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隨著飛機飛行數據記錄儀在空運管理方面的成功運用，汽車行駛狀態記錄儀已陸續在許多國家和地區大量使用。早在1990年以前，歐共體就通過了在汽車上安裝行駛狀態記錄儀的立法，并具體規定了商用車必須安裝行駛狀態記錄儀。這一立法要求其歐洲的15個成員國在十年內給在用的900萬輛商用車安裝這一裝置。美國、日本、馬來西亞及香港等國家和地區也相繼廣泛使用了汽車行駛狀態記錄儀。統計資料表明，汽車行駛狀態記錄儀的使用，使交通事故率降低了37％"52％，大大減少了人員傷亡和財產損失，產生了顯著的社會效益和經濟效益。可見，準確記錄運行過程，對事故防患于未然是極為重要的。 該汽車行駛狀態記錄儀在發生交通事故時，能客觀、全面地記錄交通事故發生時車輛行駛的各種狀態和司機的操作行為，為交通事故分析提供真實、有效、科學的有關車輛行駛的原始數據，并可提供事故分析功能，幫助有關部門快速確定事故原因，以保障事故雙方(或幾方)的合法權益；在正常營運中，又是管理部門加強監督和管理的強有力工具，幫助管理人員全面了解汽車的運行情況；在車輛發生故障時，它又可提供故障診斷功能，為維修人員判斷故障提供可靠、準確的科學依據。汽車行駛狀態記錄儀的推廣，將在遏止疲勞駕駛、車輛超速等嚴重交通違章、約束駕駛人員駕駛行為、預防道路交通事故、保障車輛行駛安全、提高營運管理水平等諸多方面發揮重要作用。 1 系統組成及主要功能 汽車行駛狀態記錄系統主要由汽車行駛狀態記錄儀、手持讀碼器和管理計算機組成。記錄儀安裝于汽車上，實時監測并記錄車輛的行駛數據；手持讀碼器由掌上電腦和應用軟件組成，用于控制和操作記錄儀的運行及通過RS232串行口對記錄儀進行數據讀取；管理計算機用于對原始記錄數據進行統計、報表、存儲及查詢。 記錄儀是整個系統的核心，其主要功能如下： (1)可實時監測并記錄汽車行駛的各種狀態信息如時間、車速、怠速、超速、里程、車門開關、剎車狀態、方向燈狀態、近遠光燈、引擎轉速、引擎異常、機油壓力、溫度等。 (2)運行數據存儲在大容量串行Flash存儲器中，即使掉電，數據也不丟失。 (3)具有超時(疲勞)報警及記錄功能，從而有效遏制司機疲勞行車，保證長途運輸行車的安全。 (4)分級超速報警功能。用戶可按需求設置三級限速，當車輛超速時，會接不同限速分級聲光報警，從而有效遏制超速行車，保證行車安全。 (5)車牌號、車型號、限速值等數據可方便地通過手持讀碼器在線寫入或修改。 (6)備有GPS接口，可方便地擴展GPS對時、通信、定位、信息服務等功能。 (7)具有與手持讀碼器和管理計算機通信的標準RS232接口。 (8)管理軟件可統計分析任何時段的行車速度、行駛里程、停車次數、停車時間、超速次數、超速時間以及收、發車時問等，提供給管理人員關心的各種數據。 2 記錄儀硬件設計 根據記錄儀功能要求和工作特點．在設計時主要從運行可靠性、記錄數據準確性及數據存儲容量三方面考慮。記錄儀結構框圖如圖1所示，主要包括單片機及其外圍電路、電壓量、電阻量、脈沖量及開關量采樣電路、實時時鐘電路、數據存儲電路、聲光報警電路、RS232通信接口電路及各種車用傳感器等。 2．1 單片機 采用Cygnal公司生產的C8051F005單片機作為控制核心。在該記錄儀中，PCA定時器陣列完成V/F變換脈沖計數；2個電壓比較器實現蓄電池過壓、欠壓檢測；利用片內溫度傳感器實現溫度檢測；I／0口實現開關量檢測；SPI接口控制ISD4004一16芯片完成語音報警、實時時鐘芯片MAX6902時鐘的讀寫以及數據存儲芯片AT45DB081B的讀寫；片內RS232口將記錄數據上傳到上位機。由此可見，采用C8051F005單片機單個芯片即可完成系統的控制和檢測，大大簡化了系統硬件設計，顯著降低了系統成本。 2.2 傳感器選擇 汽車內傳感器的工作環境十分惡劣，因此對傳感器的要求也十分嚴格。這些傳感器必須要經受住從一40℃"+150℃的溫度變化，而且要求精度高、可靠性好、反應快、抗干擾和抗振動能力強，才能準確地實時檢測汽車運行的有關狀態，并將這些狀態轉換成電信號供給單片機處理。 2.3 信號檢測 汽車傳感器輸出信號一般為電壓、電阻、脈沖信號及開關量等，下面分別介紹這些信號的檢測方法。 2.3.1 電壓信號 為了提高抗干擾能力和檢測精度，先將電壓信號經信號調理電路變換為0～5V的標準信號，再經V/F變換轉換為脈沖量，經光耦隔離后通過C8051F005單片機的PCA陣列計數處理。V／F轉換器的應用電路如圖2所示，其中，將有源時鐘振蕩器輸出的3MHz脈沖信號經74HC393四分頻后作為AD652的外部時鐘源。 2.3 .2 電阻信號 電阻信號先經惠斯通電橋轉換為0"5V的標準信號，再經V／F變換轉換為脈沖量，經光耦隔離，最后通過C8051F005單片機的PCA陣列計數處理。 2.3.3 脈沖信號 經光耦隔離后的脈沖信號直接通過C8051F005單片機的PCA陣列計數處理。 