【摘要】本文首先結(jié)合國家最新出臺(tái)的汽車行駛記錄儀國標(biāo)GB/T 19056-2012，對(duì)汽車行駛記錄儀系統(tǒng)的功能、組成進(jìn)行了分析，提出基于MC9S12XS128單片機(jī)的汽車行駛記錄儀設(shè)計(jì)方案，并對(duì)各部分的器件進(jìn)行選型。其次，本文又對(duì)系統(tǒng)的硬件與軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)是數(shù)據(jù)管理分析軟件，通過它能夠查看汽車行駛數(shù)據(jù)、事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)、GPS定位的曲線圖，還可以查看其它數(shù)據(jù)列表。同時(shí)為了汽車行駛記錄儀測(cè)試方便，專門設(shè)計(jì)了汽車儀表模擬測(cè)試軟件。模擬汽車儀表來通過CAN總線向汽車行駛記錄儀發(fā)送數(shù)據(jù)，能夠高效、方便的對(duì)汽車行駛記錄儀的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。下位機(jī)部分集CAN總線通信、串口通信、身份識(shí)別、打印、屏幕顯示、U盤存儲(chǔ)、GPS定位、報(bào)警等功能為一體。

【關(guān)鍵詞】汽車行駛記錄儀；CAN總線；U盤存儲(chǔ)；GPS

1.引言

汽車行駛記錄儀俗稱汽車黑匣子[1]，是對(duì)車輛行駛速度、時(shí)間、里程以及有關(guān)車輛行駛的其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)并可通過接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置[2][3]。汽車行駛記錄儀對(duì)遏止疲勞駕駛，車輛超速的違章、約束駕駛員的不良行為，提高交通的管理執(zhí)法水平和運(yùn)輸管理水平、保障車輛運(yùn)行安全有著重要的實(shí)際作用及意義[4][5]，也為交通管理部門準(zhǔn)確了解界定交通事故發(fā)生原因和公正處理提供了科學(xué)、權(quán)威的依據(jù)[6][7]。

2.主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)最新的汽車行駛記錄儀國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19056-2012《汽車行駛記錄儀》要求[8]，與2003年國標(biāo)相比增加了行駛記錄功能、定位功能，在行駛記錄功能中增加了安全警示功能，并對(duì)一些功能指標(biāo)進(jìn)行了修改，其中GPS定位功能按照J(rèn)T/T794-2011道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端技術(shù)要求設(shè)計(jì)。目前國內(nèi)大多數(shù)的記錄儀都通過信號(hào)線與汽車連接，本文應(yīng)用CAN總線來接收汽車上的信息，較少布線，提高效率，并為測(cè)試方便專門針對(duì)CAN總線設(shè)計(jì)了汽車儀表模擬軟件，模擬汽車上各個(gè)傳感器通過CAN總線向記錄儀發(fā)送數(shù)據(jù)，并結(jié)合汽車行駛記錄儀功能設(shè)計(jì)了一個(gè)多功能汽車行駛記錄儀，主要包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.1 CAN總線

CAN總線電路主要由控制器接口與總線接收器組成，本系統(tǒng)采用的飛思卡爾MC9S12XS128單片機(jī)內(nèi)嵌MSCAN模塊，作為控制器接口，總線接收器采用TJA1050芯片，TJA1050芯片是CAN控制器與物理總線間的接口，它可以為總線提供不同的差動(dòng)發(fā)送性能，為CAN控制器提供不同的接收性能。它共有8個(gè)管腳，主要有兩種工作模式，分別是高速模式和靜音模式，其中高速模式是傳統(tǒng)的工作模式，選擇這種模式只需將S管腳接地，本系統(tǒng)就是應(yīng)用這種工作模式。硬件電路如圖2所示。

圖2 CAN總線電路

2.2 存儲(chǔ)器

本系統(tǒng)的存儲(chǔ)芯片采用256K的非易失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)芯片F(xiàn)M24C256，它的結(jié)構(gòu)容量為32768*8位，使用二線制串行總線雙向傳輸；USB接口電路包含CH376S芯片和輔助元器件，晶體X1為標(biāo)準(zhǔn)12MHZ，電容C4用于內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)退耦從而降低USB傳輸過程中的EMI，采用8位并口的信號(hào)端口，用于連接單片機(jī)的并口，并口的必要信號(hào)包括D0-D7、A0、RD#、WR#、CS#以及GND，而INT#是可選。其中D0-D7為八位數(shù)據(jù)信號(hào)線，A0判斷信號(hào)是數(shù)據(jù)還是命令，為高時(shí)進(jìn)行寫命令，為低時(shí)進(jìn)行讀數(shù)據(jù)，RD#與WR#分別為輸入寫選通信號(hào)和輸入讀選通信號(hào)，低電平有效，CS#為片選控制信號(hào)，低電平有效。具體電路如圖3所示。

圖3 SD卡接口電路

2.3 身份識(shí)別

身份識(shí)別采用MFRC522高度集成非接觸式讀寫卡芯片，采用SPI接口進(jìn)行通信，SPI時(shí)鐘M-MFSCK由單片機(jī)產(chǎn)生，M-MFSDA為主模式片選輸出，數(shù)據(jù)通過M-MFMOSI由單片機(jī)發(fā)到RC522，數(shù)據(jù)通過M-MFMISO從MFRC522發(fā)回單片機(jī)，M-MFMOSI和M-MFMISO傳輸每個(gè)字節(jié)都是高位在前，M-MFSDA、M-MFSCK、M-MFMOSI、M-MFMISO分別對(duì)應(yīng)于RC522的SDA、D5、D6、D7引腳，連接單片機(jī)的PA7、PA6、PA5、PA4引腳，電路如圖4所示。

