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(shè)備能對(duì)車輛的行駛速度、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。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(shí)現(xiàn)記錄儀功能的同時(shí)方便用戶對(duì)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(dǎo)取數(shù)據(jù)的弊端。

　　無線通信有多種方式，其中在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)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(biāo)是提供設(shè)備控制信道。RF廣泛應(yīng)用于通信、汽車、醫(yī)療、IT 等領(lǐng)域，安全性好，主要目標(biāo)是提供設(shè)備控制信道，缺點(diǎn)抗干擾能力差?；赪i‐Fi通信的模塊廣泛應(yīng)用于通信，控制領(lǐng)域。通信距離遠(yuǎn)，安全性好，組網(wǎng)簡單，二次開發(fā)技術(shù)成熟，價(jià)格便宜。因此，在實(shí)現(xiàn)無線MCU行駛記錄儀無線通信方案時(shí)，選用基于Wi‐Fi 通信模塊組成WLAN 網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(duì)的物流公司、場站、機(jī)場、部隊(duì)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(hào)采集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)傳輸。無線行駛記錄儀主要功能如下：

　　1）能對(duì)車輛的如下動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄：左閃燈、右閃燈、倒車燈、車門狀態(tài)、遠(yuǎn)光燈、近光燈、剎車燈、汽車?yán)龋?/p>

　　2）車輛行駛速度和里程的測量、記錄、存儲(chǔ)，疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的記錄和存儲(chǔ)；

　　3）車輛部分相關(guān)參數(shù)記錄（如車輛識(shí)別代號(hào)、車牌號(hào)碼、駕駛員代碼、駕駛證證號(hào)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、公安交通管理部門核發(fā)的機(jī)動(dòng)車駕駛證證號(hào)、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(shí)間記錄、超速，疲勞駕駛報(bào)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(jī)。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(duì)記錄儀傳輸過來的信息進(jìn)行相應(yīng)的處理；

　　2）通過串口發(fā)送到記錄儀管理軟件計(jì)算機(jī)；

　　3）接收上位機(jī)的相應(yīng)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(shí)時(shí)描述整個(gè)駕駛過程，對(duì)駕駛員整個(gè)駕駛過程進(jìn)行回放管理；

　　2）讀取記錄儀記錄的各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)；

　　3）查詢數(shù)據(jù)庫中各項(xiàng)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析不同記錄儀所上傳的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；

　　4）對(duì)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表處理，獲得管理參考。

　　3 無線行駛記錄儀設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　3.1 無線行駛記錄儀硬件設(shè)計(jì)

　　無線行駛記錄儀硬件主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和無線通信功能。硬件電路包括：MCU控制單元設(shè)計(jì)、電源電路設(shè)計(jì)、車速信號(hào)和開關(guān)采集電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)、無線通信模塊接口設(shè)計(jì)、USB電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

　　無線行駛記錄儀的MCU選用LPC1766，該MCU 屬于LPC1700系列Cortex - M3微控制器。該微控制器的外設(shè)組件包含高達(dá)512 KB 的Flash存儲(chǔ)器、64KB 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、USB 主機(jī)/從機(jī)/OTG 接口、4個(gè)UART 、2個(gè)SSP控制器、SPI接口、3個(gè)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(shí)鐘、4個(gè)通用定時(shí)器、6－ 輸出的通用PWM 、帶獨(dú)立電池供電的超低功耗RTC 和多達(dá)70個(gè)的通用I/O 管腳。

　　3.1.2 電源電路設(shè)計(jì)

　　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(hù)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(hào)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(jì)算車速極為重要的一個(gè)參數(shù)，它關(guān)系到車速和里程數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。經(jīng)過大量實(shí)踐，總結(jié)出一個(gè)可行的方法：車輛特征系數(shù)就是車輛每行駛１ km 時(shí)傳感器輸出的脈沖數(shù)，它等于里程表傳動(dòng)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?yán)锍瘫磙D(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(gè)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(chǔ)單元硬件設(shè)計(jì)

　　無線行駛記錄儀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(huì)按秒（用戶可配置）時(shí)間間隔，對(duì)采集的數(shù)據(jù)存放到鐵電里面，在鐵電內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)域劃分為5 個(gè)塊：設(shè)置參數(shù)記錄塊、運(yùn)行參數(shù)記錄塊、疑點(diǎn)記錄塊、疲勞記錄塊、普通記錄存儲(chǔ)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(chǔ)電路

　　3.1.5 開關(guān)信號(hào)采集硬件設(shè)計(jì)

　　無線行駛記錄儀采集8 個(gè)開關(guān)信號(hào)，采用統(tǒng)一的硬件接口電路，對(duì)于信號(hào)的有效電平通過配制區(qū)分，以剎車電路為例介紹開關(guān)采集接口電路如圖6所示。

　　圖6 開關(guān)量采集電路

　　3.1.6 無線通信模塊硬件設(shè)計(jì)

　　對(duì)于無線通信的可靠性與安全性，無線通用模塊的糾錯(cuò)機(jī)制是采用重發(fā)機(jī)制，當(dāng)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(shí)模塊會(huì)加上CRC 校驗(yàn)。如果接收方收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀，會(huì)丟掉不返回任何信息，而沒收到應(yīng)答的發(fā)送方會(huì)啟動(dòng)重發(fā)機(jī)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。

　　圖7 無線通信模塊接口電路

　　3.2　記錄儀軟件設(shè)計(jì)

　　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(shí)序的任務(wù)流程，如表2 所示。

　　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(shè)計(jì)

　　無線行駛記錄儀管理軟件采用VC＋＋ 6.0設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)交互，基站通信模塊調(diào)用網(wǎng)絡(luò)通信模塊和基站構(gòu)成通信鏈路，實(shí)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(jì)窗口為顯示主界面，顯示車場、場站下屬單位、車牌號(hào)的內(nèi)容。里程統(tǒng)計(jì)窗口可以通過車隊(duì)、車輛、駕駛員的內(nèi)容查詢行駛的里程信息，并統(tǒng)計(jì)總的里程數(shù)。

　　行駛曲線窗口用來顯示某車牌號(hào)的車輛在某段時(shí)間的行駛曲線。行駛信息以實(shí)時(shí)曲線的形式表達(dá)出來使行駛信息更加直觀可讀，同時(shí)也方便用戶查看某一時(shí)刻的速度情況和開關(guān)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(shè)置記錄儀時(shí)，使用串口設(shè)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(hào)、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