基于LPC2104型CPU的汽車行使記錄儀

摘要：介紹基于LPC2104型CPU的汽車行駛記錄儀。該記錄儀采用大容量閃速存儲器作為存儲載體，利用定時器中斷方式來實現(xiàn)秒間隔的數(shù)據(jù)采集與存儲，用利串行口中斷方式實現(xiàn)與微機的數(shù)據(jù)通信。 關(guān)鍵詞：汽車行駛記錄儀;LPC2104;閃速存儲器 引言 隨著汽車擁有量的增加，發(fā)生交通事故的概率也隨之增加，發(fā)生事故后用傳統(tǒng)的方法進行分析、判斷、維修有一定的困難。這樣，就給人們提出了一個問題，怎樣及時、準(zhǔn)備地分析故障的存在，客觀地分析事故的責(zé)任。由此聯(lián)系到飛機上裝的“黑匣子”，一旦飛機失事，“黑匣子”里的資料是判斷失事原因的重要依據(jù)。因為它的造價高、技術(shù)復(fù)雜，在普通汽車上使用有一定的難。本文介紹一種價格低，功能較齊全且能擴展的汽車行駛記錄儀。 本記錄儀采用帶ARM7內(nèi)核的LPC2104型CPU作為主控機，大容量閃速存儲器作為存儲載體，帶有精確的時鐘電路，利用高精度A/D轉(zhuǎn)換器采集汽車傳感器轉(zhuǎn)換的模擬量，并直接記錄汽車信號燈等的各種開關(guān)量。同時利用串口實現(xiàn)與微機的數(shù)據(jù)通信，把汽車行駛記錄低度的信息以二進制文件的形式存儲到硬盤上。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。帶ARM7內(nèi)核的LPC2104型CPU是汽車行駛記錄儀的核心，整個系統(tǒng)由信息采集模塊、信息處理及存儲模塊和串口通信模塊組成。 LPC2104是Philips公司生產(chǎn)的一款支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU，內(nèi)部集成有與片內(nèi)存儲器控制器接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA高性能總線(AHB)和連接片內(nèi)外設(shè)功能的VLSI外設(shè)總線(VPB，ARM，AMBA總線的兼容超大規(guī)模集成電路)，并嵌入了128KB高速Flash存儲器。LPC2104將ARM7TDMI-S配置為小端(Iittle-endian)字節(jié)順序，具有封裝小、功耗低、多個32位定時器、多種總線接口及多達(dá)9個外部中斷等優(yōu)點，非常適合作為汽車行駛記錄儀的主控CPU。同時，LPC2104還具有128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)，從而使得32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運行。 2 信息采集模塊設(shè)計 汽車行駛記錄儀要求實時記錄車輛行駛的各種狀態(tài)信息，因此本系統(tǒng)將信息采集模塊分為開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊、模擬量數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘數(shù)據(jù)采集模塊。

2.1 開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊 該模塊利用74LS165型并行輸入8位移位寄存器擴展16位并行輸入口，其硬件電路如圖2所示。其中利用LPC2104的3根I/O口線擴展為16位的輸入口線，圖中由2片74LS165串接擴展16位的輸入線，CLK為時鐘脈沖輸入端，D0-D7為并行輸入端，前級的數(shù)據(jù)輸出端QH與后級的信號輸入端 SIN相連，S/L為低電平時，允許并行置入數(shù)據(jù)，S/L為高電平時允許串行移位。這樣左右方向燈、前車燈、開門信號、剎車燈信號等16路開關(guān)量經(jīng)過光電耦合器隔離后并行輸入到2片74LS165中，再經(jīng)74LS165轉(zhuǎn)換后，串行輸出給LPC2104進行處理。 2.2 模擬量數(shù)據(jù)采集模塊 在進行模擬數(shù)據(jù)采集時，水溫、水位等8路傳感器采集的信號先經(jīng)過模擬信號調(diào)理環(huán)節(jié)，將其整定在A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓Vref決定的滿量程輸入電壓信號以內(nèi)，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換。該模塊采用美國德州儀器公司推出的TLC0838型8路8位逐次逼近型模、數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣頻率為100kHz，與外部通信采用SPI總線接口。LPC2104通過其內(nèi)嵌的SPI總線接口與TLC0838進行通信，其硬件電路如圖3所示。其中SCK為SPI主機輸入或從機輸入的時鐘，MOSI為SPI主機到從機的數(shù)據(jù)傳輸，MISO為SPI從機到主機的數(shù)據(jù)傳輸，SSEL為SPI從機選擇。

