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        基于CAN的汽車行駛記錄儀的設(shè)計(jì)

        2013-03-05 14:05:30李勉
        汽車零部件 2013年4期
        關(guān)鍵詞:信息系統(tǒng)

        李勉

        (廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東 廣州 510635)

        0 引言

        汽車行駛記錄儀,俗稱汽車黑匣子,是對(duì)車輛行駛速度、時(shí)間、里程以及有關(guān)車輛行駛的其他狀態(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。它能夠準(zhǔn)確記錄汽車在行駛過程中的各項(xiàng)狀態(tài)信息,能為事故分析提供精確的關(guān)鍵數(shù)據(jù)[1]。它能夠遏制超速行駛和疲勞駕駛等交通違章,提高駕駛員的責(zé)任心。統(tǒng)計(jì)資料表明:汽車行駛記錄儀的使用,使交通事故率降低了37%~52%,減少了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[2]。作者設(shè)計(jì)一種基于CAN的汽車行駛記錄儀。

        1 系統(tǒng)總體方案

        1.1 系統(tǒng)基本功能

        該系統(tǒng)需要具備以下功能:

        (1)自檢功能。通電后會(huì)對(duì)系統(tǒng)各部件及接口進(jìn)行檢測(cè),自檢通過后“嘀的”一聲響提示用戶記錄儀開始正常工作;

        (2)車輛行駛狀態(tài)信息記錄功能。記錄儀保存最近10次停車前20 s的車輛行駛狀態(tài)信息;

        (3)聲音報(bào)警及記錄功能。當(dāng)汽車超過設(shè)置的超速值或連續(xù)行車超過設(shè)置的時(shí)間值時(shí),會(huì)立刻報(bào)警提醒,并記錄下來;

        (4)數(shù)據(jù)通訊功能??赏ㄟ^USB或串口采集記錄儀數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)、管理車輛信息。

        (5)顯示功能。通過LCD顯示平均車速記錄、超時(shí)駕駛記錄、超速記錄及車輛的狀態(tài)信息。

        1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

        根據(jù)上面的需求,設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的總體框圖。系統(tǒng)主要由信息采集、信息傳輸、信息處理、LCD顯示以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組成,如圖1所示。把采集的信息經(jīng)過CAN總線傳輸?shù)街骺刂破髦?,主控制器根?jù)信息狀態(tài)作出相應(yīng)處理,并把信息保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。當(dāng)需要分析數(shù)據(jù)時(shí),連接該系統(tǒng)的串口或USB來獲取采集的信息。

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        2.1 控制器

        控制器的選擇既要滿足設(shè)計(jì)所要求的控制功能,也要擁有相對(duì)豐富的資源。信息處理的控制器選擇Motorola公司的16位單片機(jī)MC68HC912D60A,具有60 KB的FLASH、1 KB的EEPROM、2 KB的RAM、USBHost功能、多達(dá)48個(gè)GPIO引腳、SPI、CAN接口等功能。信息采集的控制器選擇ATMEL公司的8位單片機(jī)Atmega8,具有高性能、低功耗、先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)、8 KB的 FLASH、512字節(jié)的 EEPROM、1 KB的 RAM、SPI、6通道AD等功能。

        2.2 速度信息的采集

        車速測(cè)量的工作原理是:根據(jù)變速箱第二軸驅(qū)動(dòng)的渦輪軸轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,霍爾轉(zhuǎn)速傳感器就輸出一個(gè)脈沖信號(hào),在指定時(shí)間收集到脈沖信號(hào)的數(shù)目,再經(jīng)過特定處理換算成速度。在時(shí)間t(h)里,霍爾轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生脈沖的數(shù)目為N,車速里程表的速比為1∶M(也就是說,當(dāng)汽車以1 km/h速度行駛時(shí),霍爾傳感器每小時(shí)產(chǎn)生脈沖數(shù)為M)??傻迷跁r(shí)間t里,汽車的行駛里程為D=N/M(km);

        車速為v=D/t=N/(M×t)(km/h);

        該系統(tǒng)選用HK16霍爾轉(zhuǎn)速傳感器。它是一種新型的轉(zhuǎn)速傳感器,感應(yīng)對(duì)象為磁鋼。由于安裝使用方便、通用性好,已被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。Atmega8利用霍爾傳感器測(cè)量汽車的速度與里程,通過CAN總線傳給MC68HC912D60A進(jìn)行信息處理。

        2.3 胎壓信息的采集

        胎壓測(cè)量的工作原理是:將傳感器置于輪胎氣門嘴上,不同的氣壓對(duì)應(yīng)著不同的電壓值,通過采集傳感器的輸出電壓,間接測(cè)量氣壓值。該系統(tǒng)選用GE公司的NPX-C01780傳感器。它集成了硅壓力傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、電壓傳感器和低功耗8位RISC處理器以及一個(gè)低頻喚醒功能,具有極佳的輪胎介質(zhì)兼容性,可監(jiān)測(cè)450/700/900/1400 kPa多種壓力范圍,并可定制量程,滿足了系統(tǒng)各方面的性能要求。NPX-C01780通過無線發(fā)射模塊MC33493將采集的電氣值傳輸?shù)浇邮斩?。接收端是Atmega8通過無線接收模塊MC33594接收電壓值,再通過CAN總線傳給MC68HC912D60A進(jìn)行信息處理。

