隨著交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，交通事故發(fā)生率也不斷上升，為快速、準(zhǔn)確的認(rèn)定事故的責(zé)任，就需要準(zhǔn)確知道在事故發(fā)生前車輛的行駛狀況。
行車記錄儀系統(tǒng)就是對(duì)車輛行駛速度、時(shí)間、里程以及司機(jī)疲勞駕駛時(shí)間等有關(guān)車輛行駛信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、打印，數(shù)據(jù)可通過(guò)串行接口上傳，并用PC機(jī)上基于LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為快速準(zhǔn)確的認(rèn)定事故的責(zé)任，提供有力的依據(jù)。同時(shí)監(jiān)管部門(mén)可通過(guò)這一系統(tǒng)對(duì)營(yíng)運(yùn)車輛運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，約束司機(jī)，防止事故的發(fā)生。
行車記錄儀系統(tǒng)主要由車速傳感器、主機(jī)、數(shù)據(jù)分析軟件三部分組成。車速傳感器接在變速箱上，通過(guò)霍爾元件，車輪每轉(zhuǎn)一圈，出一個(gè)脈沖；主機(jī)完成速度、里程、疲勞駕駛時(shí)間等有關(guān)車輛行駛信息的測(cè)量，能通過(guò)打印模塊打印信息，通過(guò)RS-232和USB兩種不同的串行接口把數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)；數(shù)據(jù)分析部分通過(guò)LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和處理。
3主機(jī)硬件設(shè)計(jì)
主機(jī)如圖2所示，包括微處理器、電源模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、LED顯示器、打印機(jī)模塊、通信接口模塊。
主CPU采用78E58，它的特點(diǎn)是：32k的FLASH ROM，256Byte的RAM，3個(gè)16位定時(shí)器，其它和MCS-51基本相同。大容量的FLASH ROM，給系統(tǒng)編程帶來(lái)很大的方便。
司機(jī)開(kāi)始運(yùn)營(yíng)時(shí)，首先通過(guò)IC卡插口，插入司機(jī)卡，CPU讀取卡上的信息，包括車牌號(hào)碼、駕駛員代碼、駕駛證號(hào)碼，系統(tǒng)存儲(chǔ)此信息，判斷如果不是非法信息，就進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。傳感器來(lái)的脈沖信號(hào)通過(guò)光電耦合接在78E58的INT0引腳，CPU通過(guò)測(cè)試該引腳脈沖的寬度來(lái)計(jì)算速度，通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)計(jì)算里程。連接串行日歷時(shí)鐘芯片PCF8583，為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。把速度和總里程及時(shí)間顯示在LED上。能存儲(chǔ)每次停車前20S每間隔100mS的速度值，同時(shí)存儲(chǔ)15天，360小時(shí)的每分鐘平均速度和每次行車的里程。在停車的狀態(tài)下，按下打印鍵，能打印出行車信息，插入U(xiǎn)盤(pán)，能通過(guò)USB接口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)経盤(pán)，還可以通過(guò)RS-232接口把數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)。可以通過(guò)按鍵設(shè)置參數(shù)和查詢2天內(nèi)每一分鐘的速度。
3.2電源模塊
電源用車上的電瓶提供的12V直流電源。由于電瓶電壓有一定的離散性，同時(shí)電瓶質(zhì)量不好時(shí)12V電源較低，而且車行駛時(shí)有震動(dòng)和電磁干擾，要求電源有很強(qiáng)的抗干擾能力和很寬的適用范圍[2]。開(kāi)關(guān)電源滿足上述要求，且驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，所以采用開(kāi)關(guān)電源電路將輸入的12V直流電源變?yōu)榉€(wěn)定的5V電源。同時(shí)在電路中設(shè)置掉電檢測(cè)電路，檢測(cè)12V電源的掉電，如果12V電源降到9V以下，就要在程序中進(jìn)行掉電處理。
3.3 打印模塊
打印模塊由單片機(jī)AT89C2051做CPU,采用M-445型微型針式打印機(jī)，單片機(jī)AT89C2051和主CPU通過(guò)串行引腳TXD、RXD進(jìn)行通信。在停車的狀態(tài)下，主CPU檢測(cè)到打印鍵按下，發(fā)打印的命令和數(shù)據(jù)給AT89C2051，AT89C2051接到命令和數(shù)據(jù)，啟動(dòng)打印機(jī)工作。打印的內(nèi)容有車牌號(hào)碼、車牌分類、駕駛員代碼、駕駛證號(hào)碼、打印實(shí)時(shí)時(shí)間、停車時(shí)刻前15min內(nèi)每分鐘的平均車速、疲勞駕駛記錄。
