基于MCU的無線行駛記錄儀硬軟件設計

　　1引言

　　汽車行駛記錄儀是一種在汽車上使用的記錄裝置。此設備能對車輛的行駛速度、里程以及有關車輛行駛的其他狀態信息進行記錄存儲并可通過接口實現數據輸出。無線行駛記錄儀把無線通信方式與汽車行駛記錄儀結合，實現記錄儀功能的同時方便用戶對數據的讀取和信息處理，可解決傳統記錄儀通過U盤等介質導取數據的弊端。

　　無線通信有多種方式，其中在工業應用領域應用最廣泛的有ZigBee無線通信，RF無線通信和Wi‐Fi無線通信。ZigBee主要用于傳輸低數據率的通信，具有超低的功率損耗，主要目標是提供設備控制信道。RF廣泛應用于通信、汽車、醫療、IT等領域，安全性好，主要目標是提供設備控制信道，缺點抗干擾能力差。基于Wi‐Fi通信的模塊廣泛應用于通信，控制領域。通信距離遠，安全性好，組網簡單，二次開發技術成熟，價格便宜。因此，在實現無線行駛記錄儀無線通信方案時，選用基于Wi‐Fi通信模塊組成WLAN網絡實現記錄儀的無線通信。無線行駛記錄記錄儀可用于所有類型車輛，特別適用于企事業單位，如：擁有大型車隊的物流公司、場站、機場、部隊后勤保障等部門。

　　2系統組成

　　無線行駛記錄儀系統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，其系統組成如圖1所示。

　　圖1無線汽車行駛記錄儀系統

　　其中無線行駛記錄儀主要完成信號采集，數據存儲，數據傳輸。無線行駛記錄儀主要功能如下：

　　1)能對車輛的如下動作進行實時記錄：左閃燈、右閃燈、倒車燈、車門狀態、遠光燈、近光燈、剎車燈、汽車喇叭;

　　2)車輛行駛速度和里程的測量、記錄、存儲，疑點數據的記錄和存儲;

　　3)車輛部分相關參數記錄(如車輛識別代號、車牌號碼、駕駛員代碼、駕駛證證號、實時時鐘、公安交通管理部門核發的機動車駕駛證證號、車輛最高速度);

　　4)通過U盤讀取數據或無線傳輸的方式傳送車輛的行駛數據;

　　5)駕駛時間記錄、超速，疲勞駕駛報警。

　　接收基站主要功能是接收無線行駛記錄儀發送的數據，并傳送到上位機。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行相應的處理;

　　2)通過串口發送到記錄儀管理軟件計算機;

　　3)接收上位機的相應指令并轉發給記錄儀;

　　4)數據無線傳輸功能。

　　記錄儀管理軟件主要完成記錄儀采集數據的解析，數據管理功能，配置記錄儀功能。功能如下：

　　1)實時描述整個駕駛過程，對駕駛員整個駕駛過程進行回放管理;

　　2)讀取記錄儀記錄的各項原始數據;

　　3)查詢數據庫中各項數據，統計分析不同記錄儀所上傳的各項數據;

　　4)對獲得數據進行圖表處理，獲得管理參考。

　　3無線行駛記錄儀設計與應用

　　3.1無線行駛記錄儀硬件設計

　　無線行駛記錄儀硬件主要實現信號采集，數據存儲和無線通信功能。硬件電路包括：MCU控制單元設計、電源電路設計、車速信號和開關采集電路設計、數據存儲單元設計、無線通信模塊接口設計、USB電路設計等，硬件組成如圖2所示。

　　圖2行駛記錄儀硬件

　　3.1.1 MCU單元設計

　　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。該微控制器的外設組件包含高達512 KB的Flash存儲器、64KB的數據存儲器、USB主機/從機/OTG接口、4個UART、2個SSP控制器、SPI接口、3個I2C接口、2-輸入和2-輸出的I2S接口、8通道的12位ADC、內置時鐘、4個通用定時器、6-輸出的通用PWM、帶獨立電池供電的超低功耗RTC和多達70個的通用I/O管腳。

　　3.1.2電源電路設計

　　電源電路的主要功能是將車載直流電源12 V或24 V，轉化為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二極管保護電路，可抑制瞬態電壓尖峰。供電電源通過LM2676‐5芯片把電源轉化5 V，通過LM1117‐3.3芯片把5V轉化為3.3 V，電路如圖3所示。

　　圖3電源轉換電路

　　3.1.3車速信號采集

　　車速傳感器是用來采集車速脈沖。汽車特征系數是記錄儀計算車速極為重要的一個參數，它關系到車速和里程數據采集的準確性。經過大量實踐，總結出一個可行的方法：車輛特征系數就是車輛每行駛1km時傳感器輸出的脈沖數，它等于里程表傳動比和傳感器每圈脈沖數的乘積，即：

　　特征系數=i6(8)

　　式中：i：里程表速比6(8)：車速傳感器脈沖數是6或8.

　　例如，桑塔納轎車里程表轉速比為975∶1，其傳感器每圈輸出的脈沖數為6，它的特征系數為5850，即每千米5860個脈沖。脈沖采集電路如圖4所示。

　　圖4脈沖采集電路