0 引 言

　　汽車行駛記錄儀俗稱汽車黑匣子，是一種能夠?qū)囕v行駛速度,、時(shí)間,、里程以及其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄的電子裝置。行駛記錄儀能夠?qū)崟r(shí)地記錄車輛運(yùn)行和駕駛員駕駛活動(dòng)的有關(guān)信息,，通過對(duì)車輛行駛速度,、連續(xù)行駛時(shí)間、里程和其他運(yùn)行狀態(tài)等有關(guān)信息進(jìn)行檢查,、監(jiān)控,、反饋和互動(dòng)管理，能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員的行駛時(shí)間,、行車速度,、行車路線等進(jìn)行全方位的約束和控制,，遏制疲勞駕駛、車輛超速等嚴(yán)重交通違法行為,，預(yù)防道路交通事故,，規(guī)范車輛管理。統(tǒng)計(jì)資料表明,，汽車黑匣子的使用，使交通事故率降低了37 %~52 %,，大大減少了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。2003 年10 月,，公安部交通安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心發(fā)布了汽車行駛記錄儀的國家標(biāo)準(zhǔn)GB1 T1905622003 ,。汽車“黑匣子”無疑將成為一種新的規(guī)范，隨著車輛的不斷增多,，交通不斷擁擠,，為了確保交通安全，將來會(huì)實(shí)施強(qiáng)制安裝行駛記錄儀,。

　　1 “黑匣子”的分類

　　由于各研制生產(chǎn)廠家的出發(fā)點(diǎn)不同,，因而產(chǎn)品的類型不同，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式也不盡相同,。目前市場(chǎng)上的記錄儀己形成了一個(gè)種類繁多,、性能不一的產(chǎn)品格局。汽車行駛記錄儀根據(jù)其功能不同可以分為單一型,、事故型,、管理型、綜合管理型和3G型,。

　　3G型是從軟件,、硬件和系統(tǒng)功能上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以綜合管理為主要目地而開發(fā)的新一代汽車行駛記錄儀,。主要特征是多通道數(shù)據(jù)采集處理,，全程連續(xù)記錄，大容量存儲(chǔ)卡和強(qiáng)大的綜合管理軟件系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)資源共享,。此類型記錄儀利用多通道數(shù)據(jù)采集處理平臺(tái)、GPS 衛(wèi)星定位儀,、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡,、日趨成熟的地理信息系統(tǒng)和后臺(tái)綜合管理平臺(tái)軟件等強(qiáng)有力的現(xiàn)代化技術(shù)手段，重點(diǎn)針對(duì)營(yíng)運(yùn)和特種車輛的綜合化管理目標(biāo),，來完成車輛綜合化管理進(jìn)程,?？赏ㄟ^在微機(jī)軟件介面上重放的全程連續(xù)記錄曲線和各開關(guān)傳感器的連續(xù)狀態(tài)，對(duì)車輛的營(yíng)運(yùn),、安全,、質(zhì)量等綜合指標(biāo)進(jìn)行強(qiáng)有力的全程監(jiān)控，根據(jù)需求打印統(tǒng)計(jì)圖表,，并采用動(dòng)態(tài)分析方式,，為駕駛員的安全駕駛提供極高價(jià)值的參考。

　　本文介紹的就是基于ARM 的3G型汽車“黑匣子”的設(shè)計(jì),。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)包括記錄儀車載端主機(jī)和監(jiān)控軟件組成,。其中主機(jī)采用TI 公司32 位的RISC 微處理器TMS470R1A256 作為主控制器，包括基本記錄模塊,、顯示模塊,、打印機(jī)模塊、GPS 模塊,、GPRS 模塊,、數(shù)據(jù)通訊模塊。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖1 所示,。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

　　系統(tǒng)通過TMS470R1A256 對(duì)外部模擬信號(hào)輸入,、數(shù)字信號(hào)輸入以及開關(guān)量輸入三種信號(hào)分別進(jìn)行采集。需要保存的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后存儲(chǔ)于內(nèi)部大容量存儲(chǔ)器中,，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（如實(shí)時(shí)車速,、實(shí)時(shí)時(shí)問） 及報(bào)警信號(hào)等可通過顯示面板輸出顯示。GPS模塊對(duì)經(jīng)緯度,，速度進(jìn)行測(cè)量,，通過GPRS 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)跟蹤。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3. 1 TMS470R1A256

