多功能汽车行驶状态记录仪的设计

2．3 2 电阻信号

电阻信号先经惠斯通电桥转换为0~5V的标准信号，再经V／F变换转换为脉冲量，经光耦隔离，最后通过C8051F005单片机的PCA阵列计数处理。

2．3．3 脉冲信号

经光耦隔离后的脉冲信号直接通过C8051F005单片机的PCA阵列计数处理。

2．3．4 开关信号

开关量采集原理图如图3所示。当刹车和转向灯等工作状态发生改变时，其辅助接点将接通YX回路的+12V电源，此时光耦导通，其输出状态发生改变，在单片机定时中断服务程序内通过I／O口读取该状态即可，其动作分辨率可达lms。

2．4 语音报警

当系统有超速行驶报警时，高亮度红色LED发光管闪亮，同时启动语音报警功能，发出"超速行驶，请注意"的警告语音。

该记录仪采用了单片语音录放电路ISD4004-16作为放音芯片。ISD4004-16芯片工作电压为3.3V，单片录放时间为16分钟，最多可分 2400段，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存储阵列。芯片设计是基于所有操作必须由单片机控制，操作命令可通过串行通信接口SPI送入；同时采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"金属声 "；采样频率为4.0kHz，片内信息存于闪烁存储器中，可在断电情况下保存100年(典型值)，反复录音10万次。

在该记录仪中，将语音报警内容分为64段，在放音时可进行自由组合。

2．5 实时时钟

为了能准确记录数据的采样时间，该记录仪采用了具有SPI接口的串行时钟芯片MAX6902。MAX6902可工作在+2V~+5.5V的宽电源范围内，封装为SOT23-8，片内具有31B SRAM，具有体积小、外围电路简单、运行稳定性好、精度高、功耗低等优点，可满足记录仪对时间的要求。

2．6 数据存储

由于要记录的数据量比较大，因此记录仪要求具有掉电记忆的大容量存储器。通过比较采用了ATMEL公司生产的Flash存储器AT45DB081B。 AT5DB081B为串行接口；采用SPI接口的0~3方式与C8051F005单片机进行通信，几乎无需外接元器件，集成度高，数据存储量大，数据掉电保存；工作电压为3.3V，工作电流为4mA(待机状态下仅为2μA)；其主存共4096页，每页264B，总容量为1056KB(约合8Mb)，存放在主存中的数据掉电不丢失。除了主存以外，AT45DB081B还有2个容量为264B的数据缓存，缓存可以用作主存与外部进行数据交换时的缓冲区域，也可以暂存一些临时数据，缓存读写方便迅速，但掉电数据会丢失。AT45DB081B数据读写采用串行方式，读写速度快，从页到缓存的传输时间为80μs左右，并且兼容CMOS和TTL电平的输入、输出。

ISD4004-16、MAX6902、AT45DB081B与C8051F005单片机的接口原理图如图4所示。

2．7 防拆卸设计

为了防止记录仪被非法拆开，系统采取了防拆卸设计。正常状态下一弹簧将一按键开关压下，该开关闭合；当记录仪外壳被拆开时，弹簧弹起，按键开关断开。通过单片机的I/O口定时读取该开关的状态及记录开关状态的变化并报警。

3 软件设计

系统软件主要完成两方面的功能：(1)实现汽车行驶状态的实时检测和记录，检测到故障时声光报警。(2)将记录数据通过RS232口上传到上位机，以便进行日常管理和事故诊断。

软件的设计完全按照结构化的程序设计方案，将整个程序按照功能分为若干个程序模块，以方便调试和检查。采用Keil C51语言编程。本设计中的软件在KeilμVision2 V2.05集成环境中编辑、编译、连接、调试后，直接通过JTAG接口将程序下载到C8051F005单片机中(ISP)。程序主要包括：主程序、模拟量采集程序、开关量采集程序、脉冲量采集程序、数据存储程序、时钟处理程序、故障处理程序、语音报警程序及串口通信程序等。

4 系统可靠性设计

作为汽车行驶状态记录仪，由于汽车内的工作环境十分恶劣。因此如何保证系统的稳定性和可靠性至关重要。

尽管系统硬件经过了精心设计，如多层印制板、可靠的元器件选择、输入输出的光耦隔离、电源输入和输出滤波器的采用、硬件看门狗等，起到了很强的抗干扰作用；但是由于记录仪的工作环境是比较复杂的．要保证系统的绝对可靠运行，上述措施还是不够的，还需要从软件设计上进行通盘考虑，以增强系统的综合抗干扰能力。

系统遇到干扰的直接结果是程序跑飞。在软件设计中．主要从软件的模块化设计和事件驱动方式、指令冗余和软件陷阱、软件重要变量的多重拷贝、软件的可重入设计和数字滤波等方面进行了考虑，以增强系统的综合抗干扰能力。实践证明这些措施都取得了较好的效果。

该记录仪严格遵循汽车电子产品的要求，充分考虑了车内环境(如电磁干扰、振动、温度、湿度等)，在电路原理设计、电子元器件选择、结构设计、接插件选择等各个步骤上均严格按照相应的电子设备标准，并已通过各项环境测试。自投入运行以来，取得了良好的效果，完全能满足汽车行驶数据实时记录的需要。