0 引言
汽車(chē)黑匣子又稱(chēng)汽車(chē)行駛狀態(tài)記錄系統(tǒng)，主要由汽車(chē)行駛狀態(tài)記錄儀,、手持讀碼器和管理計(jì)算機(jī)組成,。記錄儀安裝于汽車(chē)上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄車(chē)輛的行駛數(shù)據(jù);手持讀碼器由掌上電腦和應(yīng)用軟件組成,，用于控制和操作記錄儀的運(yùn)行及通過(guò)RS232串行口對(duì)記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取;管理計(jì)算機(jī)用于對(duì)原始記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),、報(bào)表、存儲(chǔ)及查詢(xún),。
1 系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)
1.1 系統(tǒng)介紹
本系統(tǒng)利用MG2455微處理器為核心,，基于Zigbee無(wú)線射頻技術(shù)設(shè)計(jì)了一款汽車(chē)無(wú)線黑匣子。胎壓和胎溫的檢測(cè)通過(guò)Zigbee技術(shù)與主機(jī)通信,，該系統(tǒng)包括一裝設(shè)于輪胎鋼圈上的無(wú)線監(jiān)測(cè)傳送裝置及一可供裝設(shè)在車(chē)體駕駛座內(nèi)的數(shù)字接收一顯示裝置,。當(dāng)胎壓和胎溫超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào),。
本系統(tǒng)還具有疲勞駕駛的提示報(bào)警功能及記錄功能,，從而有效遏制司機(jī)疲勞行車(chē),，保證長(zhǎng)途運(yùn)輸行車(chē)的安全。
1.2 功能與指標(biāo)
(1)存儲(chǔ)車(chē)輛行駛過(guò)程中不同時(shí)段的操作和狀態(tài)信息(如溫度,、胎壓等)并在LCD屏上顯示出來(lái),，存儲(chǔ)的頻率為30次/小時(shí)。
(2)可以任意地設(shè)定參考值,，指標(biāo)超過(guò)正常范圍則報(bào)警,。
(3)需要使用行車(chē)數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)USB接口直接讀取數(shù)據(jù)至PC或者PDA等個(gè)人終端上,。USB接口為通用的USB2.0接口,。
1.3 實(shí)現(xiàn)原理
在以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中，所有的汽車(chē)信號(hào)的處理及液晶顯示等都通過(guò)MG2455單片機(jī)來(lái)處理完成,。胎壓,、加速度等傳感信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后通過(guò)Zigbee無(wú)線通信傳輸給單片機(jī)。無(wú)線監(jiān)測(cè)傳送裝置包括：一個(gè)壓力感應(yīng)器,、一個(gè)溫度感應(yīng)器,、一個(gè)連接壓力器的差動(dòng)放大器、一個(gè)連接溫度感應(yīng)器的衰減器,，一個(gè)接收來(lái)自差動(dòng)放大器的壓力信號(hào)及來(lái)自衰減器的溫度信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理的微控制器,，且通過(guò)一個(gè)發(fā)送器,、一個(gè)濾波器將信號(hào)經(jīng)共振型天線傳輸至數(shù)字接收顯示器，以利駕駛員可隨時(shí)掌握輪胎壓力溫度狀況。單片機(jī)將I/O口接收到的時(shí)鐘信號(hào),、溫度信號(hào)與無(wú)線接收的胎壓,、加速度信號(hào)一起存儲(chǔ)在flashROM中并在液晶模塊LCD6029上顯示出來(lái),，當(dāng)信號(hào)超標(biāo)時(shí)系統(tǒng)能主動(dòng)報(bào)警,。USB接口通過(guò)轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的串行口相連，可以將系統(tǒng)存儲(chǔ)的信息導(dǎo)出至PC機(jī)或者PDA等個(gè)人終端上,。
1.4 硬件框圖
本系統(tǒng)從功能上可劃分為數(shù)據(jù)采集部分,、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分,、通訊部分(USB通訊),、顯示部分、胎壓模塊,、溫度模塊,、時(shí)鐘模塊。硬件框圖如圖1所示,。
1.5 軟件流程
主單片機(jī)MG2455在接收到從胎壓監(jiān)測(cè)模塊,、溫度模塊、時(shí)鐘模塊發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)后，由SPI口傳送給控制器,，控制器在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)還要對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和復(fù)雜的算法處理,，并對(duì)處理后的結(jié)果進(jìn)行判斷。若數(shù)據(jù)超出了預(yù)先預(yù)定的范圍(如超壓,、超時(shí),、超溫等)，則立即啟動(dòng)報(bào)警,，通過(guò)蜂鳴器提示駕駛員當(dāng)前存在異常;否則提示汽車(chē)運(yùn)行正常,。此外,，利用串口實(shí)現(xiàn)與電腦之間的通信,，便于查詢(xún)、分析記錄的數(shù)據(jù),，為優(yōu)化控制算法和分析交通事故提供依據(jù),。
