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隨著汽車擁有量的增加，發生交通事故的概率也隨之增加，發生事故后用傳統的方法進行分析、判斷、維修有一定的困難。這樣，就給人們提出了一個問題，怎樣及時、準備地分析故障的存在，客觀地分析事故的責任。由此聯系到飛機上裝的“黑匣子”，一旦飛機失事，“黑匣子”里的資料是判斷失事原因的重要依據。因為它的造價高、技術復雜，在普通汽車上使用有一定的難。本文介紹一種價格低，功能較齊全且能擴展的汽車行駛記錄儀。 本記錄儀采用帶ARM7內核的LPC2104型CPU作為主控機，大容量閃速存儲器作為存儲載體，帶有精確的時鐘電路，利用高精度A/D轉換器采集汽車傳感器轉換的模擬量，并直接記錄汽車信號燈等的各種開關量。同時利用串口實現與微機的數據通信，把汽車行駛記錄低度的信息以二進制文件的形式存儲到硬盤上。 1 系統的硬件設計 系統的總體框架如圖1所示。帶ARM7內核的LPC2104型CPU是汽車行駛記錄儀的核心，整個系統由信息采集模塊、信息處理及存儲模塊和串口通信模塊組成。 LPC2104是Philips公司生產的一款支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU，內部集成有與片內存儲器控制器接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA高性能總線（AHB）和連接片內外設功能的VLSI外設總線（VPB，ARM，AMBA總線的兼容超大規模集成電路），并嵌入了128KB高速Flash存儲器。LPC2104將ARM7TDMI-S配置為小端（Iittle-endian）字節順序，具有封裝小、功耗低、多個32位定時器、多種總線接口及多達9個外部中斷等優點，非常適合作為汽車行駛記錄儀的主控CPU。同時，LPC2104還具有128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構，從而使得32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運行。 2 信息采集模塊設計 汽車行駛記錄儀要求實時記錄車輛行駛的各種狀態信息，因此本系統將信息采集模塊分為開關量數據采集模塊、模擬量數據采集模塊、時鐘數據采集模塊。 2.1 開關量數據采集模塊 該模塊利用74LS165型并行輸入8位移位寄存器擴展16位并行輸入口，其硬件電路如圖2所示。其中利用LPC2104的3根I/O口線擴展為16位的輸入口線，圖中由2片74LS165串接擴展16位的輸入線，CLK為時鐘脈沖輸入端，D0-D7為并行輸入端，前級的數據輸出端QH與后級的信號輸入端SIN相連，S/L為低電平時，允許并行置入數據，S/L為高電平時允許串行移位。這樣左右方向燈、前車燈、開門信號、剎車燈信號等16路開關量經過光電耦合器隔離后并行輸入到2片74LS165中，再經74LS165轉換后，串行輸出給LPC2104進行處理。 2.2 模擬量數據采集模塊 在進行模擬數據采集時，水溫、水位等8路傳感器采集的信號先經過模擬信號調理環節，將其整定在A/D轉換器參考電壓Vref決定的滿量程輸入電壓信號以內，然后經過A/D轉換器進行A/D轉換。該模塊采用美國德州儀器公司推出的TLC0838型8路8位逐次逼近型模、數轉換器，采樣頻率為100kHz，與外部通信采用SPI總線接口。LPC2104通過其內嵌的SPI總線接口與TLC0838進行通信，其硬件電路如圖3所示。其中SCK為SPI主機輸入或從機輸入的時鐘，MOSI為SPI主機到從機的數據傳輸，MISO為SPI從機到主機的數據傳輸，SSEL為SPI從機選擇。 汽車速度的測量是通過計數速度傳感器產生的脈沖信號實現的。