基于单片机的汽车行驶记录仪系统设计

2010年3月(上)［摘要］本文设计了一种基于单片机的汽车行驶记录仪，它可以对车辆行驶速度、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，然后通过接口实现数据输出。

本文主要介绍了该测量仪的硬件系统组成和软件系统的主流程设计，并简单介绍了该系统的抗干扰设计。

［关键词］单片机；记录仪系统；模块化设计基于单片机的汽车行驶记录仪系统设计宋艳（常州信息职业技术学院电子信息工程系，江苏常州２１３１６４）随着汽车普及率的提高，交通阻塞也越来越严重，人流，物流，车流骤增，导致道路交通事故频繁发生，而且呈上升趋势，群死群伤的恶性交通事故屡屡发生。

给人民生命、企业的经营活动和国家财产都造成了巨大的损失。

为了保护人民的生命财产安全，遏制交通事故频发，许多公司企业科研单位研制开发汽车行驶记录仪。

本文在汽车行驶记录仪的背景和发展现状基础上，结合汽车行驶记录仪系统的国家标准，自主研究了一套基于单片机的汽车行驶记录仪系统。

整个系统包括汽车端的汽车行驶状态记录仪和计算机端的汽车行驶信息数据分析软件两部分，前者记录下的状态数据最终送到计算机，由计算机侧相应的分析软件来分析，这样得到的结果有助于运输企业和管理部门监控车辆的运行状态，加强对车辆和驾驶员的管理，同时也可为交通管理部门对汽车事故处理提供相应的技术手段。

这里仅介绍汽车端的汽车行驶状态记录仪的设计（以下简称记录仪）。

1记录仪系统的功能和主要性能指标１．１系统的主要功能１）能够实时监测并记录汽车行驶的各种状态信息，包括速度、里程等重要数据。

２）可记录驾驶员信息（如姓名、工号等）和汽车信息（如车号等），为有关部门检查提供必要的信息。

３）安装在汽车上的汽车行驶状态记录仪可进行输入信息的提示，同时还要有实时信息的显示，并可根据用户要求或设置，另外还要具备汽车超速时的报警功能。

４）具有数据通信功能，可以将记录仪系统与ＰＣ机和Ｕ盘等设备进行数据传输。

１．２系统的主要性能指标１）合适的数据记录频率：速度的采样周期可设置为１次／ｓ￣０．２次／ｓ。

２）一定的数据记录容量：０￣２４０ｈ。

３）较长的数据存储时间：掉电情况下可至少保存１０年以上。

４）监测汽车行驶速度范围：０￣２４０ｋｍ／ｈ。

５）记录需要的汽车行驶数据，包括速度、里程、超速度及时间、停车次数及时间。

６）可以存储驾驶员信息、汽车信息、发车时间和到站时间。

７）要能够抗电磁干扰、防火、防潮、抗冲击。

８）尺寸大小合适，便于在汽车上安装。

2系统的总体构思本系统主要包括数据采集、数据存储、液晶显示和键盘电路、单片机系统和通信接口等几个功能模块。

系统的总体结构框图如图１所示。

图１记录仪系统的总体结构框图3系统的硬件设计３．１供电电源模块目前汽车内部产生的供电是＋１２Ｖ，而记录仪正常工作时，本身芯片所需的电压为５Ｖ。

为了保证记录仪的正常工作，所以系统需要供电模块来实现＋１２Ｖ～＋５Ｖ的电源变换。

因此选用ＤＣ／ＤＣ变换器ＭＣ３４０６３组成ＤＣ／ＤＣ降压变换器。

３．２单片机系统对于整个汽车记录仪而言，单片机是整个系统的核心部分，本系统采用了ＰＨＩＬＩＰＳ公司生产的Ｐ８９Ｃ５１ＲＤ２单片机。

该芯片除了具有２５６字节的内部ＲＡＭ，还扩展了７６８字节的ＲＡＭ空间，完全能够满足程序运行期间所需要的比较大的数据空间，无需扩展外部ＲＡＭ，使系统更可靠和更经济。

