汽車行駛記錄儀是對(duì)車輛行駛速度、時(shí)間、里程及有關(guān)車輛行駛的各種狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)并可通過接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。
    汽車行駛記錄儀的使用具有以下作用和社會(huì)效益：減少交通事故，提高行車安全，更好地保障社會(huì)群眾及乘客生命財(cái)產(chǎn)安全；改善交通環(huán)境和緩解交通壓力，規(guī)范駕駛員駕駛習(xí)慣，促進(jìn)駕駛員文明駕駛的進(jìn)程；建立車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，為交通事故提供法律依據(jù)；規(guī)范交通警察執(zhí)法范圍和文明其執(zhí)法行為，提高其執(zhí)法水平、效率和公正性；維護(hù)各方利益，記錄儀記錄證據(jù)以分清肇事責(zé)任的歸屬，可作為保險(xiǎn)部門進(jìn)行理賠的輔助工具。
    本系統(tǒng)根據(jù)汽車行駛記錄儀的國家標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)營客戶的實(shí)際需求，在不增加汽車行駛記錄儀系統(tǒng)軟硬件資源的基礎(chǔ)上，增加了GPS模塊和CAN模塊功能，使汽車行駛記錄儀具有記錄GPS數(shù)據(jù)信息的功能；利用管理軟件GIS軌跡回放功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)營車輛運(yùn)營路線監(jiān)督；CAN接口功能與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總線相連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)油耗測(cè)量。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，為商用車運(yùn)營公司監(jiān)控運(yùn)營車輛提供了一種有效手段，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)營車輛安全監(jiān)督和運(yùn)營管理的有機(jī)結(jié)合。
1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
    整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案結(jié)合汽車行駛記錄儀、GPS模塊、CAN模塊等系統(tǒng)和功能，采用一個(gè)ARM7內(nèi)核的MCU[1]實(shí)現(xiàn)。
    圖1為基于ARM帶GPS功能汽車行駛記錄儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

    MCU采用NXP公司ARM系列的LPC2362芯片，它是以ARM7為內(nèi)核且外圍資源豐富的產(chǎn)品，適用于要求高性能和低功耗結(jié)合的嵌入式應(yīng)用中。其中USB HOST和隔離RTC功能很好地滿足了汽車行駛記錄儀的設(shè)計(jì)需求，增加GPS和CAN模塊不需要增加系統(tǒng)軟硬件資源，有很好的性價(jià)比。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在滿足記錄儀功能的基礎(chǔ)上增加了GPS、CAN功能，電源設(shè)計(jì)采用主輸入電源不隔離，采用EMI處理，其他與車輛關(guān)聯(lián)的輸入輸出接口采用光電隔離的方法，滿足汽車行駛記錄儀電磁兼容性和產(chǎn)品成本有較好的性價(jià)比，使產(chǎn)品既滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，又有很好的成本優(yōu)勢(shì)。電源EMI處理和電源設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    信號(hào)采集和輸出模塊是基于ARM帶GPS功能汽車行駛記錄儀系統(tǒng)和車輛信息交互模塊，信息量包括車速、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、10路開關(guān)量信號(hào)、里程和報(bào)警。在信號(hào)采集設(shè)計(jì)時(shí)，以運(yùn)算放大器為采集單元，用比較器工作原理和方法實(shí)現(xiàn)采集。這樣既保證了輸入阻抗高，不影響車輛上其他電子設(shè)備，又使比較器通過匹配不同電阻獲得不同的比較電壓，滿足不同車型不同信號(hào)的電平匹配，輸出采用光電耦合來實(shí)現(xiàn)。
    鍵盤采用4個(gè)按鍵，結(jié)合LCD顯示模塊，用中文菜單實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口操作，LCD采用超低溫的12232點(diǎn)陣，滿足汽車復(fù)雜工況環(huán)境要求。
    ISP下載采用UART0實(shí)現(xiàn)，由于有硬件看門狗和低功耗功能，在ISP下載時(shí)，利用跳線屏蔽硬件看門狗和借用系統(tǒng)電源給UART0收發(fā)器供電，實(shí)現(xiàn)在線ISP功能。
    本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種硬件組合載體和軟件數(shù)據(jù)儲(chǔ)存方式，利用小容量鐵電數(shù)億次擦寫次數(shù)儲(chǔ)存擦寫頻率高的數(shù)據(jù)和作為數(shù)據(jù)緩存，利用大容量DATAFLASH作為數(shù)據(jù)的最終儲(chǔ)存體，這樣既滿足了系統(tǒng)需求，又降低了系統(tǒng)成本。系統(tǒng)儲(chǔ)存功能框圖如圖3所示。

    系統(tǒng)和管理軟件有大量數(shù)據(jù)交換，為了方便用戶設(shè)置和上載下位機(jī)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了接觸智能卡模塊與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。針對(duì)有大容量數(shù)據(jù)和小容量數(shù)據(jù)的特性，從性價(jià)比出發(fā)，智能卡模塊采用2種卡作為數(shù)據(jù)交換媒介，一種是128 B的24C01卡，采用IIC數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；另一種是4 MB的AT45DB041卡，采用SPI實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。既能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換功能，又能節(jié)約系統(tǒng)成本。智能卡設(shè)有電源管理模塊，結(jié)構(gòu)框圖如圖4。

