基于GPS和GPRS的多功能汽車(chē)記錄儀的設(shè)計(jì)

摘要：提出一種多功能汽車(chē)記錄儀的設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)采用AT91SAM9260型ARM處理器為控制器，Linux操作系 統(tǒng)，K91G08UOB型Nand Flash為存儲(chǔ)介質(zhì)，通過(guò)ET_318 SiRF StarⅢGPS芯片組接收GPS信號(hào)進(jìn)行定位，而GPRS模塊采用SIM300C傳輸數(shù)據(jù)。該汽車(chē)記錄儀能夠?qū)崟r(shí)記錄監(jiān)測(cè)汽車(chē)行駛狀態(tài)、位置，通過(guò) GPRS將行駛記錄及當(dāng)前信息上傳至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，具備超速、疲勞駕駛報(bào)警功能。數(shù)據(jù)可以通過(guò)USB或RS-232串口上傳至上位機(jī)。經(jīng)測(cè)試該記 錄儀性能穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞：ARM；GPS；GPRS；汽車(chē)行駛記錄儀

汽車(chē)行駛記錄儀(汽車(chē)黑匣子)是一種使用在汽車(chē)上的數(shù)字式電子記錄裝置，它可以對(duì)汽車(chē)的行駛速度、時(shí)間、里程及剎車(chē)等狀態(tài)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并通過(guò)USB或串口 導(dǎo)出數(shù)據(jù)。汽車(chē)記錄儀對(duì)約束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(yùn)輸管理水平，保障車(chē)輛運(yùn)行安全具有重要作用。
當(dāng)前的汽車(chē)行駛記錄儀技術(shù)比較成熟，低端產(chǎn)品一般采用8位或16位單片機(jī)作為主處理器，中高端則采用32位的ARM處理器，但這些產(chǎn)品一般只能做到對(duì)本車(chē) 的記錄及監(jiān)控，車(chē)輛行駛記錄需逐車(chē)采集，不便于大型車(chē)隊(duì)和企業(yè)管理。這里提出一種基于GPS和GPRS的多功能汽車(chē)記錄儀的設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)是在實(shí)現(xiàn)記錄 儀基本功能的基礎(chǔ)上，增加GPS和GPRS模塊，分別用于定位和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和相應(yīng)監(jiān)控管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛和司機(jī)全方位監(jiān)控、調(diào)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(chē)記錄儀終端、服務(wù)器和監(jiān)控管理軟件。其中汽車(chē)記錄儀終端包括信號(hào)采集、數(shù)據(jù)記錄、GPS和GPRS等部分。服務(wù)器接收記錄儀通過(guò)GPRS發(fā)送的數(shù)據(jù)并保存。監(jiān)控管理軟件對(duì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、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(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其主要功能為：
1)實(shí)時(shí)定位功能 能夠?qū)崟r(shí)采集記錄車(chē)輛當(dāng)前所處的位置數(shù)據(jù)，并把位置數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心管理平臺(tái)，在監(jiān)控平臺(tái)上顯示出車(chē)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(biāo)車(chē)輛所在位置數(shù)據(jù)；
2)運(yùn)營(yíng)限制區(qū)域設(shè)置功能 利用監(jiān)控平臺(tái)可以對(duì)運(yùn)營(yíng)車(chē)輛的行駛區(qū)域范圍做出限定，車(chē)輛一旦超出限定區(qū)域，監(jiān)控平臺(tái)就會(huì)發(fā)出報(bào)警；
3)泊車(chē)防盜功能 停車(chē)后按下泊車(chē)防盜按鈕，車(chē)輛就進(jìn)入泊車(chē)防盜狀態(tài)。如車(chē)輛非法移動(dòng)，監(jiān)控平臺(tái)立即發(fā)送短信至主控手機(jī)上，并報(bào)告當(dāng)前的車(chē)輛位置；
4)緊急求助報(bào)警 當(dāng)車(chē)輛遇劫或需要求助時(shí)，駕駛?cè)藛T可通過(guò)按鍵向中心報(bào)警，同時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)送車(chē)輛的經(jīng)度、緯度、行駛速度、方向、時(shí)間等信息；
5)車(chē)輛全程行駛數(shù)據(jù)記錄 車(chē)載終端全程采集、記錄車(chē)輛行駛和司機(jī)操作的全部數(shù)據(jù)并發(fā)給數(shù)據(jù)中心。其中包括：車(chē)輛的時(shí)間、速度、里程、狀態(tài)、位置、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)。利用一體機(jī)記錄 下的全程行駛數(shù)據(jù)，監(jiān)控平臺(tái)提供每條行駛記錄全程時(shí)間一速度一狀態(tài)曲線和里程一速度一狀態(tài)曲線。通過(guò)這些曲線查看司機(jī)的全部駕駛過(guò)程；
6)超速報(bào)警和超速記錄 車(chē)載終端可以按預(yù)先設(shè)置的速度限制進(jìn)行超速報(bào)警。當(dāng)車(chē)輛行駛速度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，車(chē)載終端就以聲／光方式報(bào)警，提醒司機(jī)及時(shí)減速。同時(shí)把車(chē)輛超速信息發(fā)送到監(jiān)控中心；
7)司機(jī)疲勞駕駛報(bào)警和記錄 車(chē)載終端能記錄駕駛員連續(xù)駕駛時(shí)間超過(guò)4 h的所有疲勞駕駛數(shù)據(jù)；
8)事故疑點(diǎn)記錄 車(chē)載終端以0．2 s的時(shí)間間隔記錄車(chē)輛停車(chē)前20 s時(shí)間段內(nèi)和實(shí)時(shí)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的車(chē)輛行駛的速度值、剎車(chē)信號(hào)和其他車(chē)輛狀態(tài)信號(hào)作為事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)最近2個(gè)月的所有事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)；
9)車(chē)輛油位監(jiān)控功能 車(chē)載終端可以對(duì)油箱油位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)油位發(fā)生異常變化時(shí)，車(chē)載終端可以實(shí)時(shí)記錄變化量并向監(jiān)控中心發(fā)送異常變化數(shù)據(jù)；
10)視頻監(jiān)控功能 可外接兩路攝像頭，將車(chē)內(nèi)外情況抓拍照片后傳送到監(jiān)控中心；
11)駕駛員身份識(shí)別功能 車(chē)載終端利用IC卡方式實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)藛T身份識(shí)別功能。使用和車(chē)載終端配套使用的管理軟件可以把駕駛員基本信息設(shè)置在IC卡中，其中包括：“駕駛員姓名”、“駕駛員代碼”、“駕駛證號(hào)碼”。把設(shè)置好的IC卡插入記錄儀，記錄儀自動(dòng)對(duì)司機(jī)進(jìn)行識(shí)別；
12)數(shù)據(jù)通信功能 車(chē)載終端通過(guò)內(nèi)置GPRS通訊模塊實(shí)現(xiàn)和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)互通；車(chē)載終端設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)USB接口，使用U盤(pán)可以把車(chē)載終端記錄的全部數(shù)據(jù)取出；通過(guò)車(chē)載終端的USB口可以對(duì)車(chē)載終端進(jìn)行參數(shù)設(shè)置也可以對(duì)車(chē)載終端進(jìn)行程序裝載；
13)讀取短信功能 讀取監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送的任意短信內(nèi)容。