系統(tǒng)軟件主要完成兩方面的功能：1)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)行駛狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和記錄，檢測(cè)到故障時(shí)報(bào)警,。2)將記錄數(shù)據(jù)通過(guò)RS232口上傳到上位機(jī),，以便進(jìn)行日常管理和事故診斷。
程序主要包括：主程序,、數(shù)字量采集程序,、開(kāi)關(guān)量采集程序、脈沖量采集程序,、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序,、時(shí)鐘處理程序、故障處理程序,、故障報(bào)警程序及串口通信程序等,。
主程序流程圖如圖2所示。
2 系統(tǒng)測(cè)試
2.1 測(cè)試數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)分析結(jié)果,，胎內(nèi)每升高1℃,，輪胎磨損就增加2%，一般溫度不能超過(guò)80℃,，當(dāng)溫度達(dá)95℃,，輪胎情況就非常危險(xiǎn)。而且氣壓過(guò)高,，輪胎簾線過(guò)度伸張,，胎體彈性降低，剛性增大,，單位壓力增大,，胎冠部接地面積減小，同時(shí)磨耗增加，胎面花紋易裂口,，行駛中一旦受到障礙物沖擊,，便會(huì)產(chǎn)生內(nèi)裂或爆破。同時(shí),，本系統(tǒng)加有疲勞駕駛(時(shí)間監(jiān)控),，所以當(dāng)輪胎胎壓溫度超出預(yù)設(shè)值和駕駛時(shí)間超過(guò)4個(gè)小時(shí)時(shí)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。在傳輸過(guò)程中誤差方面,，胎壓測(cè)量精度為±0.5kpa,，胎溫為±1℃。
2.2 實(shí)現(xiàn)功能
(1)它具有時(shí)間,、日期及駕駛時(shí)間的采集,、記錄、存儲(chǔ)功能,。能對(duì)連續(xù)駕駛時(shí)間進(jìn)行記錄,，由于交通安全法規(guī)定駕駛員每行駛4個(gè)小時(shí)要休息不得少于20分鐘，因此它可以對(duì)駕駛員的疲勞狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,，一旦發(fā)現(xiàn)違例會(huì)有報(bào)警聲響起,，同時(shí)會(huì)把該信息傳送到監(jiān)控中心。(2)車(chē)輛行駛時(shí)溫度,，胎壓的測(cè)量,、記錄、存儲(chǔ)功能：a.溫度測(cè)量系統(tǒng)是對(duì)車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度進(jìn)行檢測(cè),，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,，能夠?qū)Ω邷氐漠惓Ｇ闆r進(jìn)行報(bào)警，從而提高行車(chē)的安全行,。b.輪胎壓力,、溫度檢測(cè)系統(tǒng)的主要功能是對(duì)輪胎內(nèi)部的壓力和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,，能夠?qū)Ω邏?、高溫、低壓的異常情況進(jìn)行報(bào)警,，從而提高行車(chē)的安全行,。c.運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量串行Flash存儲(chǔ)器中，即使掉電,，數(shù)據(jù)也不丟失,。d.配置了USB接口，可以用U盤(pán)直接讀取數(shù)據(jù)也可以連接到計(jì)算機(jī)上讀取,。
3 結(jié)論
本系統(tǒng)具有時(shí)間,、日期及駕駛時(shí)間的采集,、記錄、存儲(chǔ)功能;汽車(chē)輪胎壓力,、溫度等,。
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)Zigbee無(wú)線射頻技術(shù)與主機(jī)實(shí)現(xiàn)通信;Flash存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，即使掉電,，數(shù)據(jù)也不丟失：配置了USB接口可以用U盤(pán)直接讀取數(shù)據(jù)也可以連接到計(jì)算機(jī)上讀取;具有超時(shí)(疲勞)報(bào)警及記錄功能,，從而有效遏制司機(jī)疲勞行車(chē)，保證長(zhǎng)途運(yùn)輸行車(chē)的安全,。
本設(shè)計(jì)通過(guò)測(cè)試,，系統(tǒng)運(yùn)行良好，能滿足汽車(chē)黑匣子的基本使用要求,。