3.4 通信模塊設(shè)計(jì)
主機(jī)可以通過(guò)USB口和RS－232兩種串行接口輸出及載入數(shù)據(jù)，原理框圖如圖2所示。通信模塊的CPU采用8051單片機(jī)，RS－232接口是為在現(xiàn)場(chǎng)使用筆記本電腦或把主機(jī)拿到檢測(cè)管理中心時(shí)，讀取數(shù)據(jù)方便設(shè)置的，用MAX232串行接口芯片完成電平的轉(zhuǎn)換。而USB口是為用U盤(pán)讀取數(shù)據(jù)設(shè)置的，用SL811HST接口芯片完成電平的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸。通信的波特率都為9600bps。系統(tǒng)通過(guò)這兩個(gè)通信接口可以對(duì)主機(jī)設(shè)定一些參數(shù),比如車輛識(shí)別代號(hào)、車輛號(hào)碼、駕駛員代碼、駕駛證證號(hào)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等；主機(jī)通過(guò)這兩個(gè)通信接口可以輸出到PC機(jī)或U盤(pán)事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)、近360h內(nèi)車輛行駛速度數(shù)據(jù)、對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的車輛行駛里程數(shù)據(jù)等一系列數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)分析軟件使用。
4主機(jī)軟件設(shè)計(jì)
由于系統(tǒng)有多個(gè)CPU，無(wú)論是打印還是上傳數(shù)據(jù)，都涉及到和主CPU間的通信。同時(shí)系統(tǒng)又要存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)，所以軟件比較復(fù)雜，主要考慮以下幾個(gè)方面。
4.1 速度、里程的測(cè)量
系統(tǒng)的傳感器使用霍爾元件傳感器，車輪每轉(zhuǎn)一周，主CPU的INT0引腳有一個(gè)脈沖，CPU用定時(shí)器0外部中斷0測(cè)試該脈沖的寬度來(lái)得到速度，通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)得到里程。系統(tǒng)設(shè)置外部中斷0下跳沿觸發(fā)，計(jì)時(shí)標(biāo)志FLAG設(shè)為0。初始化后，開(kāi)放外部中斷0的中斷，每來(lái)一個(gè)脈沖，產(chǎn)生一個(gè)中斷。在外部中斷0的中斷服務(wù)子程序中，判斷開(kāi)始計(jì)時(shí)標(biāo)志，如果FLAG=0,則設(shè)置定時(shí)器T0的初值為0，開(kāi)放定時(shí)器T0的中斷，同時(shí)FLAG=1；如果FLAG=1，停止定時(shí)器，同時(shí)計(jì)數(shù)里程單元的脈沖數(shù)加1，設(shè)FLAG=0，計(jì)算速度標(biāo)志FLAG1=1。在定時(shí)器T0的中斷服務(wù)子程序中，計(jì)數(shù)單元Count1、Count2加1計(jì)數(shù)。在主程序如果FLAG1=1，則根據(jù)公式(1)計(jì)算脈沖的寬度，算出一小時(shí)的脈沖數(shù)，用此脈沖數(shù)除以車輛特征系數(shù)（即每公里的脈沖數(shù)），即求出速度。根據(jù)計(jì)數(shù)里程單元的脈沖數(shù)，除以車輛特征系數(shù)，即得到里程。
設(shè)計(jì)要求存儲(chǔ)停車前的20S的速度數(shù)據(jù)，每隔100mS存儲(chǔ)一次速度值，總共200個(gè)速度值作為事故疑點(diǎn)分析數(shù)據(jù)。在內(nèi)存中設(shè)置一段200個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)，如圖2所示。從首字節(jié)開(kāi)始，每100mS存儲(chǔ)一次數(shù)據(jù)，20S之后，存儲(chǔ)區(qū)滿，存下一個(gè)100mS的數(shù)據(jù)時(shí)，使首字節(jié)首溢出，后面字節(jié)依次前移，空出末字節(jié)，存當(dāng)前的速度值。這樣。保證200個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)總是的值。在檢測(cè)到停車的時(shí)候，當(dāng)前數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容就是停車前的20S的速度數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)還要求存儲(chǔ)15天，360小時(shí)每分鐘的平均速度。為節(jié)省內(nèi)存空間，存儲(chǔ)時(shí)設(shè)置索引表的結(jié)構(gòu)，即以時(shí)間為索引，只存每次行車的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，對(duì)應(yīng)時(shí)間的速度值從開(kāi)始時(shí)間往下查單元即可。
