基于uClinux的汽车黑匣子的设计

汽车黑匣子就是汽车行驶记录仪,它是用来记录汽车在行驶中的状态。随着黑匣子在飞机上的成功运用,越来越多的国家也在汽车上运用这种技术。早在1990年以前欧共体就通过了在汽车上安装黑匣子的立法,要求欧共体的15个成员国在10年内给使用中的900万辆商用车中安装这个装置。美国、***、香港及马来西亚等国家和地区也相继广泛使用汽车黑匣子[1]。从使用的效果来看,汽车黑匣子不但可以在事故放生后准确的反映当时汽车的状态同时也在预防汽车事故方面取的了显著的效果。在2004年10月1日,我国推出了新的《机动车运行安全技术条件》（GB7428-2004）,明确要求用于公路运营的载客汽车、重型载货汽车、半挂车应当安装、使用符合国家标准的汽车行驶记录仪。

目前国内生产汽车黑匣子的有60多家通过国标检测的企业,其中2/3是贴牌生产,或代理销售其它企业产品;真正有技术、有资金、有生产线的企业只有18家左右,其中比较著名的是四川大科星、北京伟航、惠州锐神等。但其汽车黑匣子多是运用8位或16位单片机作为处理器,采用汇编语言,运用程序也比较单一。虽然也有公司研制出了第二代汽车黑匣子,功能也比较多但其还是没有运用操作系统到上面,所以在扩展性和稳定性上面还是有缺陷。在国外,俄罗斯最新研制出来的汽车黑匣子可以当事故发生后,车辆空间运动物理量变化将被"黑匣子"记录得一清二楚,从而帮助人们分析事故怎样发生,汽车以后可以怎样改进。在嵌入式系统方面,欧洲的ICE已经成功的把嵌入式系统运用到了汽车黑匣子上。

1 系统的总体结构

1.1 需求分析

根据国家最新出台的汽车行驶记录仪的标准：要求汽车行驶记录仪能够对实时时钟、日期及驾驶时间的采集、记录、储存,车辆行驶速度、里程的测量、记录、储存等,对于事故疑点数据,记录仪应以不大于0.2秒的时间间隔持续记录并储存停车前20秒实时时间对应的车辆行驶速度值及车辆制动状态信号[2]。

1.2 系统的结构

本系统采用的主要的硬件是：32位三星的S3C44B0X处理器、信号处理电路、RS232型标准接口和USB1.1标准接口、4M Flash、8M SDRAM、4K FRAM、操作键盘和扩展接口。操作系统用的是uClinux操作系统。系统结构如图一。

1.3 结构描述

1、32位三星的S3C44B0X处理器,其内置有RTC（实时时间芯片）可以实现北京时间的日期和时钟,该日期和时钟被用于为记录仪实现所有功能（记录、存储、输出等）标注日期和时钟,同时其强大的其它功能为本系统应用和以后的升级或扩展提供很好的支持。2、信号处理电路处理汽车黑匣子采集的信号,使其满足我们系统的要求。3、本系统配置了RS232型标准接口和USB1.1标准接口,采用USB接口来完成数据从汽车黑匣子到计算机间的通信,使数据间的通信更加的方便和迅速。4、主要是的存储单元是4M的Flash用来存储uClinux操作系统和记录的数据,8M的SDRAM和一块4K的FRAM。当汽车运行时记录仪以0.2s的时间间隔持续记录并储存停车前20s实时时间对应的车辆行驶速度以及包过制动的8个信号量进行记录,并且把其存储在FRAM存储器中。这些数据将作为事故疑点数据。同时记录仪将以0.5min的间隔时间从FRAM中进行采样,把采样的结果存进Flash存储器中。5、软件方面采用uClinux操作系统,可以更好的满足系统稳定性、可扩展性和运用程序的多样性。

2 关键技术

2.1 信号数据的采集和处理

为了降低成本达到可实用性,本系统采用的信号都是从汽车上的各个传感器上直接采取。主要采集的信号有车速信号、制动信号和各个灯光的信号。

2.1.1 车速信号的采集和处理

本系统车速信号的采集是汽车上的ABS轮速传感器上的信号。目前ABS传感器轮速传感器广泛采用的是变磁阻式的电磁传感器,通过研究发现ABS传感器发出的信号是正弦波信号,并且信号的频率和汽车的速度成正比关系,因此我们需要把信号的频率转换成相应的电压值,然后再送入A/D转换器。但同时又由于汽车在行驶的时候对ABS传感器发出的信号有非常大的干扰,所以需要在信号进行频压转换前对信号进行处理。

信号的处理过程为(1)通过限幅电路。由于车轮的转速越快,正弦波信号的幅值越大。所以通过两个稳压二极管将信号的幅值限制到正负5幅以内。(2)通过滤波电路。由于汽车在运行的时候会产生很大的高频干扰信号,因此采用二阶带反馈的有源滤波器,去除高频干扰信号。(3)通过整形电路,把正弦波信号转换成方波信号。(4)最后通过频压转换电路。转换过程如图二所示。

图二

2.1.2 制动信号和各个灯光信号的采集和处理

汽车上的制动和灯光信号的采集都是直接通过汽车上的制动电路或者灯光电路采集而得,其输出都是一个电压为12V的地