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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信息進行記錄存儲并可通過接口實現數據輸出。無線行駛記錄儀把無線通信方式與汽車行駛記錄儀結合，實現記錄儀功能的同時方便用戶對數據的讀取和信息處理，可解決傳統記錄儀通過U 盤等介質導取數據的弊端。 無線通信有多種方式，其中在工業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主要用于傳輸低數據率的通信，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。基于Wi‐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，組網簡單，二次開發技術成熟，價格便宜。因此，在實現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 網絡實現記錄儀的無線通信。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 系統組成 無線行駛記錄儀系統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，其系統組成如圖1所示。 圖1 無線汽車行駛記錄儀系統 其中無線行駛記錄儀主要完成信號采集，數據存儲，數據傳輸。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、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，疑點數據的記錄和存儲； 3）車輛部分相關參數記錄（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的機動車駕駛證證號、車輛最高速度） ； 4）通過U 盤讀取數據或無線傳輸的方式傳送車輛的行駛數據； 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送的數據，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發給記錄儀； 4）數據無線傳輸功能。 記錄儀管理軟件主要完成記錄儀采集數據的解析，數據管理功能，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據； 3）查詢數據庫中各項數據，統計分析不同記錄儀所上傳的各項數據； 4）對獲得數據進行圖表處理，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信號采集，數據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、數據存儲單元設計、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 的數據存儲器、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，可抑制瞬態電壓尖峰。供電電源通過LM2676‐5芯片把電源轉化5 V ，通過LM1117‐3.3芯片把5V 轉化為3.3 V ，電路如圖3所示。 圖3 電源轉換電路 3.1.3 車速信號采集 車速傳感器是用來采集車速脈沖。汽車特征系數是記錄儀計算車速極為重要的一個參數，它關系到車速和里程數據采集的準確性。經過大量實踐，總結出一個可行的方法：車輛特征系數就是車輛每行駛１ km 時傳感器輸出的脈沖數，它等于里程表傳動比和傳感器每圈脈沖數的乘積，即： 特征系數＝ i6(8) 式中：i ：里程表速比 6(8)：車速傳感器脈沖數是6或8 。 例如，桑塔納轎車里程表轉速比為975∶1，其傳感器每圈輸出的脈沖數為６ ，它的特征系數為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 數據存儲單元硬件設計 無線行駛記錄儀數據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，對采集的數據存放到鐵電里面，在鐵電內部存儲區域劃分為5 個塊：設置參數記錄塊、運行參數記錄塊、疑點記錄塊、疲勞記錄塊、普通記錄存儲塊。數據存滿鐵電后，把數據挪移到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 數據存儲電路 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，采用統一的硬件接口電路，對于信號的有效電平通過配制區分，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機制，當把要發送的數據信息內容填到要發送緩存區里面，發送時模塊會加上CRC 校驗。如果接收方收到錯誤的數據幀，會丟掉不返回任何信息，而沒收到應答的發送方會啟動重發機制。 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，無線通信模塊參數如表１所示。 無線通信模塊接口電路如圖7 所示。 圖7 無線通信模塊接口電路 3.2 記錄儀軟件設計 根據無線行駛記錄儀軟件的功能，將記錄儀軟件主函數分成不同時序的任務流程，如表2 所示。 軟件流程如圖8 所示。 圖8 主程序main（）函數流程 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，軟件的主要功能是完成無線行駛記錄儀數據的解析，記錄儀配置，數據管理。軟件架構如圖9 所示。 圖9 管理軟件架構 管理軟件以窗口顯示模塊為人機交互接口，調用基站通信模塊、文件處理模塊，記錄儀通信模塊、數據庫模塊，實現基站通信，文件處理、記錄儀通信和數據庫的處理操作；文件處理模塊、基站通信模塊、記錄儀通信模塊都調用數據庫模塊，對數據進行處理；記錄儀通信模塊通過調用串口通信模塊和記錄儀構成通信鏈路和記錄進行數據交互，基站通信模塊調用網絡通信模塊和基站構成通信鏈路，實現和基站的數據交互。 3.3.1 管理軟件主界面 軟件界面的主窗口以里程統計窗口為顯示主界面，顯示車場、場站下屬單位、車牌號的內容。里程統計窗口可以通過車隊、車輛、駕駛員的內容查詢行駛的里程信息，并統計總的里程數。 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、初始里程累積數據。配置界面如圖11 所示。 圖11 配置窗口 |
