：★ 硬件上，應(yīng)在記錄儀主機(jī)上或其它適當(dāng)?shù)牡胤讲扇】煽堪踩胧?如鉛封)防止數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器等重要器件被更換；★ 記錄僅主機(jī)內(nèi)車輛行駛速度、里程、駕駛時(shí)間等原始數(shù)據(jù)不能通過外部設(shè)備進(jìn)行任何改寫或刪除操作；★ 分析軟件對(duì)車輛識(shí)別號(hào)、車牌號(hào)碼、車牌分類、車輛特征系數(shù)、駕駛員代碼、駕駛證號(hào)碼等重要參數(shù)，一般情況下只能讀，不能更改或刪除。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB_T190562003要求記錄儀能夠在一定的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)正常工作[13]。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB T190562003《汽車行駛記錄儀》[1]的要求，汽車行駛記錄儀應(yīng)該滿足如下幾個(gè)方面的要求。鍵盤輸入和液晶顯示是常用的單片機(jī)輸入輸出模塊，為用戶提供友好方便的人際操作界面，用戶可以輸入特定的信息，也可以看到實(shí)時(shí)的速度、里程及時(shí)間等信息，可以做出實(shí)時(shí)判斷[12]。信息存儲(chǔ)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)將采集到的信息經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算處理后存儲(chǔ)到IC卡芯片中，IC卡中的信息可以長(zhǎng)時(shí)間地保存，可以用讀卡設(shè)備讀出其中的信息然后進(jìn)行分析。在獲取行駛狀態(tài)信息后，系統(tǒng)需要對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理、顯示、存儲(chǔ)，存儲(chǔ)后的信息可以用來進(jìn)行分析。然后根據(jù)速度和計(jì)時(shí)信息可以算出車子的里程，速度超出設(shè)定的門限值便認(rèn)為是超速度行駛，記下此時(shí)通過日歷模塊顯示的超速度發(fā)生時(shí)間；從速度大于零到速度等于零是一次停車，記下此時(shí)通過日歷模塊顯示的時(shí)間。系統(tǒng)的首要任務(wù)是采集汽車的行駛狀態(tài)信息，包括速度、里程、超速度及時(shí)間、停車次數(shù)及時(shí)間等，這里最重要的是速度，其它信息可由計(jì)算機(jī)分析得出。 分析系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能可知，需要設(shè)計(jì)的功能模塊應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、控制、鍵盤輸入、液晶顯示、日歷時(shí)鐘、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，對(duì)于這些功能，選用51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)是合適的，采集、控制、鍵盤以及“屏顯”都屬于51單片機(jī)的典型應(yīng)用范疇。管理部門為了實(shí)時(shí)掌握相關(guān)的運(yùn)輸狀況，就要不斷地監(jiān)測(cè)記錄儀的記錄數(shù)據(jù)，不斷了解運(yùn)輸車輛的狀態(tài)和位置。另一方面，管理中心向記錄儀及時(shí)發(fā)送GSM信息，使駕駛員及時(shí)了解路況信息，也可以及時(shí)避免事故?！?長(zhǎng)途運(yùn)輸管理在長(zhǎng)途運(yùn)輸過程中，交通事故的發(fā)生大多由于駕駛員的疲勞駕駛和路途生疏引起的?！?公共交通管理在公共交通管理中，記錄儀可以為管理部門提供行車信息服務(wù)，管理部門可以及時(shí)地掌握公交車的行駛狀態(tài)和地理位置。管理系統(tǒng)可以利用疑點(diǎn)數(shù)據(jù)仿真再現(xiàn)事故的發(fā)生過程，幫助交通管理部門準(zhǔn)確、科學(xué)地執(zhí)法。記錄儀的使用場(chǎng)合主要有以下幾個(gè)方面：★ 交通執(zhí)法管理記錄儀可以記錄汽車停車前20120s的密集狀態(tài)數(shù)據(jù)（事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)）。因此所獲取的信息更加豐富，除了基本的車速、里程、節(jié)氣門位置、制動(dòng)等信號(hào)外，還有車輛實(shí)時(shí)的地理位置、海拔高度等地理信息，使車輛在平面上，甚至空間上的管理成為可能。數(shù)據(jù)的傳遞一般有計(jì)算機(jī)串口、存儲(chǔ)卡、專用讀取設(shè)備等幾種方式。管理式記錄儀主要由車載記錄系統(tǒng)和管理系統(tǒng)組成，車載記錄部分完成相當(dāng)于記錄式記錄儀的工作，將記錄數(shù)據(jù)傳遞給管理系統(tǒng)進(jìn)行高級(jí)處理。功能上實(shí)現(xiàn)了“實(shí)現(xiàn)預(yù)警”，延伸了傳統(tǒng)記錄儀“事后決斷”的特點(diǎn)。同時(shí)可以記錄車輛停車前20120s間隔的密集數(shù)據(jù)，為事故疑點(diǎn)分析提供幫助。