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1 引言
汽車行駛記錄儀是一種在汽車上使用的記錄裝置。此設備能對車輛的行駛速度、里程以及有關車輛行駛的其他狀態(tài)信息進行記錄存儲并可通過接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出。無線行駛記錄儀把無線通信方式與汽車行駛記錄儀結(jié)合，實現(xiàn)記錄儀功能的同時方便用戶對數(shù)據(jù)的讀取和信息處理，可解決傳統(tǒng)記錄儀通過U 盤等介質(zhì)導取數(shù)據(jù)的弊端。
無線通信有多種方式，其中在工業(yè)應用領域應用最廣泛的有ZigBee 無線通信，RF 無線通信和Wi‐Fi 無線通信。ZigBee主要用于傳輸?shù)蛿?shù)據(jù)率的通信，具有超低的功率損耗，主要目標是提供設備控制信道。RF廣泛應用于通信、汽車、醫(yī)療、IT 等領域，安全性好，主要目標是提供設備控制信道，缺點抗干擾能力差?；赪i‐Fi通信的模塊廣泛應用于通信，控制領域。通信距離遠，安全性好，組網(wǎng)簡 單，二次開發(fā)技術(shù)成熟，價格便宜。因此，在實現(xiàn)無線行駛記錄儀無線通信方案時，選用基于Wi‐Fi 通信模塊組成WLAN 網(wǎng)絡實現(xiàn)記錄儀的無線通信。無線行駛記錄記錄儀可用于所有類型車輛，特別適用于企事業(yè)單位，如：擁有大型車隊的物流公司、場站、機場、部隊后勤保障等部門。
2 系統(tǒng)組成
無線行駛記錄儀系統(tǒng)主要包括無線行駛記錄儀，接收基站和記錄儀管理軟件3部分，其系統(tǒng)組成如圖1所示。
圖1 無線汽車行駛記錄儀系統(tǒng)
其中無線行駛記錄儀主要完成信號采集，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)傳輸。無線行駛記錄儀主要功能如下：
1）能對車輛的如下動作進行實時記錄：左閃燈、右閃燈、倒車燈、車門狀態(tài)、遠光燈、近光燈、剎車燈、汽車喇叭;
2）車輛行駛速度和里程的測量、記錄、存儲，疑點數(shù)據(jù)的記錄和存儲;
3）車輛部分相關參數(shù)記錄（如車輛識別代號、車牌號碼、駕駛員代碼、駕駛證證號、實時時鐘、公安交通管理部門核發(fā)的機動車駕駛證證號、車輛最高速度） ;
4）通過U 盤讀取數(shù)據(jù)或無線傳輸?shù)姆绞絺魉蛙囕v的行駛數(shù)據(jù);
5）駕駛時間記錄、超速，疲勞駕駛報警。
接收基站主要功能是接收無線行駛記錄儀發(fā)送的數(shù)據(jù)，并傳送到上位機。無線行駛記錄儀通過配置可作為接收基站使用，功能如下：
1）對記錄儀傳輸過來的信息進行相應的處理;
2）通過串口發(fā)送到記錄儀管理軟件計算機;
3）接收上位機的相應指令并轉(zhuǎn)發(fā)給記錄儀;
4）數(shù)據(jù)無線傳輸功能。
記錄儀管理軟件主要完成記錄儀采集數(shù)據(jù)的解析，數(shù)據(jù)管理功能，配置記錄儀功能。功能如下：
1）實時描述整個駕駛過程，對駕駛員整個駕駛過程進行回放管理;
2）讀取記錄儀記錄的各項原始數(shù)據(jù);
3）查詢數(shù)據(jù)庫中各項數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析不同記錄儀所上傳的各項數(shù)據(jù);
4）對獲得數(shù)據(jù)進行圖表處理，獲得管理參考。
3 無線行駛記錄儀設計與應用
3.1 無線行駛記錄儀硬件設計
無線行駛記錄儀硬件主要實現(xiàn)信號采集，數(shù)據(jù)存儲和無線通信功能。硬件電路包括：MCU控制單元設計、電源電路設計、車速信號和開關采集電路設計、數(shù)據(jù)存儲單元設計、無線通信模塊接口設計、USB電路設計等，硬件組成如圖2所示。
圖2 行駛記錄儀硬件
3.1.1 MCU 單元設計
無線行駛記錄儀的MCU 選用LPC 1766，該MCU 屬于LPC 1700系列Cortex - M3 微控制器。 該微控制器的外設組件包含高達512 KB 的Flash存儲器、64KB 的數(shù)據(jù)存儲器、USB 主機/從機/OTG 接口、4 個UART 、2個SSP控制器、SPI 接口、3個I2C 接口、2 - 輸入和2- 輸出的I2S接口、8通道的12 位ADC 、內(nèi)置時鐘、4個通用定時器、6- 輸出的通用PWM 、帶獨立電池供電的超低功耗RTC 和多達70個的通用I/O 管腳。
3.1.2 電源電路設計
電源電路的主要功能是將車載直流電源12 V 或24 V ，轉(zhuǎn)化為3 V（DC）和5 V（DC）電源，提供記錄儀各功能模塊供電。
電源輸入端增加TVS 二極管保護電路，可抑制瞬態(tài)電壓尖峰。供電電源通過LM2676‐5芯片把電源轉(zhuǎn)化5 V ，通過LM1117‐3.3芯片把5V 轉(zhuǎn)化為3.3 V ，電路如圖3所示。
