多功能汽车行驶状态记录仪的设计

随着飞机飞行数据记录仪在空运管理方面的成功运用，汽车行驶状态记录仪已陆续在许多国家和地区大量使用。早在1990年以前，欧共体就通过了在汽车上安装行驶状态记录仪的立法，并具体规定了商用车必须安装行驶状态记录仪。这一立法要求其欧洲的15个成员国在十年内给在用的900万辆商用车安装这一装置。美国、日本、马来西亚及香港等国家和地区也相继广泛使用了汽车行驶状态记录仪。统计资料表明，汽车行驶状态记录仪的使用，使交通事故率降低了 37％~52％，大大减少了人员伤亡和财产损失，产生了显著的社会效益和经济效益。可见，准确记录运行过程，对事故防患于未然是极为重要的。

该汽车行驶状态记录仪在发生交通事故时，能客观、全面地记录交通事故发生时车辆行驶的各种状态和司机的操作行为，为交通事故分析提供真实、有效、科学的有关车辆行驶的原始数据，并可提供事故分析功能，帮助有关部门快速确定事故原因，以保障事故双方(或几方)的合法权益；在正常营运中，又是管理部门加强监督和管理的强有力工具，帮助管理人员全面了解汽车的运行情况；在车辆发生故障时，它又可提供故障诊断功能，为维修人员判断故障提供可靠、准确的科学依据。汽车行驶状态记录仪的推广，将在遏止疲劳驾驶、车辆超速等严重交通违章、约束驾驶人员驾驶行为、预防道路交通事故、保障车辆行驶安全、提高营运管理水平等诸多方面发挥重要作用。

1 系统组成及主要功能

汽车行驶状态记录系统主要由汽车行驶状态记录仪、手持读码器和管理计算机组成。记录仪安装于汽车上，实时监测并记录车辆的行驶数据；手持读码器由掌上电脑和应用软件组成，用于控制和操作记录仪的运行及通过RS232 串行口对记录仪进行数据读取；管理计算机用于对原始记录数据进行统计、报表、存储及查询。

记录仪是整个系统的核心，其主要功能如下：

(1)可实时监测并记录汽车行驶的各种状态信息如时间、车速、怠速、超速、里程、车门开关、刹车状态、方向灯状态、近远光灯、引擎转速、引擎异常、机油压力、温度等。

(2)运行数据存储在大容量串行Flash存储器中，即使掉电，数据也不丢失。

(3)具有超时(疲劳)报警及记录功能，从而有效遏制司机疲劳行车，保证长途运输行车的安全。

(4)分级超速报警功能。用户可按需求设置三级限速，当车辆超速时，会接不同限速分级声光报警，从而有效遏制超速行车，保证行车安全。

(5)车牌号、车型号、限速值等数据可方便地通过手持读码器在线写入或修改。

(6)备有GPS接口，可方便地扩展GPS对时、通信、定位、信息服务等功能。

(7)具有与手持读码器和管理计算机通信的标准RS232接口。

(8)管理软件可统计分析任何时段的行车速度、行驶里程、停车次数、停车时间、超速次数、超速时间以及收、发车时问等，提供给管理人员关心的各种数据。

2 记录仪硬件设计

根据记录仪功能要求和工作特点．在设计时主要从运行可靠性、记录数据准确性及数据存储容量三方面考虑。记录仪结构框图如图1所示，主要包括单片机及其外围电路、电压量、电阻量、脉冲量及开关量采样电路、实时时钟电路、数据存储电路、声光报警电路、RS232通信接口电路及各种车用传感器等。

2．1 单片机

采用Cygnal公司生产的C8051F005单片机作为控制核心。在该记录仪中，PCA定时器阵列完成V/F变换脉冲计数；2个电压比较器实现蓄电池过压、欠压检测；利用片内温度传感器实现温度检测；I／0口实现开关量检测；SPI接口控制ISD4004一16芯片完成语音报警、实时时钟芯片 MAX6902时钟的读写以及数据存储芯片AT45DB081B的读写；片内RS232口将记录数据上传到上位机。由此可见，采用C8051F005单片机单个芯片即可完成系统的控制和检测，大大简化了系统硬件设计，显著降低了系统成本。

2.2 传感器选择

汽车内传感器的工作环境十分恶劣，因此对传感器的要求也十分严格。这些传感器必须要经受住从一40℃~+150℃的温度变化，而且要求精度高、可靠性好、反应快、抗干扰和抗振动能力强，才能准确地实时检测汽车运行的有关状态，并将这些状态转换成电信号供给单片机处理。

2．3 信号检测

汽车传感器输出信号一般为电压、电阻、脉冲信号及开关量等，下面分别介绍这些信号的检测方法。

2．3．1 电压信号

为了提高抗干扰能力和检测精度，先将电压信号经信号调理电路变换为0～5V的标准信号，再经V/F变换转换为脉冲量，经光耦隔离后通过C8051F005单片机的PCA阵列计数处理。V／F转换器的应用电路如图2所示，其中，将有源时钟振荡器输出的3MHz脉冲信号经74HC393四分频后作为AD652的外部时钟源。