由于飛機(jī)飛行數(shù)據(jù)記錄儀在空運(yùn)管理方面的成功運(yùn)用湾关，汽車行駛狀態(tài)記錄儀已陸續(xù)在許多國家和地區(qū)大量使用。早在1990年以前起趾，歐共體就通過了在汽車上安裝行駛狀態(tài)記錄儀的立法，并具體規(guī)定了商用車必須安裝行駛狀態(tài)記錄儀警儒。這一立法要求其歐洲的15個(gè)成員國在十年內(nèi)給在用的900萬輛商用車安裝這一裝置阳掐。美國、日本冷蚂、馬來西亞及香港等國家和地區(qū)也相繼廣泛使用了汽車行駛狀態(tài)記錄儀。統(tǒng)計(jì)資料表明汛闸，汽車行駛狀態(tài)記錄儀的使用蝙茶，使交通事故率降低了 37％~52％艺骂，大大減少了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，產(chǎn)生了顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益隆夯∏。可見，準(zhǔn)確記錄運(yùn)行過程蹄衷，對事故防患于未然是極為重要的忧额。

該汽車行駛狀態(tài)記錄儀在發(fā)生交通事故時(shí)，能客觀愧口、全面地記錄交通事故發(fā)生時(shí)車輛行駛的各種狀態(tài)和司機(jī)的操作行為武帚，為交通事故分析提供真實(shí)、有效幌瓦、科學(xué)的有關(guān)車輛行駛的原始數(shù)據(jù)称海，并可提供事故分析功能，幫助有關(guān)部門快速確定事故原因苫担，以保障事故雙方(或幾方)的合法權(quán)益脓甘；在正常營運(yùn)中，又是管理部門加強(qiáng)監(jiān)督和管理的強(qiáng)有力工具滓层，幫助管理人員全面了解汽車的運(yùn)行情況茅祠；在車輛發(fā)生故障時(shí)，它又可提供故障診斷功能禁糖，為維修人員判斷故障提供可靠舒跌、準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。汽車行駛狀態(tài)記錄儀的推廣睡清，將在遏止疲勞駕駛疏菩、車輛超速等嚴(yán)重交通違章、約束駕駛?cè)藛T駕駛行為刨仑、預(yù)防道路交通事故郑诺、保障車輛行駛安全、提高營運(yùn)管理水平等諸多方面發(fā)揮重要作用杉武。

1 系統(tǒng)組成及主要功能

汽車行駛狀態(tài)記錄系統(tǒng)主要由汽車行駛狀態(tài)記錄儀辙诞、手持讀碼器和管理計(jì)算機(jī)組成。記錄儀安裝于汽車上轻抱，實(shí)時(shí)監(jiān)測并記錄車輛的行駛數(shù)據(jù)飞涂；手持讀碼器由掌上電腦和應(yīng)用軟件組成，用于控制和操作記錄儀的運(yùn)行及通過RS232 串行口對記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)讀绕硭选较店；管理計(jì)算機(jī)用于對原始記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、存儲及查詢梁呈。

記錄儀是整個(gè)系統(tǒng)的核心婚度，其主要功能如下：

(1)可實(shí)時(shí)監(jiān)測并記錄汽車行駛的各種狀態(tài)信息如時(shí)間、車速官卡、怠速蝗茁、超速、里程剥乍、車門開關(guān)泊术、剎車狀態(tài)、方向燈狀態(tài)斧炎、近遠(yuǎn)光燈沃菩、引擎轉(zhuǎn)速、引擎異常睬肮、機(jī)油壓力伐薯、溫度等。

(2)運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲在大容量串行Flash存儲器中匣诉，即使掉電诡岂，數(shù)據(jù)也不丟失。

(3)具有超時(shí)(疲勞)報(bào)警及記錄功能曾瞪，從而有效遏制司機(jī)疲勞行車登鄙，保證長途運(yùn)輸行車的安全。

(4)分級超速報(bào)警功能掰儿。用戶可按需求設(shè)置三級限速骤公，當(dāng)車輛超速時(shí)，會接不同限速分級聲光報(bào)警扬跋，從而有效遏制超速行車阶捆，保證行車安全。

(5)車牌號钦听、車型號洒试、限速值等數(shù)據(jù)可方便地通過手持讀碼器在線寫入或修改。

(6)備有GPS接口朴上，可方便地?cái)U(kuò)展GPS對時(shí)垒棋、通信、定位痪宰、信息服務(wù)等功能叼架。

(7)具有與手持讀碼器和管理計(jì)算機(jī)通信的標(biāo)準(zhǔn)RS232接口。

(8)管理軟件可統(tǒng)計(jì)分析任何時(shí)段的行車速度衣撬、行駛里程乖订、停車次數(shù)、停車時(shí)間、超速次數(shù)乍构、超速時(shí)間以及收淫蜕、發(fā)車時(shí)問等，提供給管理人員關(guān)心的各種數(shù)據(jù)抬奠。