并且Ｐ８９Ｃ５ｌＲＤ２中的在系统编程和在应用中编程功能可以通过串口对汽车行驶记录仪进行软件升级，极大的方便了记录仪的维护工作，为汽车行驶记录仪功能的完善提供了便利。

３．３信号采集模块本系统采集的信号主要分为三个部分：车速信号、开关量信号以及和实时时钟数据，对不同种类的信号采用不同的采集方式。

时钟数据采集由实时时钟模块完成。

１）车速信号的采集。

车速信号的采集主要是通过霍尔传感器把车速转换车脉冲信号来实现的，即汽车行驶过程中轮子每转一周会通过内部的霍尔传感器送给系统一对差分信号，系统通过信号采集模块获得一个对应的脉冲信号，通过对该脉冲信号计数，以及已知的轮子直径信息计算，得到车子的运行速度。

为了防止汽车围环境的干扰，切断输入和输出通道间直接的电信号联系，本系统采用了光电隔离电路。

采集到的车速脉冲信号由单片机Ｐ８９Ｃ５１的外部中断ＴＮＸ０捕捉进行采集。

另外用定时器记录脉冲的输出间隔，从而计算出里程、车速等实时数据，用以保存和输出。

２）开关量信号采集。

开关量信号包括车门、左灯、右灯、倒车灯、远光灯、近光灯、刹车、汽车喇叭等信号。

这些开关信号先经过ＴＬＰ５２１光耦隔离处理后直接输入到单片机Ｐ８９Ｃ５１的Ｐ１口。

系统每隔０．２ｓ对开关量信号和１路脉冲信号采集一次，处理器只要将Ｐ１口的状态直接读入就可以了。

３．４实时时钟模块在前面对系统的功能指标要求中提到数据记录容量要求在０￣２４０小时，数据存储时间在掉电情况下要求至少保存１０年以上。

为了准确地记录车辆行驶状态，并对异常情况下的断电时间进行记录，因此选择实时时钟芯片来提供日期和时间。

本系统中选用ＤＡＬＬＡＳ半导体公司的芯片ＤＳ１２８８７，ＤＳ１２８８７实时时钟芯片可以产生详细的时间和日期信息，可以记录汽车信息过程中各种状态发生时对应的时间信息，它可以满足系统的功能要求。

３．５数据存储模块汽车记录仪的核心功能就是完成汽车在行驶过程中的各种状态参量数据的及时记录，并对这些数据进行可靠的存储保护。

本系统对数据的存储器要求很高，需要从以下几个方面考虑：１）掉电后数据需要保存；２）可擦写次数多；３）可靠性高。

故本系统采用了Ａｔｍｅｌ公司生产的串行大容量可擦写的可编程存储器ＡＴ２４Ｃ５１２芯片作为数据存储模块。

３．６显示和键盘模块１）键盘模块。

键盘是单片机应用系统最常用的输入设备，可以通过键盘向系统输入一些信息，如设计人员通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据等，实现简单的人际通信。

在本系统中，键盘主要是用来输入驾驶员和车辆的一些信息等，它是由单片机控制的。

２）液晶显示模块。

本系统要求能够进行字符、数字和汉字的显示，因此选用了内含ＫＳ０１０８Ｂ／ＨＤ６１２０２控制器的图形液晶显示器ＧＸＭ１２８６４，它是一种采用低功耗ＣＭＯＳ技术实现的点阵图形ＬＣＤ模块，有８位微处196TECHNOLOGY TREND［参考文献］［１］李军龙，张剑，张丛，陈全功．气象要素空间插值方法的比较分析．草业科学，２００６．［２］吴孝祥．江苏雨凇分布概况及南京地区雨凇与讲学过程的对比分析．气象科学，１９９４．［３］吕胜辉．王积国等天津机场地区冻雨天气分析．气象科技，２００４．（上接第１９５页）１。

