防碰撞無線通信汽車黑匣子的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　汽車行駛記錄儀(俗稱汽車黑匣子)，是對(duì)車輛行駛速度、時(shí)間、里程以及有關(guān)車輛行駛的其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)并可通過接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。對(duì)遏止疲勞駕駛、車輛超速等交通違章、約束駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為、保障車輛行駛安全以及道路交通事故的分析鑒定具有重要的作用。

　　近幾年來，國(guó)內(nèi)部分省份已經(jīng)規(guī)定，長(zhǎng)途客運(yùn)車必須安裝汽車行駛記錄儀。本文根據(jù)汽車行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19056-2003，設(shè)計(jì)了一種符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)且在現(xiàn)有的汽車行駛記錄儀產(chǎn)品中增加了防碰撞無線數(shù)據(jù)上載的功能。下面主要闡述汽車行駛記錄儀的基本功能以及硬件架構(gòu)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　1 汽車行駛記錄儀基本功能

　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19056-2003中主要要求記錄儀應(yīng)有如下功能：

　　(1)自檢功能

　　記錄儀在通電開始工作時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行自檢，自檢正常后應(yīng)以綠閃信號(hào)及顯示屏顯示方式指示工作正常。

　　(2)駕駛員身份記錄功能

　　每臺(tái)記錄儀均配置惟一序號(hào)，并安裝了非接觸式射頻IC卡驗(yàn)卡機(jī)，或鍵人密碼方式，用戶可以根據(jù)需要采用IC卡方式或鍵入密碼方式驗(yàn)證駕駛員的身份。如駕駛前未進(jìn)行身份驗(yàn)證，或身份驗(yàn)證無效，即默認(rèn)為是上一次駕駛員身份。通過記錄儀管理軟件可以方便地查看駕駛員身份驗(yàn)證資料，如駕駛員身份驗(yàn)證無效，并不影響駕駛，但可通過管理軟件查看到非法駕駛的相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　(3)數(shù)據(jù)顯示

　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)與車輛轉(zhuǎn)速儀表同步，數(shù)字顯示，檢測(cè)精度為±50 r/min，顯示范圍為0～9 999 r/m。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特征系數(shù)可通過記錄儀管理軟件進(jìn)行設(shè)定。

　　日期和時(shí)間的記錄格式：北京時(shí)間*年*月*日*時(shí)*分*秒，相對(duì)誤差：±5 s。

　　(4)數(shù)據(jù)的采集、記錄、存儲(chǔ)功能

　　能夠?qū)r(shí)間、日期、駕駛時(shí)間、車輛行駛速度、行駛里程等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量、記錄和存儲(chǔ)，并保證存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不丟失。需要被采集的輸入信號(hào)包括三類：模擬信號(hào)輸入、數(shù)字信號(hào)輸入以及開關(guān)量信號(hào)輸入。

　　(5)數(shù)據(jù)通信功能

　　記錄儀能夠通過多種方式(包括RS 232串行接口、USB接口以及I2C總線接口)與外部環(huán)境進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。

　　現(xiàn)有的汽車行駛記錄儀數(shù)據(jù)上載大部分均為有線傳輸，例如USB、串口線傳輸?shù)?。在無法使用有線傳輸?shù)膱?chǎng)合，采用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和單片機(jī)相結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是較合理的方案。本文就是用LPC2214與SR-WF-1021數(shù)傳模塊結(jié)合，加上防碰撞的簡(jiǎn)單算法進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

　　(6)超速、駕駛員疲勞駕駛的報(bào)警、記錄

　　當(dāng)車速超過設(shè)限(可根據(jù)用戶需要設(shè)定)，記錄儀將發(fā)出聲光報(bào)警，提醒駕駛員減速。報(bào)警聲間隔為4s。

　　當(dāng)同一駕駛員連續(xù)駕車行駛累計(jì)4 h以上，記錄儀將記錄下該駕駛員疲勞駕駛的相關(guān)數(shù)據(jù)，并發(fā)出蜂鳴報(bào)警，同時(shí)紅燈閃爍，與超速報(bào)警相似。連續(xù)駕駛中途停車超過20 min，記錄儀自動(dòng)解除當(dāng)前疲勞時(shí)間的累計(jì)。若停車時(shí)間小于20 min，記錄儀仍視為連續(xù)駕駛，累計(jì)疲勞駕駛時(shí)間。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于LPC2214單片機(jī)的簡(jiǎn)化嵌入式無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)體積小、重量輕、運(yùn)行成本低，且依托現(xiàn)有的無線模塊自組網(wǎng)絡(luò)，自定義通信協(xié)議。特別適用于采集點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、自動(dòng)化值守的場(chǎng)合。

　　本系統(tǒng)的主機(jī)部分包括：信號(hào)輸入、數(shù)據(jù)保存和處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信、復(fù)位電路和掉電保護(hù)電路等部分。

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　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，在發(fā)生超速、疲勞駕駛等違章情況時(shí)，LPC2214可直接從實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路中讀取實(shí)時(shí)時(shí)間進(jìn)行處理和保存。

　　系統(tǒng)具備USB接口，當(dāng)用戶插入U(xiǎn)SB磁盤時(shí)，可利用主控USB功能，將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤中。上位機(jī)軟件可利用此USB磁盤采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和車輛、人員管理。

　　復(fù)位電路不僅能夠復(fù)位系統(tǒng)，同時(shí)可以處理無線通信中一些干擾信號(hào)使無線模塊通信阻塞造成的死機(jī)，同時(shí)LPC2214中的電源監(jiān)控芯片可提高系統(tǒng)的可靠性，從而保證LPC2214對(duì)電源、時(shí)鐘源等諸多方面提出的較高要求。

　　2.1 CPU模塊

　　系統(tǒng)中的CPU模塊是采用Philips公司推出的基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDMISTM CPU的高速處理器LPC2214。

　　LPC2214帶有256 KB嵌入的高速FLASH存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。

　　LPC2214采用144腳封裝，可使用的GPIO高達(dá)76(使用了外部存儲(chǔ)器)～112個(gè)(單片應(yīng)用)。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，使它們非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟Modern以及其他各種類型的應(yīng)用。

　　2.2 數(shù)據(jù)量采集

　　本文的模擬量采集是直接利用LPC2214內(nèi)現(xiàn)有的逐次逼近式的10 b A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)8路快速模擬信號(hào)的采集。該轉(zhuǎn)換器的測(cè)量范圍為0～3 V，最快轉(zhuǎn)換速度可達(dá)2.44μs/次，編程簡(jiǎn)單，還可選擇需要的功能來提高轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。

　　本文的開關(guān)量采集時(shí)采用8路開關(guān)量的采集，外部開關(guān)信號(hào)經(jīng)過光電隔離TLP421后，從LPC2214的8根I/O口引入系統(tǒng)，編程實(shí)現(xiàn)采用中斷方式或查詢方式對(duì)這8路開關(guān)信號(hào)進(jìn)行采集。