圖3 電源轉(zhuǎn)換電路
3.1.3 車速信號采集
車速傳感器是用來采集車速脈沖。汽車特征系數(shù)是記錄儀計算車速極為重要的一個參數(shù)，它關系到車速和里程數(shù)據(jù)采集的準確性。經(jīng)過大量實踐，總結(jié)出一個可行的方法：車輛特征系數(shù)就是車輛每行駛1 km 時傳感器輸出的脈沖數(shù)，它等于里程表傳動比和傳感器每圈脈沖數(shù)的乘積，即：
特征系數(shù)= i6（8）
式中：i ：里程表速比 6（8）：車速傳感器脈沖數(shù)是6或8 。
例如，桑塔納轎車里程表轉(zhuǎn)速比為975∶1，其傳感器每圈輸出的脈沖數(shù)為6 ，它的特征系數(shù)為5850，即每千米5860個脈沖。脈沖采集電路如圖4 所示。
圖4 脈沖采集電路
3.1.4 數(shù)據(jù)存儲單元硬件設計
無線行駛記錄儀數(shù)據(jù)存儲單元采用鐵電和Flash芯片組合方式組成。在汽車行駛過程 中，記錄儀會按秒（用戶可配置）時間間隔，對采集的數(shù)據(jù)存放到鐵電里面，在鐵電內(nèi)部存儲區(qū)域劃分為5 個塊：設置參數(shù)記錄塊、運行參數(shù)記錄塊、疑點記錄塊、疲勞記錄塊、普通記錄存儲塊。數(shù)據(jù)存滿鐵電后，把數(shù)據(jù)挪移到Flash 里。
鐵電芯片選用RAM TRON 公司的FM24CL64，通過I2C接口與MCU 連接。Flash 芯片選用ATMEL 公司的AT45DB128，通過SPI 接口與MCU 連接。接口電路連接圖如圖5所示。
圖5 數(shù)據(jù)存儲電路
3.1.5 開關信號采集硬件設計
無線行駛記錄儀采集8 個開關信號，采用統(tǒng)一的硬件接口電路，對于信號的有效電平通過配制區(qū)分，以剎車電路為例介紹開關采集接口電路如圖6 所示。
圖6 開關量采集電路
3.1.6 無線通信模塊硬件設計
對于無線通信的可靠性與安全性，無線通用模塊的糾錯機制是采用重發(fā)機制，當把要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容填到要發(fā)送緩存區(qū)里面，發(fā)送時模塊會加上CRC 校驗。如果接收方收到錯誤的數(shù)據(jù)幀，會丟掉不返回任何信息，而沒收到應答的發(fā)送方會啟動重發(fā)機制。
無線通信模塊選用中電華大電子有限公司的TL0902GU 無線通信模塊，無線通信模塊參數(shù)如表1所示。
無線通信模塊接口電路如圖7 所示。
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圖7 無線通信模塊接口電路
3.2 記錄儀軟件設計
根據(jù)無線行駛記錄儀軟件的功能，將記錄儀軟件主函數(shù)分成不同時序的任務流程，如表2 所示。
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軟件流程如圖8 所示。
圖8 主程序main（）函數(shù)流程
3.3 記錄儀管理軟件設計
無線行駛記錄儀管理軟件采用VC++ 6.0設計開發(fā)，軟件的主要功能是完成無線行駛記錄儀數(shù)據(jù)的解析，記錄儀配置，數(shù)據(jù)管理。軟件架構(gòu)如圖9 所示。
圖9 管理軟件架構(gòu)
管理軟件以窗口顯示模塊為人機交互接口，調(diào)用基站通信模塊、文件處理模塊，記錄儀通信模塊、數(shù)據(jù)庫模塊，實現(xiàn)基站通信，文件處理、記錄儀通信和數(shù)據(jù)庫的處理操作;文件處理模塊、基站通信模塊、記錄儀通信模塊都調(diào)用數(shù)據(jù)庫模塊，對數(shù)據(jù)進行處理;記錄儀通信模塊通過調(diào)用串口通信模塊和記錄儀構(gòu)成通信鏈路 和記錄進行數(shù)據(jù)交互，基站通信模塊調(diào)用網(wǎng)絡通信模塊和基站構(gòu)成通信鏈路，實現(xiàn)和基站的數(shù)據(jù)交互。
3.3.1 管理軟件主界面
軟件界面的主窗口以里程統(tǒng)計窗口為顯示主界面，顯示車場、場站下屬單位、車牌號的內(nèi)容。里程統(tǒng)計窗口可以通過車隊、車輛、駕駛員的內(nèi)容查詢行駛的里程信息，并統(tǒng)計總的里程數(shù)。
行駛曲線窗口用來顯示某車牌號的車輛在某段時間的行駛曲線。行駛信息以實時曲線的形式表達出來使行駛信息更加直觀可讀，同時也方便用戶查看某一時刻的速度情況和開關信息情況，如圖10所示。
圖10 行駛信息窗口
3.3.2 配置界面
用戶設置記錄儀時，使用串口設置工具通過串口線連接記錄儀，用戶必須配置的信息包括：場站ID 、車牌號、汽車特征系數(shù)、初始里程累積數(shù)據(jù)。配置界面如圖11 所示。
圖11 配置窗口
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