基于单片机的汽车行驶状态记录仪毕业设计

基于单片机的汽车行驶状态记录仪毕业设计内容摘要：

仪应能以不大于 0． 2s的时间间隔持续记录并存储停车前 20秒实时时间 对应的车辆行驶速度及车辆制动状态信号、记录次数至少为 10次。 速度记录单位为 km/h，测量范围为 0km/h～ 220km/h，测量分辨率等于或优于 lkm/h。 需要存储的实时数据至少应该包含以下信息 : 驾驶员代码，单独存储，十六进制，占用 3个字节的存储空间。 时间 (年、月、日、时、分、秒 )， 8421BCD码，占用 6个字节。 速度，十六进制，占用 1个字节。 车辆行驶状态数据，十六进制，占用 1个字节。 考虑到时间仅能精确到秒， 所以时间不需要每 200ms记录一次，每 5次 (1秒 )记录一次时间 [11]。 由此得出事故疑点数据的逻辑格式如表 3． 4所示。 表 疑点数据的格式 序号 1 2 3 合计 项目名称 时间 速度 车辆状态 数据长度（字节） 6 1 5 1 5 16 根据疑点数据的逻辑格式，可以计算出每秒事故疑点数据占用 16个字节存储空间。 20秒实时数据所需要的数据空间： 20 16=320(字节 ) (2)行驶状态数据的存储需求 国标规定无论车辆在行驶状态还是停驶状态，记录仪均应能提供实时时间对应的车辆行驶速度信息。 记录 仪应能以不大于 1分钟的时间间隔持续记录并存储车辆在最近 360小时内的行驶状态数据，该行驶状态数据为车辆在行驶过程中与实时时间相对应的每分钟间隔内的平均行驶速度。 速度的单位为 km/h，测量范围为：0km/h220km/h，分辨率等于或优于 lkm/h。 需要存储的行驶数据包含以下几组信息： 驾驶员代码，单独存储，十六进制， 3字节。 时间 (年、月、日、时、分 )， 8421BCD码， 5字节； 速度，十六进制， 1字节； 里程， 8421BCD码， 3字节。 从而可得每一分钟需要记录的历史数据为 9字节。 本记录仪中，总共存储 最近 360小时内的行驶状态数据，因此需要的存储空间为： 360 60 9=194400(字节 )=189． 84375k(字节 )。 另外，还要存储数据的索引、车辆特征系数 (十六进制， 3字节 )、车辆识别代号 VIN(ASII码， 17字节 )、车牌号码 (ASII码， 12字节 )、车牌分类 (ASII码， 12字节 )、驾驶员代码 (十六进制， 3字节 )、机动车驾驶证号码 (ASII码字符， 18字节 )、记录仪主机可识别的唯一性编号及初次安装同期 (8421BCD码， 5字节 )、记录仪每一次下传的日期及时间 8421BCD码， 5字节 )、每一次 上载的日期和时间 (8421BCD码， 5字节 )、每一次车辆特征系数的设定时间 (8421BCD码， 5字节 )等信息。 预计总的数据量将会有 200k字节。 存储方案选择 为方便叙述，事故疑点数据、行驶状态数据分别采用实时数据和历史数据术语。 实时数据存放汽车发生事故前后的数据，主要用于分析事故发生的原因和事故的责任；历史数据存放汽车和司机的行驶状况，作为事故分析的参考依据和对汽车、司机的运行状况考核 [12]。 本记录仪需要存储的数据量较大，记录仪对存储的实时性和可靠性要求较高。 本文设计的记录仪实时数据存储 在铁电存储器中，历史数据存储在数据闪存中。 将实时数据暂存起来，满一页时，再将实时数据传送到历史数据存储系统中，存满 360h数据，然后将其重新覆盖。 (1)实时数据的存储 记录仪不仅要有较大的存储空间，并且要求能够有较快的存取速度，掉电情况下能够对数据进行保存。 为了保证所有采集的数据能够及时的存储，仅使用 Flash存储器是不行的，因为它的擦写速度比较慢，不能按字节进行擦写操作。 在记录仪掉电或单片机任务繁忙的情况下，会造成车辆行驶信息不能及时的存储。 