防碰撞無線通信汽車黑匣子的系統(tǒng)設計

　　汽車行駛記錄儀(俗稱汽車黑匣子)，是對車輛行駛速度、時間、里程以及有關(guān)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)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。對遏止疲勞駕駛、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，國內(nèi)部分省份已經(jīng)規(guī)定，長途客運車必須安裝汽車行駛記錄儀。本文根據(jù)汽車行駛記錄儀國家標準GB/T 19056-2003，設計了一種符合國家標準且在現(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)的設計。

　　1 汽車行駛記錄儀基本功能

　　國家標準GB/T 19056-2003中主要要求記錄儀應有如下功能：

　　(1)自檢功能

　　記錄儀在通電開始工作時，應首先進行自檢，自檢正常后應以綠閃信號及顯示屏顯示方式指示工作正常。

　　(2)駕駛員身份記錄功能

　　每臺記錄儀均配置惟一序號，并安裝了非接觸式射頻IC卡驗卡機，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證駕駛員的身份。如駕駛前未進行身份驗證，或身份驗證無效，即默認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證資料，如駕駛員身份驗證無效，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)速檢測與車輛轉(zhuǎn)速儀表同步，數(shù)字顯示，檢測精度為±50 r/min，顯示范圍為0～9 999 r/m。發(fā)動機轉(zhuǎn)速特征系數(shù)可通過記錄儀管理軟件進行設定。

　　日期和時間的記錄格式：北京時間*年*月*日*時*分*秒，相對誤差：±5 s。

　　(4)數(shù)據(jù)的采集、記錄、存儲功能

　　能夠?qū)r間、日期、駕駛時間、車輛行駛速度、行駛里程等數(shù)據(jù)進行實時測量、記錄和存儲，并保證存儲的數(shù)據(jù)在較長時間內(nèi)不丟失。需要被采集的輸入信號包括三類：模擬信號輸入、數(shù)字信號輸入以及開關(guān)量信號輸入。

　　(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)境進行通信，實現(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)膱龊?，采用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和單片機相結(jié)合進行數(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，加上防碰撞的簡單算法進行數(shù)據(jù)通信。

　　(6)超速、駕駛員疲勞駕駛的報警、記錄

　　當車速超過設限(可根據(jù)用戶需要設定)，記錄儀將發(fā)出聲光報警，提醒駕駛員減速。報警聲間隔為4s。

　　當同一駕駛員連續(xù)駕車行駛累計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)出蜂鳴報警，同時紅燈閃爍，與超速報警相似。連續(xù)駕駛中途停車超過20 min，記錄儀自動解除當前疲勞時間的累計。若停車時間小于20 min，記錄儀仍視為連續(xù)駕駛，累計疲勞駕駛時間。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　本文設計了一個基于LPC2214單片機的簡化嵌入式無線數(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、運行成本低，且依托現(xiàn)有的無線模塊自組網(wǎng)絡，自定義通信協(xié)議。特別適用于采集點分布范圍廣、數(shù)量多、自動化值守的場合。

　　本系統(tǒng)的主機部分包括：信號輸入、數(shù)據(jù)保存和處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信、復位電路和掉電保護電路等部分。

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　　實時時鐘電路，在發(fā)生超速、疲勞駕駛等違章情況時，LPC2214可直接從實時時鐘電路中讀取實時時間進行處理和保存。

　　系統(tǒng)具備USB接口，當用戶插入USB磁盤時，可利用主控USB功能，將存儲器中的數(shù)據(jù)導入磁盤中。上位機軟件可利用此USB磁盤采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析和車輛、人員管理。

　　復位電路不僅能夠復位系統(tǒng)，同時可以處理無線通信中一些干擾信號使無線模塊通信阻塞造成的死機，同時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對電源、時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支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMISTM CPU的高速處理器LPC2214。

　　LPC2214帶有256 KB嵌入的高速FLASH存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應用可使用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76(使用了外部存儲器)～112個(單片應用)。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，實現(xiàn)8路快速模擬信號的采集。該轉(zhuǎn)換器的測量范圍為0～3 V，最快轉(zhuǎn)換速度可達2.44μs/次，編程簡單，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)量采集時采用8路開關(guān)量的采集，外部開關(guān)信號經(jīng)過光電隔離TLP421后，從LPC2214的8根I/O口引入系統(tǒng)，編程實現(xiàn)采用中斷方式或查詢方式對這8路開關(guān)信號進行采集。