    系統(tǒng)采用TRIMBLE的GPS模塊實(shí)現(xiàn)GPS功能，TRIMBLE的GPS模塊有串口A和串口B 2路信息輸出通道。串口A直接和MCU模塊串口2相連接，實(shí)現(xiàn)MCU模塊定位信息的接收；串口B通過SPX3232一路電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RS232電平輸出，為系統(tǒng)留一路定位信息輸出。GPS模塊設(shè)計(jì)了主動(dòng)天線和天線檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)天線短路、正常、開路的檢測(cè)，電源管理模塊控制GPS模塊的電源。GPS功能框圖如圖5所示。

    系統(tǒng)時(shí)鐘采用LPC2362獨(dú)立電源的RTC，采用車輛電源和備用電池供電，通過SP609實(shí)現(xiàn)電源自動(dòng)切換。車輛電源正常時(shí)，采用車輛電源供電，否則，采用備用電池電源。電池電壓由LPC2362的A/D轉(zhuǎn)換后監(jiān)控，并給出電池電壓過低報(bào)警提示。另外，SP609帶有硬件看門狗功能，通過74HC01或門實(shí)現(xiàn)硬件看門狗和低功耗共存。當(dāng)MCU模塊控制腳輸出為低時(shí)，74HC01輸出由SP609的RESET控制，實(shí)現(xiàn)硬件看門狗；當(dāng)MCU模塊控制腳輸出為高時(shí)，74HC01輸出為高，MCU的RESET為高，實(shí)現(xiàn)低功耗MCU不復(fù)位。圖6是時(shí)鐘和硬件看門狗功能框圖。

    CAN模塊功能由LPC2362帶的2路CAN實(shí)現(xiàn)，通過外加隔離收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)CAN功能。其中，一路配置成低速CAN，連接車輛低速CAN總線；另一路配置成高速CAN，連接車輛高速CAN總線，通過CAN功能模塊系統(tǒng)既能獲得發(fā)動(dòng)機(jī)信息，實(shí)現(xiàn)油耗監(jiān)控，又能實(shí)現(xiàn)車輛上低速CAN總線和高速CAN總線的數(shù)據(jù)交換。
    目前，大部分記錄儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)有大容量傳輸協(xié)議，多采用單片機(jī)+USB HOST驅(qū)動(dòng)芯片的模式。但這種設(shè)計(jì)方案有以下不足：成本過高，帶有USB HOST功能的芯片往往價(jià)格高，而且外圍擴(kuò)展所需硬件資源多，一般需要擴(kuò)展RAM來滿足復(fù)雜的USB協(xié)議和大容量傳輸協(xié)議，成本相對(duì)高；數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢，選擇單片機(jī)的主頻一般不會(huì)超過20MHz，而通過外部總線系統(tǒng)和USB HOST接口芯片通信，數(shù)據(jù)交換效率更低。另外，外部擴(kuò)展RAM也占用系統(tǒng)總線資源，擴(kuò)展USB HOST和其他附屬硬件時(shí)，所占PCB面積大、走線復(fù)雜，使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，調(diào)試不方便。LPC2362自帶USB HOST功能，很好地解決這些不足，完全滿足USB 2.0協(xié)議，支持全速傳輸，帶有DMA傳輸模式和電源管理模式，并有獨(dú)立的8 KB SRAM，它還具有電源管理和過流檢測(cè)功能。結(jié)構(gòu)框圖如圖7。

    汽車行駛記錄儀具有打印功能，本設(shè)計(jì)采用外接商用打印機(jī)，電源采用開關(guān)電源LM2596，其有3 A的電流輸出能力，接口采用UART0實(shí)現(xiàn)記錄儀數(shù)據(jù)打印。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的功能模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件，這樣系統(tǒng)有很好的裁剪性。每個(gè)模塊軟件驅(qū)動(dòng)分為底層驅(qū)動(dòng)和接口應(yīng)用，整個(gè)嵌入軟件采用前后臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[2]，軟件流程如圖8所示。

    根據(jù)國家相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，商用運(yùn)營車輛需安裝汽車行駛記錄儀，以加強(qiáng)汽車運(yùn)營安全管理，而車輛運(yùn)營主體從自身利益出發(fā)往往需安裝GPS和CAN功能來實(shí)現(xiàn)運(yùn)營線路的監(jiān)控和實(shí)際油耗測(cè)量，以提高企業(yè)管理手段和效益。本系統(tǒng)從這兩方面出發(fā)，在不增加汽車行駛記錄儀軟硬件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)上述功能，解決了運(yùn)營公司面對(duì)的實(shí)際問題，降低了終端客戶使用成本，從而提高了客戶安裝汽車行駛記錄儀的積極性，保證了運(yùn)營車輛運(yùn)輸?shù)陌踩裕岣吡诉\(yùn)營效率，降低了運(yùn)營公司的運(yùn)營成本。