該記錄儀以一個(gè)合適的間隔采集、存儲(chǔ)車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門位置、車燈、制動(dòng)等指標(biāo)。目前市面上的汽車行駛狀態(tài)記錄儀主要有以下類型：★ 記錄式記錄儀記錄式記錄儀的主要特點(diǎn)是模擬航空記錄儀的工作方式，記錄車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)并保存，為交通肇事的評(píng)判提供佐證。廣州市二汽公司率先試用NC．7000系列數(shù)字式行車記錄儀。國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局制定的《2002年預(yù)防道路交通事故工作方案》的要求，著手制定《汽車行駛記錄儀》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。1994年，記錄儀在我國(guó)市場(chǎng)上蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了近百家記錄儀生產(chǎn)企業(yè)[8]。視頻功能對(duì)存儲(chǔ)空間要求較高，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，成本較高。這種“黑匣子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁盤中，車輛行駛中可能顛簸，磁盤抗震能力較差。另有一個(gè)如后視鏡一樣的照相機(jī)，自動(dòng)收錄事故發(fā)生前10秒和后5秒間從駕駛座上能看到的場(chǎng)面?！昂谙蛔印卑惭b在司機(jī)座位下面，能夠記錄速度、方向盤角度、剎車板及油門踩放的情況。據(jù)報(bào)道，僅通用一家公司就為600萬輛出廠車安裝了黑匣子[]。主管交通安全的國(guó)家安全委員會(huì)(NTSB)也一直在致力于推廣汽車黑匣子的工作。進(jìn)入九十年代，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)日益普及，美國(guó)和德國(guó)又開發(fā)了數(shù)字式汽車事故記錄儀。由于技術(shù)的發(fā)展，紙盤式記錄儀現(xiàn)在應(yīng)用少。1934年，德國(guó)發(fā)明了世界上第一臺(tái)紙盤式行駛記錄儀，至今已有75年的歷史。汽車行駛記錄儀對(duì)預(yù)防駕駛員疲勞駕駛、約束駕駛員違章、分析鑒定事故、提高交警的執(zhí)法水平和運(yùn)輸管理水平、保障車輛運(yùn)行安全等具有重要的實(shí)際作用及意義。哪里有交通警察在場(chǎng)，哪里的交通事故就極少發(fā)生。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，2005年上半年，全國(guó)共發(fā)生道路交通事故228657起，造成46012人死亡、236483人受傷，[1]。 基于單片機(jī)的汽車行駛狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1 緒論 隨著交通的迅速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)的一種重要的交通工具。道路交通事故頻繁發(fā)生，群死群傷的惡性交通事故屢屢發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，汽車駕駛員的超速行駛、違章?lián)尩馈⑵隈{駛、疏忽大意是導(dǎo)致交通事故的主要原因，占交通事故數(shù)量的80％以上。如果給每輛汽車安裝上“電子警察，有效地監(jiān)督駕駛?cè)藛T的駕駛行為，必能預(yù)防或減交通事故的發(fā)生；在發(fā)生交通事故后，“電子警察”也能給我們提供數(shù)據(jù)和資料，提高事故處理的效率和準(zhǔn)確性[]。統(tǒng)計(jì)資料表明，汽車黑匣子的使用，使交通事故率降低37％～52％，大大減少了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[4]。它可以將曲線畫在圓形的記錄紙上。20世紀(jì)70年代后期，歐洲率先推出了機(jī)模擬式駕駛記錄儀。20世紀(jì)90年代，美國(guó)、歐共體相繼推出性能優(yōu)良的電子式記錄儀，并得到美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)的支持，敦促在其轎車和卡車上安裝這種儀器。NTSB正式要求各汽車生產(chǎn)廠家安裝汽車黑匣子，通用、福特等汽車公司隨即紛紛行動(dòng)。2003年日本汽車研究所開發(fā)小組研制出一種能記錄在交通事故發(fā)生時(shí)駕駛數(shù)據(jù)的汽車“黑匣子。當(dāng)急剎車或急轉(zhuǎn)彎使汽車達(dá)到一定的速度時(shí)，便判斷為“事故”，事故發(fā)生前55秒和后5秒問的各種數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄到磁盤中。在一年半的試驗(yàn)期間，在實(shí)際發(fā)生的38起交通事故中，黑匣子都正確地顯示了何時(shí)踩剎車等情況[7]。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路的發(fā)展，容量大體積小的存儲(chǔ)芯片層出不窮，而且相對(duì)磁盤來說，存儲(chǔ)芯片具有抗震性能，更適合車輛的行駛環(huán)境，在車輛行駛記錄裝置上得到了廣泛應(yīng)用。