本系統利用AT89C2051型單片機來計數速度脈沖信號。該單片機可設定一個守量器來計數速度脈沖信號，并將其轉換成汽車的實際量程。同時根據行程和時間可計算汽車的速度，并通過串口UART0將數據傳送給LPC2104。 2.3 時鐘數據采集模塊 為了記錄行車的時間，使行駛記錄儀能夠實時記錄汽車狀態，采用專門的時鐘模塊提供時間信號，本系統選用DS12887時鐘電路。DS12887是跨越2000年的時鐘電路，采用4位數表示年度的日歷系統。電路的晶體振蕩器、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的止方，組成一個加厚的集成電路模塊。DS12887能夠自動存取并更新當前的時間，LPC2104可通過讀DS12887的內部時標寄存器得到當前的時間和日歷，也可通過選擇二進 進碼或BCD碼初始化電路的10個時標寄存器。 3 信息處理及存儲模塊設計 由于Flash的存儲結構適宜是固態存儲，EPROM的存儲結構適宜于動態存儲，因此，本系統根據實際需要，有用Flash固態存儲和EPROM動態存儲相結合的方式進行數據存儲和記憶，即用Flash固態存儲采集的汽車狀態數據，用EPROM動態存儲Flash最新存儲的扇區號和存儲地址。閃速存儲器選用美信公司生產的MX29F800BTC型，EPROM選用Microchip公司的24C32型，同時利用LPC2104內嵌的I2C總線接口與24C32進行通信。 本系統工作時，首先由LPC2104主控CPU從24C32中讀取Flash最近存儲的扇區號和存儲地址，然后以此地址為參照，以這個地址的一個地址值為Flash的起點地址，以這個地址的下一個地址值為Flash的起點地址，按順序進行存儲。Flash需要存儲的數據有16路開關量信息、8路模擬量信息有及時鐘信息。本系統利用二字節（共16位）存儲16路開關量信息，利用8個字節的存儲空間存儲8路模擬量信息。為了節省存儲空間，系統并非每次存儲采集數據時都存儲時間標志。由于數據采集以固定的秒間隔來進行，因此，系統只是在剛開始運行時和每個扇區的起始位置采集并存儲時鐘信號作為時間標記，而后面數據的采集時間則以這些時間標記為參照。 系統存儲的軟件流程如圖4所示。在本系統重裝上電運行時，需要記錄開始采集的時間信息。由于系統電源是由汽車電源提供的，所以開始采集的時間也就是汽車啟動的時間，以此作為汽車開始行駛的時間標記。在程序運行中，由主程序設定一個汽車啟動標志，在第一次寫數據之前汽車啟動標志有效，然后首先判斷當前存儲地址是否有某個扇區的首地址，如果是，則根據寫扇區的要求在第七個字節開始處存儲當前的時鐘信號，否則，在當前存儲地址處開始用10個字節存儲當前的時鐘信號，記錄汽車開始運行的起始時間，然后清除汽車啟動標志。扇區開始地址處記錄的時間信息是否是汽車開始運行的起始時間，可根據前一個扇區記錄的時間信息進行判斷。若前后兩個扇區記錄的數據是連續的，則后一個扇區頭記錄的時間信息不是表示汽車開始運行的起始時間，否則情況相反。 4 串口通信模塊設計 計算機可以通過串口隨時讀取行駛記錄儀存儲的數據。行駛記錄儀與計算機之間的串口通信遵循RS232協議。串行通信時，LPC2104依次將Flash中存儲的數據讀出并經UART0串口發出，然后經過MAX232電平轉換器送給計算機，再由計算機通過串口接收該數據。 5 結束語 汽車行駛記錄儀利用微機通過串口接收汽車行駛的數據，并對數據進行分析處理；利用Visual C++ 6.0作為開發工具，編寫微機數據分析處理程序，模擬顯示汽車運行時的狀態；利用圖形顯示各分量的波形，如前向燈開關情況、左右方向燈開關情況、開門信息、剎車信號、水溫變化情況（范圍為0℃"100℃）等。將該行駛記錄儀安裝在汽車上進行測試，結果也較理想，能夠滿足設計要求。其測試結果如圖5所示。 |