因此，需要扩展一个快速的 RAM器件作为数据缓存。 单片机可以将采 集的数据及时保存在缓存中，在空闲周期内，将成页或成块的车辆行驶数据转存到 Flash存储器中，充分保证记录仪的可靠性。 目前可满足实时数据存储方案的非易失性 RAM主要有普通静态 RAM加电池供电、内部带锂电的非易失性 RAM和新型的非易失性 FRAM铁电存储器三种实现方式。 第一种方案要考虑电池充放电电路、同时要保证电池电量可靠、安装稳定牢固等因素，使得系统复杂度增大、可靠性降低；第二种方案 RAM价格昂贵， 1K字节需要 15元左右；第三种方案 FRAM兼具 RAM的快速写入特性和 ROM的非易失性，没有电池产生的不良因素 [13]。 鉴于上述要求，本系统选用非易失性串行外围接口 FRAM铁电存储器FM25L256，它具有以下显著特点： 工作频率最高可达 25MHz，存储空间为 32K 8bit； 无限次的读写次数； 快速 SPI串行协议，读写数据无延时； 掉电保护，且掉电数据可保持 45年； 先进的高可靠性铁电制造工艺，体积小、抗干扰性强； 完善的软、硬件双重写保护； (2)历史数据的存储 历史数据存储器的选择主要满足存储空间较大、存放数据安全、保存时间较长等特点即可。 嵌入式系统一般不使用硬盘或者软盘作为存储设备，大部分嵌入式系统使用 FLASH存储器来存放数据和代码。 对于大容量的非易失性存储器，通常采用 EEPROM或 Flash型存储器，它们不仅可以在掉电的情况下不会丢失所保存的数据，并且可改写的次数也很大，价格低廉，其中 Flash型器件的擦写速度更快，可擦写次数也比 EEPROM高。 因此本记录仪中用Flash型存储器。 Flash存储器有并行接口方式、 SPI接口方式和 12C接口方式三种。 并行接口方式的 Flash占用过多的单片机 I/O引脚，本文设计的记录仪 I/O资源紧张； 12C接口的Flash只需要两个 I/O引脚就可以实现访问但是其 访问速度比较慢 (400Kbps)； SPI总线接口的 Flash，需要 4个 I/O引脚，其访问的速度可达 20Mbps。 综上所述， FM25L256很适合应用在汽车行驶记录仪这种要求快速频繁写操作的非易失性应用场合； SPI接口的闪存 AT45DB081B适合本记录仪的应用 [14]。 采用铁电存储器与 SPI接口的闪存兼顾按字节快速写入速度、较大数据存储空间及掉电不丢失数据的需求。 存储器选型 (1)铁电存储器 FM25L256通过 SPI接口与主控芯片通信，在 SCK的上升沿接收数据，在 SCK的下降沿发送数据。 将 FM25L256的 WP脚接高电平、状态寄存器设置 为 O O，不采用硬件写保护，这样就可以对所有存储空间进行写操作。 而且对 FM25L256进行操作之前，必须向其传递一个操作代码，以指示 FM25L256现在进行的是什么操作。 汽车行驶记录仪实时数据存储模块的电路连接如图。 图 实时数据存储电路 表 FM25L256引脚功能介绍 引脚符号 功能介绍 引脚符号 功能介绍 /CS 芯片选择输入端 SI 串行输入端 SCK 串行时钟输入端 SO 串行输出端 /HOLD 保 持输入端 VDD 电源（ ） /WP 写保护输入端 VSS 接地端 (2)闪速存储器 AT45DB08lB是 ATMEL公司推出的一款基于 Flash技术的大容量数据存储器，采用 2． ，管脚 (SI、 SCK、 /CS、 /RESET、 /WP)支持 5V输入，允许直接 5VTTL或 COMS电平信号相联接，并且与之兼容； AT45DB081B的最大时钟频率可达 20MHz；在系统编程比较简单，不需要高电压。 AT45DB081B的存储结构分为主存储区、两个缓存区及一个状态寄存器。 主存储区容量为 8,650， 752位，被分成 10段、 512块和 4096页三个等级，每页 264字节。 