2 記錄儀硬件設(shè)計(jì)
記錄儀總體結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示，主要包括ARM處理器、GPS模塊、GPRS模塊、信號(hào)采集電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、語(yǔ)音報(bào)警電路及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路。

2．1 主處理器
為了滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、大量數(shù)據(jù)處理、GPS信號(hào)接收、GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)控制等各方面的要求，選用32位ARM處理器AT91SAM9260。AT91SA-M9260采用ARM926EJ-S內(nèi)核，外部總線接口包含諸多控制器，用于控制SDRAM以及包括NAND Flash和Compact Flash在內(nèi)的靜態(tài)存儲(chǔ)器，7路US-ART、1個(gè)雙線接口(TWI)以及4通道10位A／D轉(zhuǎn)換器。
2．2 電源電路
目前汽車(chē)電瓶電壓在9～36 V之間，而且由于車(chē)輛本身環(huán)境影響，汽車(chē)供電電壓不穩(wěn)定，存在各種干擾，所以本系統(tǒng)采用三級(jí)電壓轉(zhuǎn)換電路，如圖2所示。外部電源分別經(jīng)LM2576HVT-ADJ、LM2940-5．0和LMlll7轉(zhuǎn)換為7、5和3 V，供給相應(yīng)模塊。其中第一級(jí)LM2576HVT-ADJ將7-40 V電壓轉(zhuǎn)換至7 V，使本系統(tǒng)可以應(yīng)用到任何車(chē)輛。在電源輸入電壓轉(zhuǎn)換模塊前通過(guò)LC濾波，可以有效地濾除交流干擾，各電源轉(zhuǎn)換器后端均通過(guò)100和O．1μF電容并聯(lián)接地消除紋波電壓，保證系統(tǒng)供電穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)測(cè)試該電路可以穩(wěn)定輸出5和3．3 V電壓。