　　TMS470R1A256 是TI TMS470R1 x 通用16/32 位精簡(jiǎn)指令（ RISC） 微控制器的系列產(chǎn)品,。

　　TMS470R1A256 主要包含以下資源： 256 KBFlash,、12 KB SRAM、零管腳鎖相環(huán)（ZPLL） 時(shí)鐘模塊,、模擬看門狗（AWD） 定時(shí)器,、實(shí)時(shí)中斷（RTI） 、串行外圍接口（ SPI） ,、串行通信接口（ SCIx） ,、標(biāo)準(zhǔn)CAN 控制器（ SCC） 、二類串行接口（C2Sib） ,、外部時(shí)鐘分頻器（ ECP） ,，10 位多緩沖ADC（MibADC） 、16 輸入通道,、高端定時(shí)器（ HET） ,，多達(dá)49 個(gè)I/ O口和一個(gè)只輸入口,。

　　TMS470R1A256 的Flash 存儲(chǔ)器是非易失性的、電可擦除的,，可編程的存儲(chǔ)器,，并具有32 位寬的數(shù)據(jù)總線接口。Flash 操作以系統(tǒng)時(shí)鐘頻率進(jìn)行,， 可達(dá)24MHz.在管道模式下,， 頻率可達(dá)48 MHz.

　　SCI 是全雙工的、串行I/ O 接口,，實(shí)現(xiàn)了CPU與采用標(biāo)準(zhǔn)不歸零制（NRZ） 格式的外圍設(shè)備間的異步通訊,。SCC 利用串行的、多主機(jī)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)了高效的分布式實(shí)時(shí)控制和高達(dá)1Mbit/ s 的穩(wěn)定通訊,。SCC 是高噪聲和惡劣環(huán)境中，要求可靠串行通信和多道通訊應(yīng)用的理想選擇,。C2Sib 使TMS470R1A256 可以在遵循SAEJ I850 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的二類網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送與接收信息,。

　　3. 2 TMS470R1A256 與MC33993 之間的通信

　　美國MO TOROLA 公司推出的可編程多路開關(guān)檢測(cè)接口集成電路MC33993 可檢測(cè)多達(dá)22 路的開關(guān)量輸入信號(hào)，并可將檢測(cè)到的多路開關(guān)狀態(tài)（三態(tài)） 信號(hào)通過該芯片的SPI 口傳送給MCU ,。此外,，該器件還具有22 路模擬多路開關(guān)功能，可用以讀取多路模擬輸入信號(hào),。該模擬輸入信號(hào)經(jīng)緩沖器可由模擬多路開關(guān)輸出以供MCU 讀取,。并且MC33993 可使得包括MCU 在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)能在一個(gè)較低的靜態(tài)電流下工作這對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控之類的系統(tǒng)非常重要，因?yàn)閷?duì)它們而言,，電流損耗是重要的設(shè)計(jì)考慮,。因此，本設(shè)計(jì)選用MC33993 作為多路開關(guān)檢測(cè)接口電路,。

    系統(tǒng)中MC33993 采用SPI 與MCU 實(shí)現(xiàn)硬件連接,，如圖2 所示：當(dāng)外部有開關(guān)量輸入，狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),， MC33993 會(huì)發(fā)出中斷信號(hào)IN T 給TMS470R1A256 ,， TMS470R1A256 響應(yīng)中斷讀取開關(guān)量輸入狀態(tài)，從而提高M(jìn)CU 的工作效率,。