AT45DB081B有段、块和页三种操作方式，相关操作包括读操作指令、编程擦出指令 两部分。 编程操作是基于页的，可实现对字节的读操作，不支持单字节的写操作：支持页写、页擦除操作，擦除操作则可以按块或页进行。 由于 MC9S12D64内嵌 1个 SPI模块，所以 AT45DB081B的硬件电路容易实现，只需将二者对应管脚相连即可。 WP为写保护引脚，如果将其置低，则 AT45DB081B中存储器的前 256页被写保护。 如果要对其执行写操作，必须 使 WP为高。 WP引脚在芯片内部拉高，如果不使用写保护功能该引脚可以悬空。 为了提高 AT45DB081B的可靠性，/WP端接电源，允许写。 当 AT45DB081B的 CS由高变低时，芯片启动一次操作，而当CS由低变高时，终止操作。 这时 SI上的任何数据都被忽略， SO处于高阻态 [15]。 AT45DB081B的接口电路如图。 图 历史数据存储电路 表 AT45DB081B引脚介绍 引脚符号 功能介绍 引脚符号 功能介绍 /CS 片选端 /WP 写保护输入端 SI 串行 输入端 /RES 复 位端 SO 串行输出端 /RDY/BUSY 就绪 /忙 SCK 串行时钟输入端 VCC 电源 GND 接地 驾驶员身份识别 国标规定记录仪应能实现驾驶人员身份记录功能，应能记录驾驶员代码和公安交通管理部门核发的机动车驾驶证证号。 lC卡是汽车行驶记录仪的重要组成部分，主要用于驾驶员身份识别和存储汽车的基本数据，例如放驾驶员代码和驾驶证号码[16]。 驾驶员在开车之前插入 IC卡，直到离开时将 IC卡拔出，在此期间存储的驾驶记录均由该驾驶员产生。 设计方案的选择 目前汽车行 驶记录仪采用的驾驶员身份识别方式主要有：直接输入识别、非接触式 IC卡识别以及接触式 IC卡识别。 方案一：直接输入式识别。 顾名思义就是直接通过按键，输入驾驶员的信息资料来确认身份。 最常见的是输入与驾驶证号码唯一对应的驾驶员代码和密码，从而实现驾驶员身份的识别。 直接输入识别方式开发简单，可靠性较高，但也存在着占用 CPU引脚多，增大记录仪体积等缺点。 方案二：非接触式 IC卡识别。 其读写过程通常由非接触式 IC片和读写设备间的无线电波来完成。 非接触式 IC卡识别方式操作过程简单，但是抗干扰能力相对较弱，且成本较高。 方 案三：接触式 IC卡识别。 CPU一旦探测到有 IC卡插入则通过卡的 I/O口读取数据，接着进行程序的判断处理。 当确定为合法的 IC驾驶员卡后，再按照协议读取驾驶员信息。 接触式 IC卡存储量大，读写机构造价便宜，维护方便 [17]。 综合考虑，此设计采用方案三 IC卡的方式作为记录仪主机的驾驶员身份识别方案。 IC卡 (Integrated Circuit card)又叫智能卡 (smartcard)。 根据不同的应用领域 IC卡可分为金融 IC卡和非金融 IC卡；从 IC卡的读／写方法上来分类有接触型和非接触型两种；根据 IC卡内部结构 可分为存储卡 (memory card)、逻辑加密 IC卡和 CPU卡 3种。 为了保证驾驶员的信息不被随意更改，选用西门子公司生产的接触式逻辑加密卡 SLE4442. 电路设计 SLE4442提供最小 10万次的擦写次数，数据保存 10年，具备 12C总线接口。 SLE4442存储器主要由 256字节 E2pROM型主存储器、 32位 PROM型保护存储器和 4字节 E2PROM型加密存储器组成。 SLE4442卡读卡器电路如 图 ： IC卡接口电路 表 SLE4442引脚功能介绍 引脚符号 功 能介绍 引脚符号 功能介绍 VCC 工作电压 GND 地线 RST 复位信号 SCL 串行时钟输入 SDA 串行数据输入 /输出 SW2/SW1 卡插入测试端 单片机内嵌一个 12C模块，硬件实现较为简单，只需把。