2 記錄儀硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)記錄儀功能要求和工作特點(diǎn)．在設(shè)計(jì)時(shí)主要從運(yùn)行可靠性、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及數(shù)據(jù)存儲容量三方面考慮叛剩。記錄儀結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示蚓绞，主要包括單片機(jī)及其外圍電路、電壓量派料、電阻量雌吱、脈沖量及開關(guān)量采樣電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路腊匆、數(shù)據(jù)存儲電路盼蝴、聲光報(bào)警電路、RS232通信接口電路及各種車用傳感器等隙趣。

2．1 單片機(jī)

采用Cygnal公司生產(chǎn)的C8051F005單片機(jī)作為控制核心卖织。在該記錄儀中，PCA定時(shí)器陣列完成V/F變換脈沖計(jì)數(shù)旱万；2個(gè)電壓比較器實(shí)現(xiàn)蓄電池過壓萤晴、欠壓檢測；利用片內(nèi)溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度檢測胁后；I／0口實(shí)現(xiàn)開關(guān)量檢測店读；SPI接口控制ISD4004一16芯片完成語音報(bào)警、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 MAX6902時(shí)鐘的讀寫以及數(shù)據(jù)存儲芯片AT45DB081B的讀寫攀芯；片內(nèi)RS232口將記錄數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)屯断。由此可見，采用C8051F005單片機(jī)單個(gè)芯片即可完成系統(tǒng)的控制和檢測侣诺，大大簡化了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)殖演，顯著降低了系統(tǒng)成本。

2.2 傳感器選擇

汽車內(nèi)傳感器的工作環(huán)境十分惡劣紧武，因此對傳感器的要求也十分嚴(yán)格剃氧。這些傳感器必須要經(jīng)受住從一40℃~+150℃的溫度變化，而且要求精度高阻星、可靠性好朋鞍、反應(yīng)快、抗干擾和抗振動能力強(qiáng)妥箕，才能準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)檢測汽車運(yùn)行的有關(guān)狀態(tài)滥酥，并將這些狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電信號供給單片機(jī)處理。

2．3 信號檢測

汽車傳感器輸出信號一般為電壓、電阻棍丽、脈沖信號及開關(guān)量等田蝠，下面分別介紹這些信號的檢測方法。

2．3．1 電壓信號

為了提高抗干擾能力和檢測精度慈翔，先將電壓信號經(jīng)信號調(diào)理電路變換為0～5V的標(biāo)準(zhǔn)信號权塑，再經(jīng)V/F變換轉(zhuǎn)換為脈沖量，經(jīng)光耦隔離后通過C8051F005單片機(jī)的PCA陣列計(jì)數(shù)處理因镊。V／F轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用電路如圖2所示托茅，其中，將有源時(shí)鐘振蕩器輸出的3MHz脈沖信號經(jīng)74HC393四分頻后作為AD652的外部時(shí)鐘源晋劫。

2．3 2 電阻信號

電阻信號先經(jīng)惠斯通電橋轉(zhuǎn)換為0~5V的標(biāo)準(zhǔn)信號层焚，再經(jīng)V／F變換轉(zhuǎn)換為脈沖量，經(jīng)光耦隔離怎机，最后通過C8051F005單片機(jī)的PCA陣列計(jì)數(shù)處理岸腔。

2．3．3 脈沖信號

經(jīng)光耦隔離后的脈沖信號直接通過C8051F005單片機(jī)的PCA陣列計(jì)數(shù)處理。

2．3．4 開關(guān)信號

開關(guān)量采集原理圖如圖3所示仲闽。當(dāng)剎車和轉(zhuǎn)向燈等工作狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)脑溢，其輔助接點(diǎn)將接通YX回路的+12V電源，此時(shí)光耦導(dǎo)通蔼囊，其輸出狀態(tài)發(fā)生改變焚志，在單片機(jī)定時(shí)中斷服務(wù)程序內(nèi)通過I／O口讀取該狀態(tài)即可，其動作分辨率可達(dá)lms畏鼓。

2．4 語音報(bào)警

當(dāng)系統(tǒng)有超速行駛報(bào)警時(shí)酱酬，高亮度紅色LED發(fā)光管閃亮，同時(shí)啟動語音報(bào)警功能云矫，發(fā)出“超速行駛膳沽，請注意”的警告語音。

