基于GPS 和GPRS 的多功能汽車記錄儀的設(shè)計

　　2.6 語音模塊

　　系統(tǒng)在超速行駛、疲勞駕駛時，相應(yīng)的高亮度LED 閃爍，同時啟動語音報警功能，發(fā)出“超速，請減速”的警告語音，而且記錄儀能播放監(jiān)控平臺發(fā)送的短信的內(nèi)容即TTS（從文本到語音）。該記錄儀采用語音天下的第二代語音合成器OSYNO 6288。它兼容GB2312、GBK、BIG5 和Unicode 等4 種內(nèi)碼格式文本的合成，可以在9 600，19 200、38 400 b/s 等波特率下正常工作，增加多種控制命令。比如合成、停止合成、暫停合成、繼續(xù)合成、改變波特率等，可以自動識別詞組，多音字。語音通過PWM（脈寬調(diào)制）輸出至喇叭。為與監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)庫和GPRS 模塊兼容， 采用通用性更好的Unicode碼，通信參數(shù)：波特率為4 800 b/s，數(shù)據(jù)位為8 bit，停止位為1 bit，無奇偶校驗，OSYNO 6288 內(nèi)置有功放，軟件調(diào)節(jié)音量至11 級，外接8 Ω/0.5 W 喇叭，播放聲音洪亮、清晰，即使在較為嘈雜的環(huán)境下也可以清楚聽到播放內(nèi)容。

　　2.7 數(shù)據(jù)存儲器

　　汽車行駛記錄儀是在汽車行駛過程中對汽車各種狀態(tài)進行記錄的電子裝置，各種狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲是汽車行駛記錄儀的重要部分。此前大多設(shè)計均采用Flash 和鐵電存儲器并用的方式。但是對于實時操作系統(tǒng)Linux 只要采用一片F(xiàn)lash就可以滿足需要。目前Linux 操作系統(tǒng)可以很好支持NandFlash，AT91sam9260 支持Nand Flash 啟動， 并且與之相應(yīng)的yaffs2 文件系統(tǒng)已經(jīng)成熟，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于本系統(tǒng)需要保存大量數(shù)據(jù)：GPS 定位信息、疑點記錄、行駛記錄、斷電記錄、疲勞駕駛記錄、油位等，所以采用K9F1G08U0B 型128 M×2 K 頁NandFlash 存儲器。

　　2.8 油位傳感器

　　本系統(tǒng)加裝精確的油位傳感器，對油位實時記錄，并通過GPRS 傳輸至監(jiān)控平臺，車輛運營企業(yè)可以實時掌握車輛的油位情況，徹底杜絕司機偷油賣油，拉私活的情況發(fā)生。

　　車輛電環(huán)境復(fù)雜干擾多，因此采用電流型傳感器。本系統(tǒng)采用CR-606 型電容式油位傳感器， 當(dāng)油進入容器引起傳感器殼體和感應(yīng)電極之間的變化， 適用于任何不導(dǎo)電的液體， 油位精度高， 油位液在采集小于1 mm， 測量誤差小于0.1％，標(biāo)準(zhǔn)輸出4～20 mA 的線性電流信號，經(jīng)過150 Ω 精密電阻轉(zhuǎn)換至0.6~3 V 電壓信號，通過AT91sam9260 的A/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并保存。

　　2.9 實時時鐘

　　主處理器AT91sam9260 雖內(nèi)置時鐘，但是當(dāng)處理器斷電后，該實時時鐘所有寄存器的內(nèi)容將全部丟失。為此，系統(tǒng)需要外部實時時鐘。PCF8563 符合這一要求，PCF8563 具有掉電檢測器，當(dāng)供電電壓低于某個值時，秒寄存器中的某標(biāo)志位將置1，指明此時實時時鐘可能會產(chǎn)生不準(zhǔn)確的時鐘/日歷信息，從而避免了記錄儀對錯誤時間的記錄。此外，PCF8563可以工作在1～5.5 V 的寬電壓范圍內(nèi)，具有體積小、外圍電路簡單、運行穩(wěn)定性、精度高、功耗低等優(yōu)點，Linux 內(nèi)核對其支持穩(wěn)定可靠，滿足本系統(tǒng)的要求。