記錄儀最早是在1984年國(guó)內(nèi)某大學(xué)研發(fā)了汽車行車記錄儀，由于技術(shù)不太成熟，沒有投入實(shí)際生產(chǎn)。2002年我國(guó)公安部根據(jù)2001年底公安部、交通部、國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局下發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)公路客運(yùn)交通安全管理的通告》和2002年公安部、《汽車行駛記錄儀》GB／T 19056．2003標(biāo)準(zhǔn)于2003年4月15日發(fā)布，2003年9月1日實(shí)施[9]。2004年5月北京巴士旅游分公司的150輛旅游車上都已經(jīng)安裝了記錄儀[10]。但是，記錄數(shù)據(jù)一般只作為交通事故的事后技術(shù)參考，不能作為評(píng)判的直接依據(jù)。、5min等幾種。為了擴(kuò)展使用范圍，有些型號(hào)的產(chǎn)品還附加有超速和超時(shí)駕駛報(bào)警功能。★ 管理式記錄儀管理式記錄儀在使用應(yīng)用上與記錄式有所不同，它是記錄式記錄儀的升級(jí)，是為滿足車輛營(yíng)運(yùn)管理要求而設(shè)計(jì)的，主要的應(yīng)用是基于加強(qiáng)車隊(duì)營(yíng)運(yùn)管理。因此可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)記錄儀的統(tǒng)一管理，為車隊(duì)調(diào)度提供便利。管理式記錄儀一般是以記錄式為基礎(chǔ)與GPS和GIS技術(shù)結(jié)合。因此，該類型記錄儀應(yīng)該屬于交通管理設(shè)備，也正是由于這種原因，它正在成為行車記錄儀的主流產(chǎn)品[11]。這些數(shù)據(jù)在事故調(diào)查中具有重要作用。此外，管理人員還可以通過查看記錄數(shù)據(jù)來判別駕駛員是否違章駕駛，為嚴(yán)格執(zhí)法提供科學(xué)依據(jù)。因而，行車記錄儀既起到了公共交通行業(yè)服務(wù)監(jiān)督的作用，又方便了車隊(duì)的管理和調(diào)度。記錄儀通過對(duì)駕駛員進(jìn)行超時(shí)和超速駕駛報(bào)警，來提醒駕駛員注意安全?！?特殊運(yùn)輸管理 特殊運(yùn)輸包括重要人物、物資的運(yùn)輸以及危險(xiǎn)品運(yùn)輸。因此，記錄儀可以有效地保證特殊運(yùn)輸?shù)陌踩c可靠性[11]。毫無疑問，對(duì)于汽車行駛狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)來說，獲取行駛狀態(tài)信息是所有工作的前提。信息采集的方法和汽車上的速度表實(shí)現(xiàn)的方法類似，汽車行駛過程中輪子每轉(zhuǎn)一周會(huì)通過內(nèi)部的霍爾傳感器送給系統(tǒng)一對(duì)差分信號(hào)，系統(tǒng)通過信號(hào)采集模塊獲得一個(gè)對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，通過對(duì)脈沖的基計(jì)數(shù)及已知的輪子的直徑信息計(jì)算出汽車的運(yùn)行的速度。經(jīng)過這些處理就可以得到較為全面的行駛狀態(tài)信息了[12]。信號(hào)采集模塊：將汽車內(nèi)部霍爾傳感器傳過來的一對(duì)差分信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q變成一個(gè)脈沖信號(hào)提供給單片機(jī)系統(tǒng)，這其中需要用光耦模塊進(jìn)行隔離，來避免強(qiáng)脈沖信號(hào)對(duì)電路板的干擾。由于IC卡芯片存取的速度有限，引入數(shù)據(jù)擴(kuò)展芯片作為緩存。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下：★ 能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄汽車行駛的各種狀態(tài)信息，包括速度、里程、超速度及時(shí)間、停車次數(shù)及時(shí)間等重要數(shù)據(jù)；★ 能記錄駕駛員信息、汽車信息、發(fā)車時(shí)間、到站時(shí)間、發(fā)車站和終點(diǎn)站等信息；★ 具有汽車超速報(bào)警的功能。（1）電氣性能要求：由于汽車的供電系統(tǒng)通常為蓄電池，隨著汽車行駛狀態(tài)的不同，汽車放電機(jī)的輸出電壓會(huì)有較大的波動(dòng)；另外隨著蓄電池使用年限和工作狀態(tài)等的不同，其輸出電壓往往有一定波動(dòng)，從而影響到整個(gè)汽車的供電電壓。電源電壓的波動(dòng)范圍如表21所示。在記錄儀初始化調(diào)試、校準(zhǔn)、維修或其他特殊情況下需對(duì)上述重要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置操作時(shí)，需經(jīng)操作授權(quán)[13]。