圖3速度存儲(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)中打印模塊和通信模塊都是帶CPU的子模塊，主CPU和兩個(gè)模塊通信都使用串行口TXD和RXD兩條線，所以采用多機(jī)通信的方式，用串行口的方式3，波特率為9600bps[1]。在停車的狀態(tài)下，如果要求打印，則先發(fā)打印模塊的地址，打印模塊接到地址后，確定是自己的地址，接收要求打印的數(shù)據(jù)。而同時(shí)，通信模塊的CPU8051也接收到了打印模塊的地址，它和自己的地址比較，確認(rèn)不是自己的地址，不接收數(shù)據(jù)。
主機(jī)和通信模塊之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，采用的方式和打印模塊相同。通過(guò)USB口傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，通信模塊檢測(cè)到有U盤(pán)插入，給主CPU發(fā)要數(shù)據(jù)的命令。主CPU接到要數(shù)據(jù)的命令后，先發(fā)本車的車號(hào)和駕駛員代碼、駕駛證證號(hào)，通信模塊接到上述信息后，首先建立一個(gè)以車號(hào)為文件名的數(shù)據(jù)文件，文件頭即為上述信息，然后傳輸事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)的15天的每分鐘的平均速度等一系列的數(shù)據(jù)。為提高傳輸?shù)乃俣龋捎脡K傳輸?shù)姆绞健?
4.4 數(shù)據(jù)的保護(hù)
為防止由于環(huán)境及車況和路況的變化，記錄儀運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)一些不正常情況使數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)隨時(shí)把當(dāng)前的狀態(tài)及各種數(shù)據(jù)保存。在出現(xiàn)異常情況后，不丟失數(shù)據(jù)，同時(shí)復(fù)位后，能從原來(lái)的狀態(tài)運(yùn)行。
5 數(shù)據(jù)分析軟件的設(shè)計(jì)
記錄儀的數(shù)據(jù)分析軟件采用LabWindows/CVI編寫(xiě)，全部使用中文界面。具有原始數(shù)據(jù)讀取、查詢、統(tǒng)計(jì)、圖表生成、參數(shù)設(shè)置、操作權(quán)限管理等功能。LabWindows/CVI是美國(guó)NI公司開(kāi)發(fā)的32位面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它將C語(yǔ)言平臺(tái)與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)等測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。它的集成化開(kāi)發(fā)平臺(tái)、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C語(yǔ)言的功能，是當(dāng)今市場(chǎng)上為流行的軟件開(kāi)發(fā)工具之一[3]。
在本系統(tǒng)中，利用LabWindows/CVI提供的強(qiáng)大函數(shù)庫(kù)，用戶可以通過(guò)主機(jī)上的虛擬儀器面板，對(duì)主機(jī)的車輛特征系數(shù)、車輛識(shí)別代號(hào)、車輛號(hào)碼、車牌分類、駕駛員代碼、駕駛證證號(hào)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、記錄儀主機(jī)可識(shí)別的性編號(hào)及初次安裝日期進(jìn)行設(shè)置。在事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)讀入后，形成事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)曲線圖和一般行駛速度記錄曲線圖。其橫坐標(biāo)為實(shí)時(shí)時(shí)間，縱坐標(biāo)為與實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車輛形式速度值和制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)或客戶所要求的其他信號(hào)，曲線圖上同時(shí)還包含車牌號(hào)碼、車牌分類、駕駛證號(hào)碼等內(nèi)容。還形成—個(gè)數(shù)據(jù)列表。列表給出停車前15分鐘的每分鐘的速度值。
數(shù)據(jù)分析軟件還能實(shí)現(xiàn)對(duì)修改權(quán)限的識(shí)別，圖表的打印、以圖表及文本形式瀏覽數(shù)據(jù)等功能。
6 結(jié)束語(yǔ)
為使記錄儀在不同的環(huán)境和路況下，都能可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，除在軟件和硬件上采取了一系列抗干擾措施外，元器件盡量選擇適應(yīng)范圍寬的芯片。外殼用鐵殼，能對(duì)電磁干擾起到一定的屏蔽作用，同時(shí)抗震和不易變形。本記錄儀系統(tǒng)現(xiàn)已在部分地區(qū)使用，用戶反映良好。