基于GPS和GPRS的多功能汽車記錄儀的設計

摘要：提出一種多功能汽車記錄儀的設計方案，系統采用AT91SAM9260型ARM處理器為控制器，Linux操作系 統，K91G08UOB型Nand Flash為存儲介質，通過ET_318 SiRF StarⅢGPS芯片組接收GPS信號進行定位，而GPRS模塊采用SIM300C傳輸數據。該汽車記錄儀能夠實時記錄監測汽車行駛狀態、位置，通過 GPRS將行駛記錄及當前信息上傳至服務器，實現遠程監控，具備超速、疲勞駕駛報警功能。數據可以通過USB或RS-232串口上傳至上位機。經測試該記 錄儀性能穩定可靠。
關鍵詞：ARM；GPS；GPRS；汽車行駛記錄儀

汽車行駛記錄儀(汽車黑匣子)是一種使用在汽車上的數字式電子記錄裝置，它可以對汽車的行駛速度、時間、里程及剎車等狀態信息進行存儲并通過USB或串口 導出數據。汽車記錄儀對約束駕駛員的不良駕駛行為，分析、鑒定道路交通事故，提高交通管理執法水平和運輸管理水平，保障車輛運行安全具有重要作用。
當前的汽車行駛記錄儀技術比較成熟，低端產品一般采用8位或16位單片機作為主處理器，中高端則采用32位的ARM處理器，但這些產品一般只能做到對本車 的記錄及監控，車輛行駛記錄需逐車采集，不便于大型車隊和企業管理。這里提出一種基于GPS和GPRS的多功能汽車記錄儀的設計方案，該設計是在實現記錄 儀基本功能的基礎上，增加GPS和GPRS模塊，分別用于定位和數據遠程傳輸，結合數據庫技術和相應監控管理軟件實現對車輛和司機全方位監控、調度和管 理。

1 系統組成和主要功能
本系統主要包括汽車記錄儀終端、服務器和監控管理軟件。其中汽車記錄儀終端包括信號采集、數據記錄、GPS和GPRS等部分。服務器接收記錄儀通過GPRS發送的數據并保存。監控管理軟件對服務器的數據進行統計、分析，得到超速駕駛、疲勞駕駛和行駛里程等信息。
記錄儀終編是整個系統的基礎，其主要功能為：
1)實時定位功能 能夠實時采集記錄車輛當前所處的位置數據，并把位置數據發送到監控中心管理平臺，在監控平臺上顯示出車輛的行駛軌跡；監控中心(監控站)也可以發出指令尋找目標車輛所在位置數據；
2)運營限制區域設置功能 利用監控平臺可以對運營車輛的行駛區域范圍做出限定，車輛一旦超出限定區域，監控平臺就會發出報警；
3)泊車防盜功能 停車后按下泊車防盜按鈕，車輛就進入泊車防盜狀態。如車輛非法移動，監控平臺立即發送短信至主控手機上，并報告當前的車輛位置；
4)緊急求助報警 當車輛遇劫或需要求助時，駕駛人員可通過按鍵向中心報警，同時向監控中心發送車輛的經度、緯度、行駛速度、方向、時間等信息；
5)車輛全程行駛數據記錄 車載終端全程采集、記錄車輛行駛和司機操作的全部數據并發給數據中心。其中包括：車輛的時間、速度、里程、狀態、位置、發動機轉速等數據。利用一體機記錄 下的全程行駛數據，監控平臺提供每條行駛記錄全程時間一速度一狀態曲線和里程一速度一狀態曲線。通過這些曲線查看司機的全部駕駛過程；
6)超速報警和超速記錄 車載終端可以按預先設置的速度限制進行超速報警。當車輛行駛速度超過設定值時，車載終端就以聲／光方式報警，提醒司機及時減速。同時把車輛超速信息發送到監控中心；
7)司機疲勞駕駛報警和記錄 車載終端能記錄駕駛員連續駕駛時間超過4 h的所有疲勞駕駛數據；
8)事故疑點記錄 車載終端以0．2 s的時間間隔記錄車輛停車前20 s時間段內和實時時間相對應的車輛行駛的速度值、剎車信號和其他車輛狀態信號作為事故疑點數據。存儲最近2個月的所有事故疑點數據；
9)車輛油位監控功能 車載終端可以對油箱油位進行實時監控。當油位發生異常變化時，車載終端可以實時記錄變化量并向監控中心發送異常變化數據；
10)視頻監控功能 可外接兩路攝像頭，將車內外情況抓拍照片后傳送到監控中心；
11)駕駛員身份識別功能 車載終端利用IC卡方式實現駕駛人員身份識別功能。使用和車載終端配套使用的管理軟件可以把駕駛員基本信息設置在IC卡中，其中包括：“駕駛員姓名”、“駕駛員代碼”、“駕駛證號碼”。把設置好的IC卡插入記錄儀，記錄儀自動對司機進行識別；
12)數據通信功能 車載終端通過內置GPRS通訊模塊實現和監控中心的數據互通；車載終端設有標準USB接口，使用U盤可以把車載終端記錄的全部數據取出；通過車載終端的USB口可以對車載終端進行參數設置也可以對車載終端進行程序裝載；
13)讀取短信功能 讀取監控平臺發送的任意短信內容。

2 記錄儀硬件設計
記錄儀總體結構框圖如圖l所示，主要包括ARM處理器、GPS模塊、GPRS模塊、信號采集電路、實時時鐘電路、語音報警電路及數據存儲電路。

2．1 主處理器
為了滿足系統對實時性、大量數據處理、GPS信號接收、GPRS發送數據控制等各方面的要求，選用32位ARM處理器AT91SAM9260。AT91SA-M9260采用ARM926EJ-S內核，外部總線接口包含諸多控制器，用于控制SDRAM以及包括NAND Flash和Compact Flash在內的靜態存儲器，7路US-ART、1個雙線接口(TWI)以及4通道10位A／D轉換器。
2．2 電源電路
目前汽車電瓶電壓在9～36 V之間，而且由于車輛本身環境影響，汽車供電電壓不穩定，存在各種干擾，所以本系統采用三級電壓轉換電路，如圖2所示。外部電源分別經LM2576HVT-ADJ、LM2940-5．0和LMlll7轉換為7、5和3 V，供給相應模塊。其中第一級LM2576HVT-ADJ將7-40 V電壓轉換至7 V，使本系統可以應用到任何車輛。在電源輸入電壓轉換模塊前通過LC濾波，可以有效地濾除交流干擾，各電源轉換器后端均通過100和O．1μF電容并聯接地消除紋波電壓，保證系統供電穩定。經過測試該電路可以穩定輸出5和3．3 V電壓。