基于AT91SAM926的汽車記錄儀方案

　　汽車行駛記錄儀（汽車黑匣子）是一種使用在汽車上的數字式電子記錄裝置，它可以對汽車的行駛速度、時間、里程及剎車等狀態(tài)信息進行存儲并通過USB或串口導出數據。

　　汽車記錄儀對約柬駕駛員的不良駕駛行為，分析、鑒定道路交通事故，提高交通管理執(zhí)法水平和運輸管理水平，保障車輛運行安全具有重要作用。

　　當前的汽車行駛記錄儀技術比較成熟。低端產品一般采用8位或16位單片機作 為主處理器，中高端則采用32位的ARM處理器，但這些產品一般只能做到對本車的記錄及監(jiān)控，車輛行駛記錄需逐車采集，不便于大型車隊和企業(yè)管理。這里提 出一種基于GPS和GPRS的多功能汽車記錄儀的設計方案，該設計是在實現記錄儀基本功能的基礎上。增加GPs和GPRS模塊，分別用于定位和數據遠程傳 輸，結合數據庫技術和相應監(jiān)控管理軟件實現對車輛和司機全方位監(jiān)控、調度和管理。

1 系統(tǒng)組成和主要功能

　　本系統(tǒng)主要包括汽車記錄儀終端、服務器和監(jiān)控管理軟件。其中汽車記錄儀終端包括信號采集、數據記錄、GPS和GPRS等部分。服務器接收記錄儀通過GPRS發(fā)送的數據并保存。監(jiān)控管理軟件對服務器的數據進行統(tǒng)計、分析，得到超速駕駛、疲勞駕駛和行駛里程等信息。

　　記錄儀終編是整個系統(tǒng)的基礎，其主要功能為：

　　1）實時定位功能能夠實時采集記錄車輛當前所處的位置數據，并把位置數據發(fā)送到監(jiān)控中心管理平臺，在監(jiān)控平臺上顯示出車輛的行駛軌跡；監(jiān)控中心（監(jiān)控站）也可以發(fā)出指令尋找目標車輛所在位置數據：

　　2）運營限制區(qū)域設置功能利用監(jiān)控平臺可以對運營車輛的行駛區(qū)域范圍做出限定，車輛一旦超出限定區(qū)域，監(jiān)控平臺就會發(fā)出報警；

　　3）泊車防盜功能停車后按下泊車防盜按鈕，車輛就進入泊車防盜狀態(tài)。如車輛非法移動，監(jiān)控平臺立即發(fā)送短信至主控手機上，并報告當前的車輛位置；

　　4）緊急求助報警 當車輛遇劫或需要求助時，駕駛人員可通過按鍵向中心報警， 同時向監(jiān)控中心發(fā)送車輛的經度、緯度、行駛速度、方向、時間等信息；

　　5）車輛全程行駛數據記錄 車載終端全程采集、記錄車輛行駛和司機操作的全部數據并發(fā)給數據中心。其中包括：車輛的時間、速度、里程、狀態(tài)、位置、發(fā)動機轉速等數據。利用一體機記錄 下的全程行駛數據。監(jiān)控平臺提供每條行駛記錄全程時間一速度一狀態(tài)曲線和里程一速度一狀態(tài)曲線。通過這些曲線查看司機的全部駕駛過程：

　　6）超速報警和超速記錄車載終端可以按預先設置的速度限制進行超速報警。當車輛行駛速度超過設定值時。車載終端就以聲，光方式報警，提醒司機及時減速。同時把車輛超速信息發(fā)送到監(jiān)控中心：

　　7）司機疲勞駕駛報警和記錄車載終端能記錄駕駛員連續(xù)駕駛時間超過4 h的所有疲勞駕駛數據：

　　8）事故疑點記錄 車載終端以0.2 S的時間間隔記錄車輛停車前20 s時間段內和實時時間相對應的車輛行駛的速度值、剎車信號和其他車輛狀態(tài)信號作為事故疑點數據。存儲最近2個月的所有事故疑點數據：

　　9）車輛油位監(jiān)控功能車載終端可以對油箱油位進行實時監(jiān)控。當油位發(fā)生異常變化時。車載終端可以實時記錄變化量并向監(jiān)控中心發(fā)送異常變化數據：

　　10）視頻監(jiān)控功能 可外接兩路攝像頭，將車內外情況抓拍照片后傳送到監(jiān)控中心：

　　11）駕駛員身份識別功能車載終端利用IC卡方式實現駕駛人員身份識別功能。使用和車載終端配套使用的管理軟件可以把駕駛員基本信息設置在IC卡中，其中包括：“駕駛員姓名”、“駕駛員代碼”、“駕駛證號碼”。把設置好的IC卡插人記錄儀。記錄儀自動對司機進行識別：

　　12）數據通信功能 車載終端通過內置GPRS通訊模塊實現和監(jiān)控中心的數據互通；車載終端設有標準USB接121.