圖2 MC33993 與TMS470R1A256 的硬件連接。

3. 3 TMS470R1A256 與FM24L256 之間的通信

　　在汽車行駛記錄儀行業(yè)中,，數(shù)據(jù)安全保存是最重要的,。隨著記錄儀的發(fā)展，保存的數(shù)據(jù)量越來越大,，這就需要大容量的存儲(chǔ)器,，而大容量的EEPROM 指標(biāo)不是很高,，尤其是擦寫次數(shù)和速度影響電能表自身的質(zhì)量。FM24L256 是由RAMTRON公司研制的新型存儲(chǔ)器,，它的核心技術(shù)是鐵電晶體材料,，擁有隨即存取記憶體和非易失性存貯產(chǎn)品的特性。FM24L256 和A T24C256 容量等同,，總線結(jié)構(gòu)兼容,， 但FM24L256 的性能指標(biāo)遠(yuǎn)大于A T24C256 。

　　FM24L256 的通訊方式是雙向兩線協(xié)議,，腳位少,，占用線路板空間小。圖3 描述了FM24L256 與MCU 硬件連接方式,。

圖3 FM24L256 與TMS470RIA256 的硬件連接

　　3. 4 TMS470R1A256 與SL811HS 之間的通信

　　本系統(tǒng)中USB 的主機(jī)通過主機(jī)控制器與USB設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。USB 主機(jī)應(yīng)當(dāng)具有： 檢測(cè)USB 設(shè)備的插拔；管理USB 主機(jī)與USB 設(shè)備之間的控制流,；管理USB 主機(jī)與設(shè)備間的數(shù)據(jù)流和收集USB 主機(jī)的狀態(tài)等功能,。

　　SL811HS 是CYPRESS 公司生產(chǎn)的、可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB 控制芯片,，且內(nèi)含USB 主從控制器,，支持全速、低速數(shù)據(jù)傳輸,，并能自動(dòng)識(shí)別低速或全速設(shè)備,。SL811HS 所提供的接口遵從USB1. 1 標(biāo)準(zhǔn)，可與TMS470R1A256 微處理器相連,。SL811HS 的數(shù)據(jù)接口與微處理器進(jìn)行接口可提供8 位數(shù)據(jù)I/ O 或雙向DMA 通道,，并能以從機(jī)操作方式支持DMA 數(shù)據(jù)傳輸。SL811HS 內(nèi)部有一個(gè)256 字節(jié)的RAM ,，可用做控制寄存器或數(shù)據(jù)緩沖器,。SL811HS 與TMS470R1A256 的硬件連接方式如圖4 所示。

圖4 SL811HS 與TMS470R1A256 的硬件連接,。

3. 5 TMS470R1A256 與HOLUXGR285 之間的通信

　　HOLUXGR285 智能型衛(wèi)星接收模組，采用美國瑟孚公司所設(shè)計(jì)的第二代衛(wèi)星定位接收芯片,，是一個(gè)完整的衛(wèi)星定位接收器,。具備全方位功能，能滿足專業(yè)定位的嚴(yán)格要求與個(gè)人消費(fèi)需求,。適用范圍從汽車導(dǎo)航,、保安系統(tǒng)、地圖制作等,。

　　HOLUXGR285 通過RS2232 ,， TTL 與其它電子設(shè)備溝通,，并以內(nèi)建充電電池，存貯衛(wèi)星資料,。

　　其耗電量低,，且能同時(shí)追蹤12 顆定位衛(wèi)星的訊號(hào)，每0. 1 秒接收一次,，每秒更新一次定位信息,。

　　HOLUXGR285 與TMS470R1A256 均為3.3V 供電，故無需電平轉(zhuǎn)換便可通過串行通訊口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,。硬件連接如圖5 所示,。

圖5 HOLUXGR285 與TMS470R1A256 的硬件連接

　　3. 6 TMS470R1A256 與Benq M22 之間的通信

　　Benq M22 是一款內(nèi)嵌TCP/ IP 協(xié)議棧，支持GSM/ GPRS CLASS4 ,， 可工作在EGSM900MHz ,，DCS 1800MHz ，PCS 1900MHz ,，可以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的透明和非透明傳輸,。從封裝上來說，M22 使用連接座式接口,，模塊上自帶天線MMCX 接頭。由于支持GPRS 甚至擁有嵌入式的TCP/ IP ,，可以用于實(shí)時(shí)性要求較高,，數(shù)據(jù)量相對(duì)較大，傳輸速度相對(duì)較快的汽車行駛記錄儀中,。