（4）機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性：記錄儀在承受各項(xiàng)機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)后，應(yīng)無永久性結(jié)構(gòu)變形；零部件應(yīng)無損壞：應(yīng)無電氣故障，緊固部件應(yīng)無松脫現(xiàn)象，插頭、通信接口等接插件不應(yīng)有脫落或接觸不良現(xiàn)象；其記錄功能、顯示功能、打印功能等應(yīng)保持正常；試驗(yàn)前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不應(yīng)丟失。主板以AT89C51作為中央處理器。汽車的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)過調(diào)整后，通過74LS373掛在數(shù)據(jù)總線上；利用單片機(jī)的INT0中斷對(duì)調(diào)整后的速度脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而獲得汽車行駛的速度和里程等信息。單片機(jī)采集到的汽車行駛數(shù)據(jù)首先存放在FM1808中，當(dāng)滿足一定條件的時(shí)候，將FM1808中的數(shù)據(jù)保存到Flash存儲(chǔ)器中，進(jìn)行長(zhǎng)期的存儲(chǔ)。面板主要提供人際交互功能。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章將以汽車行駛狀態(tài)記錄儀為例，根據(jù)系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)要求介紹系統(tǒng)的總體構(gòu)成框圖各部分硬件電路的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)主要芯片原理與應(yīng)用加以介紹。汽車行駛狀態(tài)記錄儀的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖31 汽車行駛狀態(tài)記錄儀總體結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)是微控制器的典型代表，從20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)到今天，雖然已經(jīng)過去了30年歷史，但是這種8位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖跋嚓P(guān)的外設(shè)相結(jié)合，便可形成一個(gè)可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的單片機(jī)控制系統(tǒng)。該CPU有4K字節(jié)Flash閃存，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路?？臻e方式停止CPU工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM的數(shù)據(jù)，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作指導(dǎo)下一個(gè)硬件復(fù)位[14]。MAX706能夠提供上電、掉電復(fù)位功能，獨(dú)立的“看門狗”保護(hù)功能，電壓檢測(cè)和手動(dòng)復(fù)位功能[15]。AT45DB041是ATMEL公司推出的一款基于Flash計(jì)數(shù)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，—；通過SPI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問，其主要接口允許直接5VCMOS或TTL電平信號(hào)，并且與之兼容；4M存儲(chǔ)空間被劃分成2048頁(yè)，每一頁(yè)含有264個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，支持頁(yè)擦寫和段擦寫，還有兩個(gè)264字節(jié)的SRAM數(shù)據(jù)緩存[16]。對(duì)于+12V車輛系統(tǒng)，其開關(guān)量的信號(hào)電平是+12V，開關(guān)量信號(hào)的頻率很低，不高于4Hz。采用光電耦合隔離措施和增加必要的濾波電路能很好的解決這些問題[13]。再根據(jù)車輛特征系數(shù)、車輛特征轉(zhuǎn)數(shù)和時(shí)間就可計(jì)算車輛行駛里程和車輛行駛速度。本記錄儀中使用DB9連接器，使用的引線為接受數(shù)據(jù)（RXD）、發(fā)出數(shù)據(jù)（TXD）和信號(hào)地線（SG），對(duì)應(yīng)的引腳為3和5。即：邏輯“1”的電平在5V—15V；邏輯“0”的電平在+5V—+15V。高于+15V或低于15V的電壓認(rèn)為無意義，介于+3V和3V間的電壓也無意義。串口接口電路如圖34所示：圖34 串口接口電路 DM12864是一種采用低功耗CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)陣圖形LCD模塊，每頁(yè)能顯示32個(gè)漢字（4行8列）。本次設(shè)計(jì)中采用該芯片的并行數(shù)據(jù)傳送功能。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線：RET復(fù)位、I/O數(shù)據(jù)線和S