基于MCU的無線行駛記錄儀硬軟件設(shè)計(jì)

　　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。基于Wi‐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)?

　　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(如車輛識別代號、車牌號碼、駕駛員代碼、駕駛證證號、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、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LPC 1766，該MCU屬于LPC 1700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1km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