多功能汽车行驶记录仪的系统设计

1、嵌入式技术电子测量技术ELECT RON IC MEASU REMENT T ECH N OLOGY 第34卷第3期2009年3月多功能汽车行驶记录仪的系统设计彭李明连迅(武汉理工大学武汉430079摘要:本文详细阐述了多功能汽车行驶记录仪的技术要求,并提出了解决方案,该系统集数据记录存储、数据采集、数据统计分析为一体。本文着重分析了汽车行驶记录仪的硬件结构设计和软件流程设计,并对原型样机进行了性能和功能测试,对记录仪今后的发展进行了展望。关键词:ARM;嵌入式系统;汽车行驶记录仪中图分类号:T P2文献标识码:ASystem design about multi2function vehic

2、le traveling data recorderP eng Liming Lian Xun(Wuhan U niver sity of T echnology,Wuhan430079Abstr act:Vehicle T raveling Data Recorder(VTDRis a digital electronic device,which can r ecord vehicle speed,r eal t ime,mileage and vehicle p s other status informat ion.In spite of owning the advanced tec

3、hnique,the aboar d t raveling recorders ar e unfit for our count ry in applicability and price.It is urgent ly necessary to design and produce the pr oducts.I n this article,a Vehicle Traveling Data Recorder system is int roduced in details about technology r equirement and achievement.The author di

4、scusses the Vehicle T raveling Data Recorder including the har dwar e and software,test the pr otot ype machine and put forwar d to the summarization and the pr ospect as the end.Keywords:ARM;embedded syst em;VTDR0引言汽车行驶记录仪(又称汽车黑匣子是一种使用在汽车上的数字式电子记录装置1。这种装置能对车辆的行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录存储并可通过接口实现

5、数据输出。汽车行驶记录仪的使用,对抑制疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、保障车辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用2。本文根据汽车行驶记录仪国家标准GB/T19056-2003,开发设计了一种功能强大、性能稳定、体积小巧且适合安装的多功能汽车行驶记录仪,采用的是三星公司的32位嵌入式A RM处理器S3C2440和Linux操作系统,本文主要阐述了汽车行驶记录仪的硬件架构和软件系统设计。1汽车行驶记录仪基本功能根据国家颁布的汽车行驶记录仪的标准(GB/T 19056-20033,本系统主要具备以下功能:1.1自检功能记录仪在通电开始工作时,应首先进行自检,自

6、检正常后应以绿闪信号及显示屏显示方式指示工作正常,如有故障则应以红闪信号及显示屏显示方式指示故障信息。1.2数据采集、记录和存储功能能够对实时时间、日期、驾驶时间、车辆行驶速度、行驶里程等数据进行测量、记录和存储,并保证存储的数据在较长时间内不丢失。需要被采集的输入信号包括三类:模拟信号输入、数字信号输入以及开关量信号输入。1.3数据处理功能记录仪能够按照具体要求,对所采集到的数据实时的进行处理,并在必要的情况下采取相应的措施对车辆进行管理。1.4驾驶员身份记录功能记录仪可以实现驾驶人员身份记录功能,同时可以记录驾驶员代码和公安交通管理部门核发的机动车驾驶证证号。1.5数据显示功能记录仪的显示

7、面板能准确显示各类信息,包括驾驶员代码、实时时间、实时日期、实时车速以及各类报警提示等。1.6操作功能记录仪具备按键操作功能,应用于数据打印输出以及数据的上传和下载以及车辆特征系数的设定等操作。#143#第34卷电 子 测 量 技 术1.7 数据打印输出功能记录仪能够通过针式微型打印机打印出车辆信息、驾驶员信息、疲劳驾驶及超速驾驶时段等信息。1.8 数据通信功能记录仪能够通过多种方式(包括RS232串行接口、U SB 接口以及I2C 总线接口与外部环境进行通信,实现数据的交互。1.9 掉电保护功能数据对记录仪至关重要,如果由于某些意外情况导致记录仪掉电,系统应能及时检测,并做好当前数据的保存工

8、作。1.10 数据分析软件系统对记录仪系统参数进行设置与管理,包括用户权限的管理、驾驶员信息的管理、汽车信息的管理以及车辆特征系数的设定等,并能通过RS232串行接口进行数据传输或USB 接口读写磁盘数据,即完成数据上载(从记录仪传输到PC 机与数据下传(从PC 机传输到记录仪。2 系统硬件设计本系统由主机部分和上位机管理分析软件二部分组成。其中主机部分包括:信号输入、数据保存和处理、数据显示、数据通信、复位电路和掉电保护电路等部分。系统以一个32位的RISC 微处理器为核心4,对外部模拟输入、数字输入以及开关量输入3种信号分别进行采集。需要保存的数据经过处理后存储于内部大容量存储器中,实时数