　　使用U盤可以把車載終端記錄的全部數據取出：通過車載終端的USB口可以對車載終端進行參數設置也可以對車載終端進行程序裝載；

　　13）讀取短信功能讀取監(jiān)控平臺發(fā)送的任意短信內容。

2 記錄儀硬件設計

　　記錄儀總體結構框圖如圖1所示，主要包括ARM處理器、GPS模塊、GPRS模塊、信號采集電路、實時時鐘電路、語音報警電路及數據存儲電路。

　　2.1 主處理器

　　為了滿足系統(tǒng)對實時性、大量數據處理、GPS信號接收、GPRS發(fā)送數據控制等各方面的要求。選用 32位ARM處理器AT91SAM9260。AT91SAM9260采用ARM926EJ—S內核。外部總線接口包含諸多控制器，用于控制SDRAM 以及包括NAND 171ash和Compact Flash在內的靜態(tài)存儲器。7路US—ART、1個雙線接口（TWI）以及4通道10位A／D轉換器 。

　　2.2 電源電路

　　目前汽車電瓶電壓在9—36 V之間，而且由于車輛本身環(huán)境影響，汽車供電電壓不穩(wěn)定，存在各種干擾，所以本系統(tǒng)采用三級電壓轉換電路。 如圖2所示。外部電源分別經LM2576HVrr_ADJ、LM2940_510和LMlll7轉換為7、5和3 V。

　　供給相應模塊。其中第一級LM2576HVT—ADJ將7～40 V電壓轉換至7 V，使本系統(tǒng)可以應用到任何車輛。在電源輸入電壓轉換模塊前通過LC濾波嘲，可以有效地濾除交流干擾，各電源轉換器后端均通過100和0.1 F電容并聯接地消除紋波電壓，保證系統(tǒng)供電穩(wěn)定。經過測試該電路可以穩(wěn)定輸出5和3-3 V電壓。

　　2.3 速度采集電路

　　獲得準確的速度是記錄儀正常工作的基礎。大部分汽車都安裝有速度傳感器。車輪每轉動一周則會輸出一 定數量的脈沖，準確判斷這些脈沖是關鍵。本系統(tǒng)采用的速度采集電路如圖3所示，首先通過前端的RC濾波去除高頻干擾，經過一個跟隨器，再通過比較電路輸 出，控制后端的三極管V。 的通斷，產生穩(wěn)定的脈沖信號。

　　2.4 GPS

　　GPS是本系統(tǒng)實現定位的核心部分，采用Gloabalsat的ET一318 SiRF Star III GPS芯片組，該模塊具有靈敏度高（追蹤靈敏度：一159 dbm），低信號下快速 TrrFF（首次定位時間），2O通道全視野跟蹤，速度精度0.1 m／s，支持NMEA0183和SiRF二進位協(xié)議，通過串口固定輸出NMEA0183規(guī)定的數據信息。通信參數：波特率為4 800 b／s，數據位為8 bit，停止位為l bit，無奇偶校驗。ARM 接收其中的RMC（推薦定位信息），獲得時間、經緯度、地面速度、地面航向等信息。

　　2.5 GPRS

　　本系統(tǒng)每10 s鐘通過GPRS將當前速度、經緯度、方向和時間發(fā)送到服務器，管理軟件讀取這些信息就可以監(jiān)測車輛的當前狀態(tài)。GPRS模塊采用的是SIM300C，它 體積小，采用DIP板對板連接器，低功耗，高速傳輸語音、SMS（短信）、數據和傳真信息，最關鍵的是它內嵌強大的TCPfiP協(xié)議棧，支持標準AT指令 集。本系統(tǒng)通過SIM300C建立TCP管道傳輸數據。建立過程如下：

　　其中1 024規(guī)定每次傳輸量最大不超過1 KB。

　　2.6 語音模塊

　　系統(tǒng)在超速行駛、疲勞駕駛時，相應的高亮度LED閃爍，同時啟動語音報警功能。發(fā)出“超速，請減 速”的警告語音，而且記錄儀能播放監(jiān)控平臺發(fā)送的短信的內容即1_I’s（從文本到語音）。該記錄儀采用語音天下的第二代語音合成器OSYNO 6288。它兼容GB2312、GBK、BIG5和Unicode等4種內碼格式文本的合成，可以在9 600.19 200、38 400 b／s等波特率下正常工作。增加多種控制命令。比如合成、停止合成、暫停合成、繼續(xù)合成、改變波特率等，可以自動識別詞組，多音字。語音通過PWM（脈寬 調制）輸出至喇叭。為與監(jiān)控軟件、數據庫和GPRS模塊兼容。采用通用性更好的Unicode碼，通信參數：波特率為4 800 b／s，數據位為8 bit，停止位為l bit，無奇偶校驗，OSYNO 6288內置有功放，軟件調節(jié)音量至11級，外接8 n／0.5 W 喇叭，播放聲音洪亮、清晰，即使在較為嘈雜的環(huán)境下也可以清楚聽到播放內容。

　　2.7 數據存儲器

　　汽車行駛記錄儀是在汽車行駛過程中對汽車各種狀態(tài)進行記錄的電子裝置，各種狀態(tài)數據存儲是汽車行駛 記錄儀的重要部分。此前大多設計均采用Flash和鐵電存儲器并用的方式。但是對于實時操作系統(tǒng)Linux只要采用一片Flash就可以滿足需要。目前 Linux操作系統(tǒng)可以很好支持Nandnas

