多功能嵌入式车辆行驶监控终端设计

1 终端功能

本监控终端除了具有传统的记录仪所拥有的事故分析功能外，还能在汽车驾驶员超速行驶时发出超速报警声，以提醒驾驶员减速行驶，并详细记录车辆每次的开车时间、行驶里程、行驶时间、最高车速，以及每次最高车速的持续时间，方便交通管理部门根据所记录的有关数据对车辆进行有效的管理；同时，该设备可实现多种信息处理，显示汽车状况，进行自我诊断，对车速、发动机转速、水温、油压、刹车气压、轮胎压力和蓄电池电压等一系列参数进行有效监控；通过控制发光二极管、液晶显示、蜂鸣器等报警手段，为司乘人员提供直接的汽车状况信息并发出各种超限情况的报警等，可有效防范和化解车辆事故的发生。另外，终端具有GPRS和 GPS模块，可将各种监测数据实时传至公司管理中心，方便了公司车辆的统一调度和行车监测，利于提高公司管理水平。

2 终端功能模块设计

选用带有ARM7TDMI-S内核的LPC2292微控制器，可实现对车速、转速信号、开关量信号以及水温、刹车气压、轮胎压力等模拟量信号的采集、处理以及数据的实时存储和显示，通过串口、USB接口可以实现与PC机之间的数据通信，通过 CAN和LIN总线接口可实现与汽车上的CAN或LIN节点间的数据通信。该系统的外围接口模块有电源模块、车速等脉冲信号采集模块、水温等模拟信号采集模块、键盘接口模块、存储器模块、GPS定位模块、GPRS通信模块、LCD显示模块、胎压监测以及通信接口模块，系统的组成框图如图1所示。限于篇幅，本文仅就若干特色功能模块设计作详细分析。

2．1 车速、转速信号采集电路设计

现有运输车辆一般都装有霍尔式集成传感器，车速转换成的电压信号直接送至车速表，信号采集比较方便，具体处理方法是直接从车速表的接线端子取得车速信号。具体接线方式根据车速表信号输出电路来确定。信号出车速表端子后送至光耦4N35高速隔离开关，再送至集成运放LM358D前置差分电路，进一步去除干扰并有效放大，由LM358D输出端(7脚)送至9013进行次级放大，至此车速信号已是占空比为50％的方波信号，并已剔除杂波，可直接送至微控制器定时捕获端口进行计数，具体电路如图2所示。经反复实验优化，本电路抗干扰能力很强，实车测试时无论低速状态或超过110 km／h车速时，均可稳定准确地检测到速度信号。同理，发动机转速信号亦可采取类似方法进行处理(在此不再赘述)。

2．3 CAN总线接口功能设计

CAN正常工作需要具备CAN控制器以及CAN总线驱动器。前者实现网络层次结构中数据链路层和物理层的功能，后者则提供CAN控制器与物理总线之间的接口以及对CAN总线的差动发送和接收功能。LPC2292微控制器包含两个CAN控制器，单个总线上的数据传输速率高达1 Mbps，具有32位寄存器和RAM访问功能，带有全局滤波器和验收滤波器。本系统采用CTM8251D双路带隔离CAN收发器，至少可连接110个节点，通过扩展CAN总线接口，使得串行通信方式的选择更加多样化。当车内仪表也具有CAN总线接口的时候，它们可以直接利用此接口与记录仪通信。CAN总线接口电路如图4所示。

CAN通信与一般的串口通信类似，在数据通信前先要对CAN总线进行初始化操作，包括CAN控制器的选择、数据寄存器的设置、通信波特率的设置等。初始化完成后，需要设置双方的通信协议，建立彼此的连接。只有在同一协议下工作的双方才能正确进行数据的交换。本系统设置的CAN通信协议为：无过滤条件、 bypass模式、波特率可以预先设置。

本系统提供的CAN-BUS通信函数接口如下：

①初始化CAN：int CAN_Init(int cannum，uint32volatile baudset)。
函数入口参数：cannum为CAN控制器的选择标志符，为1选择CAN0控制器，为2选择CAN1控制器；baudset为波特率，可以预先设置。
函数出口参数：初始化成功返回0，失败则返回1。
函数功能：对CAN控制器进行初始化。

②CAN总线发送数据：int CAN_SendData(int can-num，uint32 volatile frameinfo，uint32 volatile senddatal，uint32 volatile senddata2，uint32 volatile canmode)。

函数入口参数：cannum同上；frameinfo为帧信息，用于设置帧信息寄存器；senddata1和senddata2分别为要发送的数据，用于设置数据寄存器A和B；canmode用于设置CAN工作模式。

函数出口参数：数据发送成功返回0，失败则返回1。

函数功能：CAN总线进行数据发送。
③CAN总线接收数据：intCAN_RcvData(int can-num。uint32 volatile *pdatal，uint32 volatile *pdata2)。函数入口参数：cannum同上；pdata1和pdata2为接收数据指针。

函数功能：CAN总线接收数据，并从数据寄存器CANRDA和CANRDB中将数据读进对应的指针中。