9、据(如实时车速、实时时间及报警信号等可通过显示面板输出显示。系统总体方案如图1所示。 图1 系统总体方案复位电路不仅能够复位系统,同时还借用专用微处理器电源监控芯片来提高系统的可靠性,从而保证RISC 微处理器对电源、时钟源等诸多方面提出的较高要求。时钟电路提供实时时钟,当发生超速、疲劳驾驶等情#144#彭李明等:多功能汽车行驶记录仪的系统设计第3期况时,处理器从实时时钟电路读取实时时间进行处理和保存,以供日后打印输出。掉电保护电路为实时数据的保存提供了一种安全机制。当系统供电电压低于某个特定值时,掉电保护电路认为掉电发生,于是触发相应的中断。在中断处理程序中,处理器将对当前尚未保存的实时数据

10、分别处理和存储,从而避免数据的丢失。系统具备U SB接口,当插入U SB磁盘时,可利用主控U SB功能,将存储器中的数据导入磁盘中。上位机软件可利用此USB磁盘采集到的数据进行数据分析和车辆、人员管理。系统提供的CAN2BUS接口可以方便记录仪与车内其他带有CAN2B U S接口的仪表进行通信,这是系统的扩展功能。上位机管理分析软件是提供给车辆管理中心人员使用,一方面它可以采集管理中心属下的所有车辆信息和驾驶员信息,进行统一编号和管理;另一方面它可以采集车辆行驶的实时数据,掌握驾驶员的驾驶情况。此外它还可对发生事故的车辆进行事故分析鉴定,为交通部门和执法部门提供相应的交通事故鉴定报告。经过合理

11、规划和多次比较,系统最终采用的设计方案如下:1处理器:三星32位RISC处理器S3C2440。2存储器:NandFlash存储器K9F1208U0A64M字节;2片SDRAM存储器4Banks4Mbits16bit的K4S561632C;铁电FM24C256存储器。3信号采集:模拟信号的采集:利用S3C2440内置的A/D转换器进行采集;数字信号的采集:利用S3C2440内部定时器的捕捉功能进行采集;开关量输入信号采集:采用MC33993开关量检测芯片进行采集。4数据显示:MSC2G12864,LCD液晶显示器,12864点阵。5外扩实时时钟:PCF8563。6U SB主控器:CYPRESS公

12、司的USB H ost/Slave SL811H S芯片6,7,9。7驾驶员身份识别:直接通过按键,输入驾驶员的信息资料来确认身份。8上位机软件与主机模块通信:RS232串口通信。3主程序设计汽车黑匣子作为一个记录汽车运行状态的仪器,在无人控制的环境下,因此需要随汽车开始运行而自动运行。本汽车黑匣子的运行方式为:在系统上电后开始运行系统引导程序B oot loader,通过Boot loader调用嵌入式Linux 内核,在操作系统运行后,操作系统自动启动本系统的主程序 5。系统软件采用中断服务程序配合CPU集中控制的结构。主控程序负责系统初始化、操纵每个模块的硬件设备并与之交互数据;而各个模

13、块用中断的方式向主控程序发出请求,要求主控程序完成相应的操作。主程序流程图如图2所示。图2主程序流程图4原型样机测试本系统已经顺利完成,并研制出原型样机。通过将原型样机安装在试验用车并进行实车走行测试的方式,完成了对原型样机路试的性能、功能测试。4.1电气性能测试系统电气性能测试主要包括电压适应性试验、电源极性反接性能试验、电源过电压性能试验和断电保护性能试验。具体测试见表1。#145#第34卷电子测量技术表1试验结果标准电源电压(伏特电压适应性波动范围(伏特极性反接试验电压(伏特过电压(伏特样机试验结果(1万km走行试验1291614?0.124样机数据记录、显示、打印输出、数据通信等各项功

