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1、南昌大学共青学院本科生毕业论文（设计）开题报告论文题目汽车行驶记录仪状态设计课题性质 基础研究 应用课题 设计型 调研综述 理论研究学生姓名彭闯萍指导教师虞礼贞学 号8110109024专 业电子信息工程系 别信息工程系班 级09电信本开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段等，不少于2000字）一、研究目的及意义汽车行驶状态记录仪是一种安装在汽车上实现类似于飞机“黑匣子”功能的设备，它可以全程记录汽车行驶数据，并通过对所记录的行驶信息数据进行分析,从而对车辆的各种状况予以精确的掌控。本课题主要研究基于单片机的汽车行驶状态记录仪系统设计，实现对汽车行驶过程中实时信息的采集、处理、
2、传送和存储。首先，汽车内部霍尔传感器传过来的一对分差信号经过适当的变换变成一个脉冲信号提供给单片机系统，然后单片机系统将采集到的信息经过适当的运算处理之后存储起来并进行处理。另外，当汽车超速时，系统会发出警报，以提醒司机减速。本课题设计的汽车行驶状态记录仪可有效预防驾驶员违章驾驶、遏制重大交通事故，具有准确性、高效性和易用性等。学生签名： 年 月 日二、国内外相关研究现状 1.国外有关 国外对汽车行驶记录仪的认识比较早，20世纪70年代后期，欧洲率先推出了机电模拟式汽车行驶记录仪。目前，较为流行的为纸盘机械式汽车行驶记录仪。 国外汽车行驶记录仪发展至今，一直为机械式记录仪。随着电子信息技术的迅
3、速发展，欧盟开始制订数字式记录仪的技术标准和法规，并规定从2004年8月起，在新注册的机动车上强制安装数字式记录仪，已经逐渐替代现行传统的纸盘模拟记录仪。目前较为常见的电子式记录仪包含：记录仪、显示器、数据采集处理卡、传感器以及PC机处理软件等几个部分，其中数据采集处理卡为便捷式的磁卡，可插入记录仪进行数据采集，亦可将采集到的数据送计算机进行图像处理和事故分析。2001年8月，日本某汽车研究所开发小组研制出能记录交通事故发生时驾驶数据的记录仪。它通过传感器记录速度、方向角度、刹车或急转弯使汽车达到一定的加速度以上时，便判断为“事故”，并将“事故”发生前十秒和后五秒间的各种数据自动记录入磁盘中。
4、同时采用图像处理技术，利用相机自动收录“事故”发生前十秒和后五秒间从驾驶席上能看到的场面。但是这种基于传感器和图像处理的汽车行驶记录仪价格昂贵，使得这种产品最终没有得到广泛的应用。 2.国内对汽车行驶记录仪的认识晚于国外。80年代末，几家国营、民营、合资企业开始着手研制、推广记录仪。到目前为止，我国生产汽车行驶记录仪的企业多达70余家，产品上百种，并不断有新品推出。经过国家有关权威部门检验合格后，开始在全国各省市推广使用记录仪对提高车队的营运效率和降低事故率等方面的显著效果，受到物流运输、汽车租凭、企事业车队、保险公司和交通管理部门的欢迎。但由于它的安装配套成本相对较大，目前私家车安装使用的比
5、较少。 欧盟推广使用的汽车行驶记录仪大多以机械式为主，以纸盘机械式汽车行驶记录仪为例，这种产品价格昂贵，维护费用高，还需要人工填写姓名、行驶里程，使用起来极为不便。我国的产品均为数字式的电子设备，能够实时监测记录车辆行驶的各种状态信息、有效准备地鉴别驾驶员身份，同时还具备超速报警功能、具备串口通信接口以及打印输出功能。各类产品体积小巧、价格合理、无需专人维护且使用方便。国内记录仪的市场虽然已经初具规模，但是各类产品在数据结构和格式、数据传输方式等方面还是有较大差异，这对记录仪的规范管理和大面积推广极为不利。而且绝大多数产品采用的主处理器为8位或者16的单片机，这也将极大地限制记录仪系统的接口扩
6、展、功能的完善以及实时性能的提高。 三、研究内容 1 功能和技术指标汽车行驶状态记录仪包括汽车行驶记录仪的主机和计算机端的数据分析软件这两部分组成。本课题中重点设计汽车行驶记录仪的主机部分。 参照汽车行驶状态记录仪的国家标准(GB/T19056-2003)的要求，本课题所设计的汽车行驶记录仪主要实现如下功能：自检功能；实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功能；车辆行驶速度的测量、记录、存储功能；车辆行驶里程的测量、记录、存储功能；驾驶员身份记录功能；键盘操作功能；数据显示；数据通信功能 2。2 系统总体结构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
7、量三方面考虑。系统的总体设计如图1所示。在图1中，单片机系统是整个系统的核心，通过硬件和内部软件的配合控制整个系统的运行。供电单元的作用是将汽车内部配电模块提供的电压转换成记录仪可以正常工作的电压，这其中为了避免汽车内部电机的干扰，需要进行屏蔽。信号采集模块是指将汽车内部霍尔传感器传过来的一对差分信号经过适当的变换变成一个脉冲信号提供给单片机系统，这其中需要用光耦模块进行隔离，来避免强脉冲信号对电路板的干扰。信息存储是指单片机系统将采集到的信息经过适当的运算处理后存储到IC图1 汽车行驶状态记录仪系统结构框图 智能卡中，IC卡中的信息可以长时间保存，可以用读卡设备读出其中的信息，然后进行分析。
