基于GPS 和GPRS 的多功能汽車記錄儀的設(shè)計

摘要： 提出一種多功能汽車記錄儀的設(shè)計方案， 系統(tǒng)采用AT91SAM9260 型ARM 處理器為控制器，Linux 操作系統(tǒng)，K91G08U0B 型Nand Flash 為存儲介質(zhì)，通過ET-318 SiRF Star Ⅲ GPS 芯片組接收GPS 信號進(jìn)行定位，而GPRS 模塊采用SIM300C 傳輸數(shù)據(jù)。該汽車記錄儀能夠?qū)崟r記錄監(jiān)測汽車行駛狀態(tài)、位置，通過GPRS 將行駛記錄及當(dāng)前信息上傳至服務(wù)器，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，具備超速、疲勞駕駛報警功能。數(shù)據(jù)可以通過USB 或RS-232 串口上傳至上位機(jī)。經(jīng)測試該記錄儀性能穩(wěn)定可靠。

　　汽車行駛記錄儀（汽車黑匣子）是一種使用在汽車上的數(shù)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(jìn)行存儲并通過USB 或串口導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

　　汽車記錄儀對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，保障車輛運(yùn)行安全具有重要作用。

　　當(dāng)前的汽車行駛記錄儀技術(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[2]，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(shè)計方案，該設(shè)計是在實現(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)庫技術(shù)和相應(yīng)監(jiān)控管理軟件實現(xiàn)對車輛和司機(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)主要包括汽車記錄儀終端、服務(wù)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(shù)據(jù)記錄、GPS 和GPRS 等部分。服務(wù)器接收記錄儀通過GPRS 發(fā)送的數(shù)據(jù)并保存。監(jiān)控管理軟件對服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析[3]，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(chǔ)，其主要功能為：

　　1）實時定位功能能夠?qū)崟r采集記錄車輛當(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，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(biāo)車輛所在位置數(shù)據(jù)；

　　2）運(yùn)營限制區(qū)域設(shè)置功能利用監(jiān)控平臺可以對運(yùn)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(jìn)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(jī)上，并報告當(dāng)前的車輛位置；

　　4）緊急求助報警當(dāng)車輛遇劫或需要求助時，駕駛?cè)藛T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(jīng)度、緯度、行駛速度、方向、時間等信息；

　　5）車輛全程行駛數(shù)據(jù)記錄車載終端全程采集、記錄車輛行駛和司機(jī)操作的全部數(shù)據(jù)并發(fā)給數(shù)據(jù)中心。其中包括：

　　車輛的時間、速度、里程、狀態(tài)、位置、發(fā)動機(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)控平臺提供每條行駛記錄全程時間-速度-狀態(tài)曲線和里程-速度-狀態(tài)曲線。通過這些曲線查看司機(jī)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(yù)先設(shè)置的速度限制進(jìn)行超速報警。當(dāng)車輛行駛速度超過設(shè)定值時，車載終端就以聲/光方式報警，提醒司機(jī)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(jī)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(shù)據(jù)；

　　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(nèi)和實時時間相對應(yīng)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(shù)據(jù)。存儲最近2 個月的所有事故疑點數(shù)據(jù)；

　　9）車輛油位監(jiān)控功能車載終端可以對油箱油位進(jìn)行實時監(jiān)控。當(dāng)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(shù)據(jù)；

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

　　11）駕駛員身份識別功能車載終端利用IC 卡方式實現(xiàn)駕駛?cè)藛T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(shè)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(shè)置好的IC 卡插入記錄儀，記錄儀自動對司機(jī)進(jìn)行識別；

　　12）數(shù)據(jù)通信功能車載終端通過內(nèi)置GPRS 通訊模塊實現(xiàn)和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)互通； 車載終端設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)USB 接口，使用U 盤可以把車載終端記錄的全部數(shù)據(jù)取出；通過車載終端的USB 口可以對車載終端進(jìn)行參數(shù)設(shè)置也可以對車載終端進(jìn)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(nèi)容。

　　2 記錄儀硬件設(shè)計

　　記錄儀總體結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)存儲電路。

　　2.1 主處理器

　　為了滿足系統(tǒng)對實時性、大量數(shù)據(jù)處理、GPS 信號接收、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。AT91SAM9260 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)存儲器，7 路USART、1 個雙線接口（TWI）以及4 通道10 位A/D 轉(zhuǎn)換器。