　　AT91sam9260支持Nand Flash啟動，并且與之相應的yafs2文件系統(tǒng)已經成熟，保證了數據的準確性。由于本系統(tǒng)需要保存大量數據：GPS定位信息、疑點記錄、行駛記錄、斷 電記錄、疲勞駕駛記錄、油位等，所以采用K9F1GO8UOB型128 Mx2 K頁NandFlash存儲器2.8 油位傳感器：

　　本系統(tǒng)加裝精確的油位傳感器，對油位實時記錄，并通過GPRS傳輸至監(jiān)控平臺，車輛運營企業(yè)可以實時掌握車輛的油位情況，徹底杜絕司機偷油賣油，拉私活的情況發(fā)生。

　　車輛電環(huán)境復雜干擾多，因此采用電流型傳感器。本系統(tǒng)采用CR一606型電容式油位傳感器，當油進 入容器引起傳感器殼體和感應電極之間的變化。適用于任何不導電的液體，油位精度高，油位液在采集小于1 inm.測量誤差小于0.1％ ，標準輸出4～2O mA 的線性電流信號。經過150 n精密電阻轉換至0.6～3 V電壓信號。通過AT91sam9260的A／D轉換模塊轉換為數字量并保存。

　　2.9 實時時鐘

　　主處理器AT91sam9260雖內置時鐘，但是當處理器斷電后，該實時時鐘所有寄存器的內容將全 部丟失。為此，系統(tǒng)需要外部實時時鐘。PCF8563符合這一要求，PCF8563具有掉電檢測器，當供電電壓低于某個值時，秒寄存器中的某標志位將置 1，指明此時實時時鐘可能會產生不準確的時鐘／日歷信息，從而避免了記錄儀對錯誤時間的記錄。此外，PCF8563可以工作在1~5.5 V的寬電壓范圍內，具有體積小、外圍電路簡單、運行穩(wěn)定性、精度高、功耗低等優(yōu)點。Linux內核對其支持穩(wěn)定可靠，滿足本系統(tǒng)的要求。

　　2.10 通信接口

　　根據GB／T19056—2003，標準記錄儀應至少配置2種標準接口：USB標準接口、標準RS一232型9針接口。通過RS一232串行El直接進行數據傳輸比較容易實現， 可靠性高。

　　AT91sam9260的串行口經電平轉換器MAX232轉換為EIMTIA一232一E電平，從而提供標準的RS一232接口。AT91sam9260支持USB主從模式，也可直接外接USB接口。

3 汽車記錄儀軟件設計

　　汽車記錄儀是無人控制的，在汽車開始運行時自動啟動，本系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)，運行過程為：汽車上電記錄儀啟動，開始引導Bootstrap、Uboot。通過Bootloader調用Lin—I1x內核，加載yafs2文件系統(tǒng)，自動啟動應用程序。

　　3.1 主程序

　　應用程序采用C語言編寫m.主程序負責整個系統(tǒng)的初始化，硬件設備通過信號（軟中斷）與主程序交互數據，完成相應的操作，主程序流程如圖4所示。

　　3.2 GPRS數據發(fā)送

　　本系統(tǒng)設計記錄的數據包括行駛記錄。上電至掉電之間，每3 S保存一次時間、速度、狀態(tài)、GPS定位信息和角度：

　　疑點記錄，保存每次停車前20 S內，每0.2 S的速度和狀態(tài)信息；斷電記錄，保存系統(tǒng)斷電時的時間；疲勞駕駛記錄，保存司機連續(xù)駕車超過4 h的起始時間。所有的記錄數據要求保存2個月，因此保存數據量大，相應需要傳輸的數據量也大。

　　在GPRS傳輸數據之前對數據進行壓縮并且在系統(tǒng)出現新記錄時進行傳輸。在編譯busybox時選 擇gzip功能，通過gzip對數據壓縮，一般壓縮比可達9：1。由于GPRS透明傳輸要求每次傳輸數據最大不超過1 KB，因此將需傳輸的數據分割為每包l 000字節(jié)的數據，并為每包數據標識ID號。

　　服務器接收端根據接收到的數據包ID重新組合數據。通過解壓縮軟件解壓得到記錄儀的記錄數據。

　　3.3 斷電記錄的實現

　　在大型車隊及運輸公司， 司機為免受記錄儀的約束。往往在運營過程中對記錄儀非法斷電，使記錄儀不能正常工作，以此躲避監(jiān)控。因此本系統(tǒng)專門設計斷電記錄。對司機非法斷電的行為進 行監(jiān)督。系統(tǒng)啟動時將當前時鐘與上次停機時時鐘進行對比，Linux從死機至重啟的時間應在5 min以內，若對比時間超過5 min，說明記錄儀長時間斷電，將上次停機時間作為斷電記錄保存，并發(fā)送至服務器。

　　3.4 時問和速度校準