圖4 身份識(shí)別電路

2.4 GPS定位電路

GPS采用ATK-NEO-6M-V23高性能GPS定位模塊，模塊采用U-BLOX NEO-6M模組，體積小巧，性能優(yōu)異，模塊自帶陶瓷天線及MAXIM公司20.5dB高增益MAX2659芯片，可通過串口進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置，并可保存在 EEPROM，使用方便，自帶IPX接口，可以連接各種有源天線，適應(yīng)能力強(qiáng)，采用U-BLOX NEO-6M模組，可通過串口進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置，并可保存在EEPROM。

3.上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟件主要包括兩部分，一是汽車儀表模擬軟件；二是數(shù)據(jù)分析軟件。這兩個(gè)軟件都是通過Visual Basic語言來實(shí)現(xiàn)。

汽車儀表模擬軟件用來模擬汽車各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量，比如油量、轉(zhuǎn)速、速度、水溫、制動(dòng)信息等，通過CAN總線發(fā)送到汽車行駛記錄儀中。儀表軟件顯示界面如圖所示，首先打開設(shè)備，配置成功后，通過拖動(dòng)指針下面的滑軸來使指針轉(zhuǎn)動(dòng)，點(diǎn)擊剎車ON鍵來模擬制動(dòng)信息，點(diǎn)擊周期發(fā)送可向記錄儀中發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)可以調(diào)節(jié)發(fā)送間隔。如圖5所示。

圖5 汽車儀表模擬軟件

數(shù)據(jù)管理軟件首先進(jìn)入的是登錄界面。輸入駕駛員的卡號(hào)和密碼進(jìn)入菜單界面，需要先配置串口號(hào)和波特率，打開端口后便可以查看其它界面，如圖6所示，具體如下：

1.行駛數(shù)據(jù)界面。行駛數(shù)據(jù)界面可以看到駕駛證號(hào)和開車、停車時(shí)間，并且有橫坐標(biāo)為時(shí)間、縱坐標(biāo)為速度的曲線；

2.事故疑點(diǎn)界面。事故疑點(diǎn)界面可以看到停車時(shí)間，并且有橫坐標(biāo)為時(shí)間、縱坐標(biāo)為速度的事故疑點(diǎn)曲線，綠線代表速度，紅線代表制動(dòng)信號(hào)；

3.GPS定位界面。進(jìn)入到GPS定位界面可以看到定位曲線，橫坐標(biāo)為經(jīng)度，縱坐標(biāo)為緯度；

4.數(shù)據(jù)列表界面。這里能看到駕駛證號(hào)、開車時(shí)間、停車時(shí)間、秒平均速度、事故疑點(diǎn)速度、事故疑點(diǎn)剎車、汽車經(jīng)緯度、油量、轉(zhuǎn)速、水溫等數(shù)據(jù)信息。

圖6各顯示界面

4.結(jié)論

本文根據(jù)最新的汽車行駛記錄儀國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19056-2012《汽車行駛記錄儀》要求，結(jié)合目前對(duì)汽車行駛記錄儀的實(shí)際需求，并在國標(biāo)的基礎(chǔ)上又增添了一些功能的汽車行駛記錄儀，主機(jī)以飛思卡爾MC9S12XS128為核心的汽車行駛記錄儀的整體方案，應(yīng)用了CAN總線技術(shù)，提高了系統(tǒng)通信的效率和可靠性。硬件部分主要包括主控及電源部分、顯示部分、存儲(chǔ)部分、通信部分。軟件主要包括下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件。對(duì)記錄儀系統(tǒng)的功能及精準(zhǔn)度進(jìn)行測(cè)試，每一部分都通過的了測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]高玉民.中外汽車黑匣子的現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].汽車電器，2009（1）.

[2]Rinkes Dan. The Black-box Embedded Recorder. IEE Electronics Systems and Software. 2012， 3（3）.

[3]J. C. Steiner. Event Data Recorder Pre-Crash Data Sources for General Motors Vehicles. 2005 ASME International Mechanical Engineering Congress， Washington ， DC， United States. American Society of Mechanical Engineers，2003.

[4]B. Zdenek. Monitoring and Data Recorder System for the Underground. Microprocessing and Microprogramming. 2003， 39（2）.

[5]崔焱，余成波.基于ITS車輛行駛安全駕駛輔助系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（3）.

[6]侯樹梅，王世震.汽車車身總線應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車電器，2010.

[7]鐘明.基于車載網(wǎng)絡(luò)的汽車行駛記錄儀主機(jī)模塊研究與設(shè)計(jì)：〔碩士學(xué)位論文〕.武漢：武漢理工大學(xué).2011.

[8]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.汽車行駛記錄儀中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19056-2012，2012.

作者簡(jiǎn)介

姓名：李東博，性別：男，出身年月：1989.10.9，籍貫：黑龍江，學(xué)歷：研究生，畢業(yè)院校：哈爾濱理工大學(xué)，現(xiàn)有職稱：初級(jí)職稱，研究方向：測(cè)控與儀表，作者單位：哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司。