　　Benq M22 和上位機(jī)的通訊數(shù)據(jù)接口為UART ,，電平為TTL/ CMOS ， 波特率為標(biāo)稱的300~115200bp s 的自適應(yīng)波特率,，只要是這個(gè)區(qū)間的標(biāo)稱波特率,，模塊自動(dòng)識(shí)別，無須用戶去干預(yù),，可以接成全串口或者半串口通訊,。所謂的全串口，是指DB9 的九條線都需要接上,，所謂的半串口則只接RXD ,， TXD 和GND 就可以進(jìn)行通訊了。本系統(tǒng)采用半雙工模式,，則模塊的RXD 可以直接連接TMS470R1A256 的TXD ,，模塊的TXD 可以直接連接TMS470 R1A256 的RXD ，如圖6 所示,。

圖6 M22 與TMS470R1A256 硬件連接

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)上電后,，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化,。然后進(jìn)行自檢，自檢范圍包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,、時(shí)鐘和I/ O 口,，自檢后根據(jù)自檢結(jié)果在顯示器上顯示相關(guān)信息。

　　如果自檢不通過,，顯示“自檢不正常”和錯(cuò)誤代碼,。

　　自檢通過后，然后進(jìn)入駕駛員身份認(rèn)證,，通過后,，LCD 顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，等待數(shù)據(jù)刷新,。系統(tǒng)主程序流程圖如圖7 所示,。

圖7 系統(tǒng)主程序流程圖

　　4. 1 數(shù)據(jù)采集

　　記錄儀讀取到原始數(shù)據(jù)后，根據(jù)脈沖量和車輛特征系數(shù)等能夠計(jì)算出總累計(jì)行駛里程,、最近2 個(gè)日歷天的累計(jì)行駛里程,、最近360 小時(shí)內(nèi)的累計(jì)行駛里程、每200 毫秒的速度和每分鐘的速度,。

　　記錄儀采集的脈沖來自于速度傳感器,，該速度傳感器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生8 個(gè)脈沖，而車輛在每公里使速度傳感器旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)由車輛特征系數(shù)決定,。記錄儀根據(jù)所記錄的脈沖數(shù),，可以得到車輛行駛的里程。

　　由脈沖數(shù)計(jì)算出行駛速度,，只要先由脈沖數(shù)計(jì)算得到里程數(shù),，再除以時(shí)間，即可得到速度,。

　　4. 2 GPRS 設(shè)計(jì)

　　M22 支持GPRS CLASS4 ,， 即下行速度42. 8 Kbp s ，上行速度21. 4 Kbp s.同時(shí),，M22 也支持嵌入式的TCP/ IP 協(xié)議,。這個(gè)嵌入式的TCP/ IP協(xié)議解決了從命令模式連接到數(shù)據(jù)傳輸模式的一個(gè)比較復(fù)雜的過程。

　　因?yàn)橛辛饲度胧降腡CP/ IP ,，所以可以實(shí)時(shí)的傳輸大量汽車記錄數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛的運(yùn)行情況。使用TCP 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí),，必須要經(jīng)過三個(gè)階段,，第一個(gè)階段是連接建立階段，第二個(gè)階段是數(shù)據(jù)收發(fā)階段，第三個(gè)階段是連接釋放階段,。

　　本系統(tǒng)中發(fā)送短消息采用而PDU 模式,，因?yàn)樗粌H支持中文短信，也能發(fā)送英文短信,。PDU模式收發(fā)短信可以使用3 種編碼： 72bit ,、82bit 和UCS2 編碼。

　　5 結(jié) 論

　　本設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)記錄儀上,，添加GPS ,， GPRS模塊，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位（民用標(biāo)準(zhǔn)） ,、遠(yuǎn)程監(jiān)控,、電子狗及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽瑢?shí)現(xiàn)了基本記錄儀與GPS 導(dǎo)航一體化,，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,。