2.3.4 開關信號 開關量采集原理圖如圖3所示。當剎車和轉向燈等工作狀態發生改變時，其輔助接點將接通YX回路的+12V電源，此時光耦導通，其輸出狀態發生改變，在單片機定時中斷服務程序內通過I／O口讀取該狀態即可，其動作分辨率可達lms。 2.4 語音報警 當系統有超速行駛報警時，高亮度紅色LED發光管閃亮，同時啟動語音報警功能，發出“超速行駛，請注意”的警告語音。 該記錄儀采用了單片語音錄放電路ISD4004-16作為放音芯片。ISD4004-16芯片工作電壓為3.3V，單片錄放時間為16分鐘，最多可分2400段，音質好，適用于移動電話及其他便攜式電子產品中。芯片采用CMOS技術，內含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存儲陣列。芯片設計是基于所有操作必須由單片機控制，操作命令可通過串行通信接口SPI送入；同時采用多電平直接模擬量存儲技術，每個采樣值直接存儲在片內的閃爍存儲器中，因此能夠非常真實、自然地再現語音、音樂、音調和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”；采樣頻率為4.0kHz，片內信息存于閃爍存儲器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復錄音10萬次。 在該記錄儀中，將語音報警內容分為64段，在放音時可進行自由組合。 2.5 實時時鐘 為了能準確記錄數據的采樣時間，該記錄儀采用了具有SPI接口的串行時鐘芯片MAX6902。MAX6902可工作在+2V"+5.5V的寬電源范圍內，封裝為SOT23-8，片內具有31B SRAM，具有體積小、外圍電路簡單、運行穩定性好、精度高、功耗低等優點，可滿足記錄儀對時間的要求。 2.6 數據存儲 由于要記錄的數據量比較大，因此記錄儀要求具有掉電記憶的大容量存儲器。通過比較采用了ATMEL公司生產的Flash存儲器AT45DB081B。AT5DB081B為串行接口；采用SPI接口的0"3方式與C8051F005單片機進行通信，幾乎無需外接元器件，集成度高，數據存儲量大，數據掉電保存；工作電壓為3.3V，工作電流為4mA(待機狀態下僅為2μA)；其主存共4096頁，每頁264B，總容量為1056KB(約合8Mb)，存放在主存中的數據掉電不丟失。除了主存以外，AT45DB081B還有2個容量為264B的數據緩存，緩存可以用作主存與外部進行數據交換時的緩沖區域，也可以暫存一些臨時數據，緩存讀寫方便迅速，但掉電數據會丟失。AT45DB081B數據讀寫采用串行方式，讀寫速度快，從頁到緩存的傳輸時間為80μs左右，并且兼容CMOS和TTL電平的輸入、輸出。 ISD4004-16、MAX6902、AT45DB081B與C8051F005單片機的接口原理圖如圖4所示。 2.7 防拆卸設計 為了防止記錄儀被非法拆開，系統采取了防拆卸設計。正常狀態下一彈簧將一按鍵開關壓下，該開關閉合；當記錄儀外殼被拆開時，彈簧彈起，按鍵開關斷開。通過單片機的I/O口定時讀取該開關的狀態及記錄開關狀態的變化并報警。 3 軟件設計 系統軟件主要完成兩方面的功能：(1)實現汽車行駛狀態的實時檢測和記錄，檢測到故障時聲光報警。(2)將記錄數據通過RS232口上傳到上位機，以便進行日常管理和事故診斷。 軟件的設計完全按照結構化的程序設計方案，將整個程序按照功能分為若干個程序模塊，以方便調試和檢查。采用Keil C51語言編程。本設計中的軟件在KeilμVision2 V2.05集成環境中編輯、編譯、連接、調試后，直接通過JTAG接口將程序下載到C8051F005單片機中(ISP)。程序主要包括：主程序、模擬量采集程序、開關量采集程序、脈沖量采集程序、數據存儲程序、時鐘處理程序、故障處理程序、語音報警程序及串口通信程序等。 4 系統可靠性設計 作為汽車行駛狀態記錄儀，由于汽車內的工作環境十分惡劣。因此如何保證系統的穩定性和可靠性至關重要。 盡管系統硬件經過了精心設計，如多層印制板、可靠的元器件選擇、輸入輸出的光耦隔離、電源輸入和輸出濾波器的采用、硬件看門狗等，起到了很強的抗干擾作用；但是由于記錄儀的工作環境是比較復雜的．要保證系統的絕對可靠運行，上述措施還是不夠的，還需要從軟件設計上進行通盤考慮，以增強系統的綜合抗干擾能力。 系統遇到干擾的直接結果是程序跑飛。在軟件設計中．主要從軟件的模塊化設計和事件驅動方式、指令冗余和軟件陷阱、軟件重要變量的多重拷貝、軟件的可重入設計和數字濾波等方面進行了考慮，以增強系統的綜合抗干擾能力。實踐證明這些措施都取得了較好的效果。 該記錄儀嚴格遵循汽車電子產品的要求，充分考慮了車內環境(如電磁干擾、振動、溫度、濕度等)，在電路原理設計、電子元器件選擇、結構設計、接插件選擇等各個步驟上均嚴格按照相應的電子設備標準，并已通過各項環境測試。自投入運行以來，取得了良好的效果，完全能滿足汽車行駛數據實時記錄的需要。 |