　　2.10 通信接口

　　根據(jù)GB/T19056-2003，標(biāo)準(zhǔn)記錄儀應(yīng)至少配置2 種標(biāo)準(zhǔn)接口：USB 標(biāo)準(zhǔn)接口、標(biāo)準(zhǔn)RS-232 型9 針接口。通過RS-232串行口直接進行數(shù)據(jù)傳輸比較容易實現(xiàn)， 可靠性高。

　　AT91sam9260 的串行口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器MAX232 轉(zhuǎn)換為EIA/TIA-232-E 電平，從而提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232 接口。AT91sam9260 支持USB 主從模式，也可直接外接USB 接口。

　　3 汽車記錄儀軟件設(shè)計

　　汽車記錄儀是無人控制的， 在汽車開始運行時自動啟動，本系統(tǒng)采用Linux 操作系統(tǒng)，運行過程為：汽車上電記錄儀啟動，開始引導(dǎo)Bootstrap、Uboot，通過Bootloader 調(diào)用Linux內(nèi)核，加載yaffs2 文件系統(tǒng)，自動啟動應(yīng)用程序。

　　3.1 主程序

　　應(yīng)用程序采用C 語言編寫，主程序負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的初始化，硬件設(shè)備通過信號（軟中斷）與主程序交互數(shù)據(jù)，完成相應(yīng)的操作，主程序流程如圖4 所示。

　　3.2 GPRS 數(shù)據(jù)發(fā)送

　　本系統(tǒng)設(shè)計記錄的數(shù)據(jù)包括行駛記錄， 上電至掉電之間，每3 s 保存一次時間、速度、狀態(tài)、GPS 定位信息和角度；疑點記錄，保存每次停車前20 s 內(nèi)，每0.2 s 的速度和狀態(tài)信息；斷電記錄，保存系統(tǒng)斷電時的時間；疲勞駕駛記錄，保存司機連續(xù)駕車超過4 h 的起始時間。所有的記錄數(shù)據(jù)要求保存2 個月，因此保存數(shù)據(jù)量大，相應(yīng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也大。

　　在GPRS 傳輸數(shù)據(jù)之前對數(shù)據(jù)進行壓縮并且在系統(tǒng)出現(xiàn)新記錄時進行傳輸。在編譯busybox 時選擇gzip 功能，通過gzip 對數(shù)據(jù)壓縮， 一般壓縮比可達(dá)9 ∶ 1。由于GPRS 透明傳輸要求每次傳輸數(shù)據(jù)最大不超過1 KB， 因此將需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分割為每包1 000 字節(jié)的數(shù)據(jù)， 并為每包數(shù)據(jù)標(biāo)識ID 號。服務(wù)器接收端根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包ID 重新組合數(shù)據(jù)， 通過解壓縮軟件解壓得到記錄儀的記錄數(shù)據(jù)。

　　3.3 斷電記錄的實現(xiàn)

　　在大型車隊及運輸公司， 司機為免受記錄儀的約束，往往在運營過程中對記錄儀非法斷電， 使記錄儀不能正常工作，以此躲避監(jiān)控。因此本系統(tǒng)專門設(shè)計斷電記錄，對司機非法斷電的行為進行監(jiān)督。系統(tǒng)啟動時將當(dāng)前時鐘與上次停機時時鐘進行對比，Linux 從死機至重啟的時間應(yīng)在5 min 以內(nèi)，若對比時間超過5 min，說明記錄儀長時間斷電，將上次停機時間作為斷電記錄保存，并發(fā)送至服務(wù)器。

　　3.4 時間和速度校準(zhǔn)

　　ARM 接收GPS 的RMC 信息。若GPS 時間與當(dāng)前系統(tǒng)時間相差達(dá)到30 s， 則以GPS 時間為準(zhǔn)并校準(zhǔn)系統(tǒng)時間和硬件時鐘。當(dāng)前速度與GPS 速度比較，若GPS 速度連續(xù)30 s 大于0，而速度采集電路接收始終為0，則判斷速度傳感器故障，并使用GPS 速度作為系統(tǒng)當(dāng)前速度， 并向監(jiān)控中心報警。