        2.4 溫度信息的采集

        溫度測(cè)量主要是測(cè)車內(nèi)的溫度和蓄電池的溫度。該系統(tǒng)選用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20,其測(cè)量范圍是-55~125℃,默認(rèn)轉(zhuǎn)換精度是9位二進(jìn)制數(shù),對(duì)應(yīng)精度為0.5℃。一條總線上可以同時(shí)掛載多個(gè)DS18B20,靠內(nèi)部的全球唯一標(biāo)識(shí)的64位序列號(hào)來區(qū)分。Atmega8利用DS18B20測(cè)量各點(diǎn)的溫度值,通過CAN總線傳給MC68HC912D60A進(jìn)行信息處理。

        2.5 電流信息的采集

        電流測(cè)量是電流輸入到電流傳感器轉(zhuǎn)換成電壓,再送往Atmega8的AD引腳進(jìn)行采集,最后將電壓值再換算成電流值。該系統(tǒng)采用電流傳感器DHKY3-100A,能測(cè)量兩組電流。Atmega8將電流值通過CAN總線傳給MC68HC912D60A進(jìn)行信息處理。

        2.6 開關(guān)量信息的采集

        該系統(tǒng)的開關(guān)量包括:車門、車燈、剎車、擋位、安全帶以及安全氣囊等狀態(tài)。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,開關(guān)信號(hào)經(jīng)過光耦隔離后直接連接到MC68HC912D60A。系統(tǒng)每隔0.2 s對(duì)開關(guān)量進(jìn)行一次采集。

        2.7 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)

        根據(jù)國標(biāo)規(guī)定,記錄儀應(yīng)能以不大于0.2 s的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)停車前20 s實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車輛行駛速度及車輛制動(dòng)狀態(tài)信號(hào),記錄次數(shù)至少為10次[2]。需要存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)行駛數(shù)據(jù)包含以下信息:索引,1個(gè)字節(jié);日期和時(shí)間,6個(gè)字節(jié);駕駛員代碼,2個(gè)字節(jié);速度,1個(gè)字節(jié);胎壓,1個(gè)字節(jié);溫度,2個(gè)字節(jié);電流,2個(gè)字節(jié);開關(guān)量信號(hào)共占2個(gè)字節(jié)。每0.2 s采集一次速度、胎壓、溫度、電流以及開關(guān)量信號(hào),則1秒記錄的實(shí)時(shí)行駛數(shù)據(jù)幀占用空間為1+6+2+(1+1+2+2+2)×5=49字節(jié)。每次停車前20 s記錄的數(shù)據(jù)占用空間為49×20=980字節(jié)。10次停車的數(shù)據(jù)占用空間為980×10=9800字節(jié)=9.57 KB。本系統(tǒng)選用二線制串行EEPROM芯片AT24C16。其容量為16 KB,具有輸入引腳經(jīng)施密特觸發(fā)器濾波抑制噪聲、高可靠性、1000000次讀寫次數(shù)、數(shù)據(jù)保存100年等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于低電壓及低功耗的工商業(yè)領(lǐng)域。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        3.1 主程序的設(shè)計(jì)

        圖2是系統(tǒng)主程序的流程圖。系統(tǒng)初始化包括信息處理節(jié)點(diǎn)以及各個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)的硬件初始化,如果有節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障,立即進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)自檢通過后,每0.2 s采集汽車的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);如果有節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障就立即報(bào)警;如果正常獲得數(shù)據(jù),就傳輸給信息處理節(jié)點(diǎn);先判斷有沒有超速并作相應(yīng)處理,再保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);把相關(guān)信息顯示在LCD上。

        3.2 信息采集節(jié)點(diǎn)軟件的設(shè)計(jì)

        信息采集包括速度、胎壓、溫度以及電流,采用相同的流程圖,如圖3。CAN總線采用的是多主傳輸方式,只需要使用兩根物理傳輸線就可以在整個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,任何CAN節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行信息的發(fā)送和接受[3-4]。控制器Atmega8首先對(duì)傳感器、CAN控制器和CAN收發(fā)器進(jìn)行初始化;如果硬件出問題,就報(bào)警并重新初始化設(shè)置;在硬件正常的情況下,等待信息處理節(jié)點(diǎn)傳輸過來的采集命令,然后采集信息并傳輸回去。

        4 結(jié)束語

        該系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集到顯示存儲(chǔ)的功能,利用CAN總線的技術(shù)特性,減少了系統(tǒng)的線束,解決了眾多節(jié)點(diǎn)之間的通信問題,可動(dòng)態(tài)增加或刪除節(jié)點(diǎn),適用于不同型號(hào)的汽車[5]。實(shí)踐應(yīng)用表明:系統(tǒng)在汽車上運(yùn)行穩(wěn)定,數(shù)據(jù)通信狀況良好,抗干擾能力強(qiáng),出錯(cuò)率極低。

        【1】王保華,楊正才.基于ARM及CAN總線的汽車行駛記錄儀的開發(fā)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2009(4):27-28.

        【2】中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 19056-2003汽車行駛記錄儀[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

        【3】袁淑娟,陳仁文.CAN總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,4(3):235 -239.

        【4】徐華.DSP內(nèi)嵌式CAN控制器的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào),2002,12(3):10 -12.

        【5】史久根,張培仁,陳真勇.CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)大學(xué)出版社,2004.

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