14、能均正常;能承受5min的极性反接试验,无其他电气故障;能承受3min的过电压试验;断电后,自动保存的数据30d不丢失24183228?0.236样机数据记录、显示、打印输出、数据通信等各项功能均正常;能承受3min的极性反接试验,无其他电气故障;能承受2min的过电压试验;断电后,自动保存的数据20d不丢失36274842?0.354样机数据记录、显示、打印输出、数据通信等各项功能均正常;能承受3min的极性反接试验,无其他电气故障;能承受1min的过电压试验;断电后,自动保存的数据15d不丢失4.2原型样机其他技术规格参数技术规格参数如表2所示。表2原型样机其他技术规格参数编号项目规格1工

15、作电压DC:12V/24V/36V2工作温度-2070e3相对湿度20%90%4采样频率0.2s5主存储器容量64M6车速测量范围0300km/h7里程范围09999999.9km8数据通讯方式RS232、USB、CAN9打印机针式打印机10显示方式LCD液晶显示器11采集信号开关量输入、模拟量输入、脉冲信号输入4.3原型样机功能测试安装原型样机的试验用车,在30天内走行正常,各项功能满足设计要求,具体如表3所示。表3测试结果编号功能描述测试结果1自检功能样机上电启动后,自动进行自检,绿灯闪烁代表工作正常;红灯闪烁代表有故障2实时时钟、日期及驾驶时间采集、记录、存储样机可提供北京时间日期和时钟

16、,以年、月、日方式记录实时日期;以时、分、秒记录时钟;对连续驾驶时间进行记录;可连续记录48h数据3车辆行驶速度的测量、记录、存储可以0.2s为时间间隔持续记录并存储停车前30s对应的车辆速度及制动状态信号作为事故疑点数据;以1min的时间间隔持续记录并存储车辆在最近480h内的行驶状态数据;样机在试验用车上进行实车路试,允许误差为?3km/h4车辆行驶里程的测量、记录、存储样机可持续记录车辆从指定统计时间开始的累计行驶里程5驾驶员身份记录驾驶员通过键盘的方式输入机动车驾驶证证号,样机可进行记录并验证6显示及操作通过LCD液晶显示器进行信息显示,通过按键进行信息输入7数据通信功能样机配置3种通

17、信接口:USB标准接口;RS232D型9针接口;CAN总线接口8数据存储容量可存储480h每分钟行驶数据;300条停车记录;300条刹车记录;300条疲劳驾驶记录; 3000条行车记录;3000条开关量记录9数据打印功能数据打印仅在停车状态下进行,打印时间不超过1min,打印内容包括车牌号码、车牌分类、驾驶员代码、驾驶证号码、打印时间、停车前20min平均车速、疲劳驾驶记录等#146 #彭李明等:多功能汽车行驶记录仪的系统设计第3期5结论本文虽然介绍的是一个汽车行驶记录仪系统,但其发展空间远不限于此,应当迈向汽车电子产业的广阔领域。基于我们所构建的硬件平台,加入GPRS,GPS模块和L CD显

18、示器,可实现汽车的电子地图导航和远程跟踪定位10;利用车内的各个传感器和电子开关,还可实现汽车被强行开动后自动熄火的防盗功能。在发达国家,此类系统已经广泛地在中高档车辆上得到了使用。随着国家经济的发展,相信本系统一定会在汽车产业领域得到越来越多的使用和认同。参考文献1李奕薇.我国行车记录仪市场调研J.中国交通信息产业,2003(1:22224.2王征平,王小惠.行车记录仪市场分析J.中国交通信息产业:2003(1:90295.3GB/T19056-2003汽车行驶记录仪起划工作组.GB/T19056-20035汽车行驶记录仪6实施指南M.北京:中国标准出版社,2003.4杜春雷.AR M体系结

19、构与编程M.北京:清华大学出版社,2004.5周立功.AR M嵌入式系统软件开发实例M.北京:北京航空航天大学出版社,2005.6周立功.P DIUSBD12USB固件编程与驱动开发M.北京:北京航空航天大学出版社,2003.7杨捷,杨林军.USB2HOST技术在无纸记录仪上的应用J.仪器仪表学报,2004,25(z1:23225.8吕立德,董新民,胥新军,等.飞机座舱空气调节系统检查仪J.国外电子测量技术,2006,25(11:15217.9Cypress Semiconductor Corporation.SL811H S/SL811S Errata Embedded USB H ost/Slave ControllerZ.2002.作者简介彭李明,男,1974年出生,武汉理工大学交通学院在读博士,主要研究方向为体育训练器材的测试、设计与开发。(上接第134页5结论测试表明uC/OS2Ò是一个