8、键盘输入和液晶显示是常用的单片机输入/输出模块，用户可以输入特定的信息，也可以看到实时的速度、里程及时间等信息，可以做出实时判断。设计这样的单片机系统还要用到可编程逻辑器件，它可以灵活方便地产生译码、控制等信息。四、研究方法4.1. 系统硬件设计1 记录仪的供电记录仪需要的是+5V供电，而汽车内部产生的供电是+12V，所以系统需要供电模块来实现+12V+5V的电源变换，其工作原理如图2（1）、2（2）所示 图2（1） 电源部分原理图 图2(2)电源部分原理图图2（2）中MC34063是美国AI公司的DC/DC转换控制电路芯片，其输入电压为330V范围之内，内部有1.6A的峰值电流切换电路，它的
9、工作频率在100Hz100KHz，器件内部具有比较器、温度补偿电路，以及周期振荡器，它是带有有效电流限制电路的受控周期振荡器。MC34063主要应用于DC-DC转换模块，它内部 的工作原理如图3所示。图中第五脚是反馈脚，通过电压的反馈控制以确保输出稳定的+5V电压 3。 2 信号采集模块对于整个系统来说，获取行驶状态信息是所有的工作前提，系统的首要任务是采集汽车的行驶状态信息，包括速度、里程等。汽车内部有自己的传感器，也就是有现成的信号提供给记录仪。汽车轮子每转一周，会通过车子内部的霍尔传感器送出一对差分信号，此差分信号经过信号采集模块获得一个对应的脉冲信号，通过对脉冲信号计数，以及已知的轮子
10、直径信息计算，得到车子的运行速度，然后根据速度和计时信息就可算出里程 4。 图3 MC34063内部工作原理图4信号采集源模块原理图信号采集模块的电路原理图如图4所示。图中U8是东芝公司的单光耦芯片TLP521-2，实际上它的内部就是两组光敏三极管，如图5所示。光敏三极管是利用硅PN结的光电效应制成的，使用过程中，其基极通常开路，基极-集电极产生的光感生电流直接反馈入基极，并被光敏三极管自己所放大，因此光敏三极管的灵敏度比光敏二极管通常要大100多倍。光敏三极管的最大工作频率只有几百KHz 5。记录仪上的+5V工作系统是弱点电路，因此汽车内部提供的图5 单光耦芯片TLP521内部工作框图脉冲信
11、号在送入记录仪之前必须经过光耦隔离的处理。光耦模块主要就是通过电-光-电的变换将电信号隔离开来的，它可以避免一侧对另一侧产生的干扰。图4中HP和FP是汽车轮子转一周内部提供的分差信号，它在通过信号采集模块后产生SIG信号，以达到状态记录仪系统可以使用的信号； PB为屏蔽线，由它构成了屏蔽网络，有效地屏蔽了汽车电动机等对硬件电路的干扰。通过屏蔽和光耦隔离，得到波形干净的SIG信号，则完成信号采集功能。采集到的SIG信号需要送到可编程逻辑器件中进一步处理，再由单片机系统对处理后的结果进行相应的运算，可以得到速度、里程等状态信息 6。3.单片机模块对于整个汽车行驶状态记录仪系统而言，单片机模块起到控
12、制和枢纽作用，是其中最重要的部分，其工作原理如图6所示。图中U4为12M晶振，它为单片机提供稳定的12MHz工作时钟。图6中U1为AT89S8252，是Atmel公司的带有8KB Flash的8位微控制器单片机芯片，它完全与MCS-51系列单片机兼容（从指令集到引脚）。和51单片机相比AT89S8252还具有一些增强型的功能，例如它的某些P1口可以配置成特殊的功能来使用。在本课题中将P14、P15、P16和P17配置成SPI（Serial Programming Interface）接口，因为记录仪最终需要将记录的车辆行驶状态信息存入IC卡，而IC卡是通过SPI口存储的，这也是选用单片机芯片A
13、T89S8252的重要原因之一。 图6单片机模块原理图SPI接口可以配置成主模式或从模式，配置方法可参照表3-1。表3-1 P1口配置成SPI接口端 口增 强 功 能P14SS（主/从模式选择输入）P15MOSI（主模式数据输出/从模式数据输入）P16MISO（主模式数据输入/从模式数据输出）P17SCK（主时钟输出/从时钟输入）由表3-1可知，主从模式的选取是通过P14脚输入信号的高低来决定的，低电平为从模式，高电平为主模式。在此选用主模式，P1口的57脚作为SPI接口使用，和后文将介绍的IC卡芯片相连 7。图7 单片机模块键盘部分原理图 AT89S8252的P1口剩下的4个引脚用于键盘的设
14、计，原理如图7所示。记录仪的键盘设计比较简单，只用了4个按键，S2表示“+”键，用于输入数字；S3表示“-”键，用于移位操作；S4表示“CLR”键，用于清除操作；S5表示“ENT”键，用于确认操作 8 。单片机的复位信号HRST由单片机监控电路产生，如图8所示。监控芯片采用美信公司的MAX707，其1脚MR为手动复位脚，低电平有效，当1脚电压低于0.8V时，芯片的8脚HRESET（高电平有效）和7脚LRESET（低电平有效）产生复位指示信号。MAX707的PFI和PFO脚是用于检测上电失败（Power-Fail）的，在此将PFI接VCC，不作使用。MAX707是一款较为简单的单片机监控芯片，不具有看门狗的功能。选用它是因为AT89S8252内部带有看门狗的设计，其内部寄存器WMCON专门用于看门狗和内存的控制，该寄存器的高3位PS2、PS1和PS0用于设置看门狗定时器周期；位0是看门狗使能位；位1用于看门狗定时器的复位。通过AT89S8252内部的看门狗可以防止程序跑飞或进入死锁状态 9。 图7 单片机模块键盘部分原理图图8 单片
