防碰撞无线通信汽车黑匣子的系统设计

　　汽车行驶记录仪(俗称汽车黑匣子)，是对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。对遏止疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、保障车辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用。

　　近几年来，国内部分省份已经规定，长途客运车必须安装汽车行驶记录仪。本文根据汽车行驶记录仪国家标准GB/T 19056-2003，设计了一种符合国家标准且在现有的汽车行驶记录仪产品中增加了防碰撞无线数据上载的功能。下面主要阐述汽车行驶记录仪的基本功能以及硬件架构和软件系统的设计。

　　1 汽车行驶记录仪基本功能

　　国家标准GB/T 19056-2003中主要要求记录仪应有如下功能：

　　(1)自检功能

　　记录仪在通电开始工作时，应首先进行自检，自检正常后应以绿闪信号及显示屏显示方式指示工作正常。

　　(2)驾驶员身份记录功能

　　每台记录仪均配置惟一序号，并安装了非接触式射频IC卡验卡机，或键人密码方式，用户可以根据需要采用IC卡方式或键入密码方式验证驾驶员的身份。如驾驶前未进行身份验证，或身份验证无效，即默认为是上一次驾驶员身份。通过记录仪管理软件可以方便地查看驾驶员身份验证资料，如驾驶员身份验证无效，并不影响驾驶，但可通过管理软件查看到非法驾驶的相关数据。

　　(3)数据显示

　　转速检测与车辆转速仪表同步，数字显示，检测精度为±50 r/min，显示范围为0～9 999 r/m。发动机转速特征系数可通过记录仪管理软件进行设定。

　　日期和时间的记录格式：北京时间*年*月*日*时*分*秒，相对误差：±5 s。

　　(4)数据的采集、记录、存储功能

　　能够对时间、日期、驾驶时间、车辆行驶速度、行驶里程等数据进行实时测量、记录和存储，并保证存储的数据在较长时间内不丢失。需要被采集的输入信号包括三类：模拟信号输入、数字信号输入以及开关量信号输入。

　　(5)数据通信功能

　　记录仪能够通过多种方式(包括RS 232串行接口、USB接口以及I2C总线接口)与外部环境进行通信，实现数据的交互。

　　现有的汽车行驶记录仪数据上载大部分均为有线传输，例如USB、串口线传输等。在无法使用有线传输的场合，采用无线数据传输模块和单片机相结合进行数据传输是较合理的方案。本文就是用LPC2214与SR-WF-1021数传模块结合，加上防碰撞的简单算法进行数据通信。

　　(6)超速、驾驶员疲劳驾驶的报警、记录

　　当车速超过设限(可根据用户需要设定)，记录仪将发出声光报警，提醒驾驶员减速。报警声间隔为4s。

　　当同一驾驶员连续驾车行驶累计4 h以上，记录仪将记录下该驾驶员疲劳驾驶的相关数据，并发出蜂鸣报警，同时红灯闪烁，与超速报警相似。连续驾驶中途停车超过20 min，记录仪自动解除当前疲劳时间的累计。若停车时间小于20 min，记录仪仍视为连续驾驶，累计疲劳驾驶时间。

　　2 系统硬件设计

　　本文设计了一个基于LPC2214单片机的简化嵌入式无线数据采集系统，系统框图如图1所示。该系统体积小、重量轻、运行成本低，且依托现有的无线模块自组网络，自定义通信协议。特别适用于采集点分布范围广、数量多、自动化值守的场合。

　　本系统的主机部分包括：信号输入、数据保存和处理、数据显示、数据通信、复位电路和掉电保护电路等部分。

　　

 

　　实时时钟电路，在发生超速、疲劳驾驶等违章情况时，LPC2214可直接从实时时钟电路中读取实时时间进行处理和保存。

　　系统具备USB接口，当用户插入USB磁盘时，可利用主控USB功能，将存储器中的数据导入磁盘中。上位机软件可利用此USB磁盘采集到的数据进行数据分析和车辆、人员管理。

　　复位电路不仅能够复位系统，同时可以处理无线通信中一些干扰信号使无线模块通信阻塞造成的死机，同时LPC2214中的电源监控芯片可提高系统的可靠性，从而保证LPC2214对电源、时钟源等诸多方面提出的较高要求。

　　2.1 CPU模块

　　系统中的CPU模块是采用Philips公司推出的基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMISTM CPU的高速处理器LPC2214。

　　LPC2214带有256 KB嵌入的高速FLASH存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。

　　LPC2214采用144脚封装，可使用的GPIO高达76(使用了外部存储器)～112个(单片应用)。由于内置了宽范围的串行通信接口，使它们非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软Modern以及其他各种类型的应用。

　　2.2 数据量采集

　　本文的模拟量采集是直接利用LPC2214内现有的逐次逼近式的10 b A/D转换器，实现8路快速模拟信号的采集。该转换器的测量范围为0～3 V，最快转换速度可达2.44μs/次，编程简单，还可选择需要的功能来提高转换器的转换精度。

　　本文的开关量采集时采用8路开关量的采集，外部开关信号经过光电隔离TLP421后，从LPC2214的8根I/O口引入系统，编程实现采用中断方式或查询方式对这8路开关信号进行采集。