該記錄儀采用了單片語音錄放電路ISD4004-16作為放音芯片让禀。ISD4004-16芯片工作電壓為3.3V挑社，單片錄放時(shí)間為16分鐘，最多可分 2400段巡揍，音質(zhì)好痛阻，適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)奸桃，內(nèi)含振蕩器音拢、防混淆濾波器、平滑濾波器葬陡、音頻放大器丈蛇、自動靜噪及高密度多電平閃爍存儲陣列娩证。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由單片機(jī)控制，操作命令可通過串行通信接口SPI送入抬宽；同時(shí)采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)隐睹，每個(gè)采樣值直接存儲在片內(nèi)的閃爍存儲器中，因此能夠非常真實(shí)硝僻、自然地再現(xiàn)語音鹿脯、音樂、音調(diào)和效果聲毕沫，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲 ”悍蔫；采樣頻率為4.0kHz，片內(nèi)信息存于閃爍存儲器中橱奶，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復(fù)錄音10萬次慈俯。

在該記錄儀中渤刃，將語音報(bào)警內(nèi)容分為64段，在放音時(shí)可進(jìn)行自由組合贴膘。

2．5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘

為了能準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間卖子，該記錄儀采用了具有SPI接口的串行時(shí)鐘芯片MAX6902。MAX6902可工作在+2V~+5.5V的寬電源范圍內(nèi)刑峡，封裝為SOT23-8洋闽，片內(nèi)具有31B SRAM，具有體積小突梦、外圍電路簡單诫舅、運(yùn)行穩(wěn)定性好、精度高宫患、功耗低等優(yōu)點(diǎn)刊懈，可滿足記錄儀對時(shí)間的要求。

2．6 數(shù)據(jù)存儲

由于要記錄的數(shù)據(jù)量比較大娃闲，因此記錄儀要求具有掉電記憶的大容量存儲器虚汛。通過比較采用了ATMEL公司生產(chǎn)的Flash存儲器AT45DB081B。 AT5DB081B為串行接口逛徽；采用SPI接口的0~3方式與C8051F005單片機(jī)進(jìn)行通信珊辛，幾乎無需外接元器件，集成度高穗免，數(shù)據(jù)存儲量大障渡，數(shù)據(jù)掉電保存；工作電壓為3.3V络跷，工作電流為4mA(待機(jī)狀態(tài)下僅為2μA)绑僵；其主存共4096頁谴眶，每頁264B，總?cè)萘繛?/span>1056KB(約合8Mb)池致，存放在主存中的數(shù)據(jù)掉電不丟失宰蘸。除了主存以外，AT45DB081B還有2個(gè)容量為264B的數(shù)據(jù)緩存剥犯，緩存可以用作主存與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)的緩沖區(qū)域捂臣，也可以暫存一些臨時(shí)數(shù)據(jù)，緩存讀寫方便迅速邓星，但掉電數(shù)據(jù)會丟失堡掏。AT45DB081B數(shù)據(jù)讀寫采用串行方式，讀寫速度快刨疼，從頁到緩存的傳輸時(shí)間為80μs左右泉唁，并且兼容CMOS和TTL電平的輸入、輸出揩慕。

2．7 防拆卸設(shè)計(jì)

為了防止記錄儀被非法拆開亭畜，系統(tǒng)采取了防拆卸設(shè)計(jì)。正常狀態(tài)下一彈簧將一按鍵開關(guān)壓下迎卤，該開關(guān)閉合拴鸵；當(dāng)記錄儀外殼被拆開時(shí)，彈簧彈起蜗搔，按鍵開關(guān)斷開劲藐。通過單片機(jī)的I/O口定時(shí)讀取該開關(guān)的狀態(tài)及記錄開關(guān)狀態(tài)的變化并報(bào)警。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要完成兩方面的功能：(1)實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測和記錄樟凄，檢測到故障時(shí)聲光報(bào)警聘芜。(2)將記錄數(shù)據(jù)通過RS232口上傳到上位機(jī)，以便進(jìn)行日常管理和事故診斷缝龄。

軟件的設(shè)計(jì)完全按照結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方案露揽，將整個(gè)程序按照功能分為若干個(gè)程序模塊，以方便調(diào)試和檢查酵吴。采用Keil C51語言編程屏部。本設(shè)計(jì)中的軟件在KeilμVision2 V2.05集成環(huán)境中編輯、編譯律腊、連接藐捉、調(diào)試后，直接通過JTAG接口將程序下載到C8051F005單片機(jī)中(ISP)辑蛔。程序主要包括：主程序氛玛、模擬量采集程序、開關(guān)量采集程序昔主、脈沖量采集程序蹂勺、數(shù)據(jù)存儲程序稻填、時(shí)鐘處理程序、故障處理程序携帘、語音報(bào)警程序及串口通信程序等恰壁。

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