汽車速度的測量是通過計數(shù)速度傳感器產(chǎn)生的脈沖信號實現(xiàn)的。本系統(tǒng)利用AT89C2051型單片機來計數(shù)速度脈沖信號。該單片機可設(shè)定一個守量器來計數(shù)速度脈沖信號，并將其轉(zhuǎn)換成汽車的實際量程。同時根據(jù)行程和時間可計算汽車的速度，并通過串口UART0將數(shù)據(jù)傳送給LPC2104。 2.3 時鐘數(shù)據(jù)采集模塊 為了記錄行車的時間，使行駛記錄儀能夠?qū)崟r記錄汽車狀態(tài)，采用專門的時鐘模塊提供時間信號，本系統(tǒng)選用DS12887時鐘電路。DS12887是跨越 2000年的時鐘電路，采用4位數(shù)表示年度的日歷系統(tǒng)。電路的晶體振蕩器、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的止方，組成一個加厚的集成電路模塊。DS12887能夠自動存取并更新當(dāng)前的時間，LPC2104可通過讀DS12887的內(nèi)部時標(biāo)寄存器得到當(dāng)前的時間和日歷，也可通過選擇二進 進碼或BCD碼初始化電路的10個時標(biāo)寄存器。 3 信息處理及存儲模塊設(shè)計 由于Flash的存儲結(jié)構(gòu)適宜是固態(tài)存儲，EPROM的存儲結(jié)構(gòu)適宜于動態(tài)存儲，因此，本系統(tǒng)根據(jù)實際需要，有用Flash固態(tài)存儲和EPROM動態(tài)存儲相結(jié)合的方式進行數(shù)據(jù)存儲和記憶，即用Flash固態(tài)存儲采集的汽車狀態(tài)數(shù)據(jù)，用EPROM動態(tài)存儲Flash最新存儲的扇區(qū)號和存儲地址。閃速存儲器選用美信公司生產(chǎn)的MX29F800BTC型，EPROM選用Microchip公司的24C32型，同時利用LPC2104內(nèi)嵌的I2C總線接口與 24C32進行通信。 本系統(tǒng)工作時，首先由LPC2104主控CPU從24C32中讀取Flash最近存儲的扇區(qū)號和存儲地址，然后以此地址為參照，以這個地址的一個地址值為 Flash的起點地址，以這個地址的下一個地址值為Flash的起點地址，按順序進行存儲。Flash需要存儲的數(shù)據(jù)有16路開關(guān)量信息、8路模擬量信息有及時鐘信息。本系統(tǒng)利用二字節(jié)(共16位)存儲16路開關(guān)量信息，利用8個字節(jié)的存儲空間存儲8路模擬量信息。為了節(jié)省存儲空間，系統(tǒng)并非每次存儲采集數(shù)據(jù)時都存儲時間標(biāo)志。由于數(shù)據(jù)采集以固定的秒間隔來進行，因此，系統(tǒng)只是在剛開始運行時和每個扇區(qū)的起始位置采集并存儲時鐘信號作為時間標(biāo)記，而后面數(shù)據(jù)的采集時間則以這些時間標(biāo)記為參照。

系統(tǒng)存儲的軟件流程如圖4所示。在本系統(tǒng)重裝上電運行時，需要記錄開始采集的時間信息。由于系統(tǒng)電源是由汽車電源提供的，所以開始采集的時間也就是汽車啟動的時間，以此作為汽車開始行駛的時間標(biāo)記。在程序運行中，由主程序設(shè)定一個汽車啟動標(biāo)志，在第一次寫數(shù)據(jù)之前汽車啟動標(biāo)志有效，然后首先判斷當(dāng)前存儲地址是否有某個扇區(qū)的首地址，如果是，則根據(jù)寫扇區(qū)的要求在第七個字節(jié)開始處存儲當(dāng)前的時鐘信號，否則，在當(dāng)前存儲地址處開始用10個字節(jié)存儲當(dāng)前的時鐘信號，記錄汽車開始運行的起始時間，然后清除汽車啟動標(biāo)志。扇區(qū)開始地址處記錄的時間信息是否是汽車開始運行的起始時間，可根據(jù)前一個扇區(qū)記錄的時間信息進行判斷。若前后兩個扇區(qū)記錄的數(shù)據(jù)是連續(xù)的，則后一個扇區(qū)頭記錄的時間信息不是表示汽車開始運行的起始時間，否則情況相反。 4 串口通信模塊設(shè)計 計算機可以通過串口隨時讀取行駛記錄儀存儲的數(shù)據(jù)。行駛記錄儀與計算機之間的串口通信遵循RS232協(xié)議。串行通信時，LPC2104依次將Flash中存儲的數(shù)據(jù)讀出并經(jīng)UART0串口發(fā)出，然后經(jīng)過MAX232電平轉(zhuǎn)換器送給計算機，再由計算機通過串口接收該數(shù)據(jù)。 圖5 5 結(jié)束語 汽車行駛記錄儀利用微機通過串口接收汽車行駛的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理;利用Visual C++ 6.0作為開發(fā)工具，編寫微機數(shù)據(jù)分析處理程序，模擬顯示汽車運行時的狀態(tài);利用圖形顯示各分量的波形，如前向燈開關(guān)情況、左右方向燈開關(guān)情況、開門信息、剎車信號、水溫變化情況(范圍為0℃100℃)等。將該行駛記錄儀安裝在汽車上進行測試，結(jié)果也較理想，能夠滿足設(shè)計要求。其測試結(jié)果如圖5所示。