表一１日０８时泰顺高空近似温度分布由表一可知，泰顺上空９００－７００ｈＰａ之间有一个最高温度略大于３．４２逆温层存在。

雨凇天气经常发生在中空气温高于０度、近地层气温低于０度的垂直配置中。

３１日地面温度处在０度左右，１日降至－２到０度之间，这种垂直配置使得冰晶经过逆温层融化，到达逆温层后受冷而形成过冷却水，进而降落凝固依附于物体表面。

这与吴孝祥文［１］中提到的相一致。

２．４地形因素泰顺地势较高，位于海拔５００多米，由于低层冷空气主体不在华南，温州地区温度普遍在０度以上。

而泰顺地处高山，温度相对较低，近地层温度一直维持在－２到０度左右，温州地区只有几个高山站出现雨凇，地形条件也是原因之一。

3总结冻雨过程需要降水的天气背景，但雨凇又不同于一般的雨、雪，如果降温速度太快，会造成降水和降温不同步，低层温度太高又不能使下落的过冷却水凝固，它的出现需要独特的气象条件：１）５００和７００的形势保障了雨凇所需要的水汽和能量条件，８５０的暖性切变北抬和地面冷空气迅速南压提供了冻雨所需要的逆温条件，为雨凇的形成奠定了基础。

２）地面与冷空气主力部分相距一定的距离，不至造成我县地面气温降至过低；逆温暖层厚度适中，使得过冷却水能够到达地面。

３）独特的逆温条件是产生雨凇的必要因素。

４）地势高寒有利于雨凇出现。

理器接口，通过内部的１２８Ｘ６４位映射ＤＤＲＡＭ（ＤｉｓｐｌａｙＤａｔａＲＡＭ）实现１２８Ｘ６４点大小的平板显示。

３．７通信模块本记录仪的通信模块是根据记录仪的国家标准要求同时配置以下两种接口：标准ＲＳ２３２ＣＤ型９针接口和ＵＳＢ（通用串行总线）标准接口来实现与数据分析系统的数据传输。

Ｐ８９Ｃ５１ＲＤ２片上带有全双工串行通信接口，可以使用它来实现与ＰＣ机和键盘显示模块之间的通信。

本系统采用ＭＡＸＩＭ公司的ＭＡＸ２３２芯片实现了单片机和ＰＣ机之间的ＴＴＬ与ＲＳ２３２电平之间的双向转换。

另外，本系统采用了Ｃｙｐｒｅｓｓ公司生产的ＳＬ８１１ＨＳＴ接口芯片和５１系列单片机来实现ＵＳＢ接口功能。

4系统的软件设计系统的功能决定了系统的软件设计。

本系统的软件设计采用模块化设计的方法，整个系统程序包括主程序、数据采集子程序、数据存储子程序、时钟的设置和获取子程序、液晶显示键盘子程序、通信子程序等。

所有的程序均采用Ｃ语言编写，可以很方便地调试和下载程序代码。

本系统主流程如图２所示。

图２记录仪系统的主流程图5系统抗干扰设计记录仪主机的干扰源主要来自内部和外部两个方面。

内部干扰源有：１）信号线之间的串扰；２）相邻回路耦合造成的干扰；３）元器件布局不合理造成的干扰；４）寄生振荡等。

外部干扰源主要有电磁干扰、电源波动造成的干扰以及环境干扰等。

针对本系统可能存在的上述干扰，本文采取了一些措施，尽量减少干扰：１）通道干扰采用光电隔离措施；２）对印制电路板进行抗干扰设计；３）对电源进行抗干扰设计。

6结语本文主要是结合汽车行驶记录仪国家标准ＧＢ／Ｔ１９０５６－２００３设计了一种基于单片机的汽车记录仪系统，主要对该记录仪的硬件系统、软件系统的实现进行了叙述，并介绍了本系统的抗干扰设计。

该记录仪系统还有待改进和完善的地方，需要在今后做进一步的深入研究。

例如可研究采用嵌入式系统来设计该记录仪，可进一步扩展记录仪的功能。

作者简介：宋艳，１９７８年生，女，常州信息职业技术学院，讲师，工程师，研究方向为应用电子，电子信息。

［参考文献］［１］白延敏．５１单片机典型系统开发实例精讲．电子工业出版社［Ｍ］，２００９．［２］国家质量技术监督局，ＧＢ／１１９０５６一２００３．汽车行驶记录仪标准［Ｓ］，２００３．应用科技197。