汽車行駛記錄儀是對車輛行駛速度、時間、里程及有關(guān)車輛行駛的各種狀態(tài)信息進行記錄、存儲并可通過接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。
    汽車行駛記錄儀的使用具有以下作用和社會效益：減少交通事故，提高行車安全，更好地保障社會群眾及乘客生命財產(chǎn)安全；改善交通環(huán)境和緩解交通壓力，規(guī)范駕駛員駕駛習慣，促進駕駛員文明駕駛的進程；建立車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，為交通事故提供法律依據(jù)；規(guī)范交通警察執(zhí)法范圍和文明其執(zhí)法行為，提高其執(zhí)法水平、效率和公正性；維護各方利益，記錄儀記錄證據(jù)以分清肇事責任的歸屬，可作為保險部門進行理賠的輔助工具。
    本系統(tǒng)根據(jù)汽車行駛記錄儀的國家標準和運營客戶的實際需求，在不增加汽車行駛記錄儀系統(tǒng)軟硬件資源的基礎(chǔ)上，增加了GPS模塊和CAN模塊功能，使汽車行駛記錄儀具有記錄GPS數(shù)據(jù)信息的功能；利用管理軟件GIS軌跡回放功能實現(xiàn)運營車輛運營路線監(jiān)督；CAN接口功能與發(fā)動機動力總線相連接，實現(xiàn)實時油耗測量。本系統(tǒng)的實現(xiàn)，為商用車運營公司監(jiān)控運營車輛提供了一種有效手段，可實現(xiàn)運營車輛安全監(jiān)督和運營管理的有機結(jié)合。
1 系統(tǒng)方案設計
    整個系統(tǒng)設計方案結(jié)合汽車行駛記錄儀、GPS模塊、CAN模塊等系統(tǒng)和功能，采用一個ARM7內(nèi)核的MCU[1]實現(xiàn)。
    圖1為基于ARM帶GPS功能汽車行駛記錄儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

    MCU采用NXP公司ARM系列的LPC2362芯片，它是以ARM7為內(nèi)核且外圍資源豐富的產(chǎn)品，適用于要求高性能和低功耗結(jié)合的嵌入式應用中。其中USB HOST和隔離RTC功能很好地滿足了汽車行駛記錄儀的設計需求，增加GPS和CAN模塊不需要增加系統(tǒng)軟硬件資源，有很好的性價比。
2 系統(tǒng)硬件設計
    系統(tǒng)硬件設計在滿足記錄儀功能的基礎(chǔ)上增加了GPS、CAN功能，電源設計采用主輸入電源不隔離，采用EMI處理，其他與車輛關(guān)聯(lián)的輸入輸出接口采用光電隔離的方法，滿足汽車行駛記錄儀電磁兼容性和產(chǎn)品成本有較好的性價比，使產(chǎn)品既滿足國家標準的要求，又有很好的成本優(yōu)勢。電源EMI處理和電源設計結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    信號采集和輸出模塊是基于ARM帶GPS功能汽車行駛記錄儀系統(tǒng)和車輛信息交互模塊，信息量包括車速、發(fā)動機速度、10路開關(guān)量信號、里程和報警。在信號采集設計時，以運算放大器為采集單元，用比較器工作原理和方法實現(xiàn)采集。這樣既保證了輸入阻抗高，不影響車輛上其他電子設備，又使比較器通過匹配不同電阻獲得不同的比較電壓，滿足不同車型不同信號的電平匹配，輸出采用光電耦合來實現(xiàn)。
    鍵盤采用4個按鍵，結(jié)合LCD顯示模塊，用中文菜單實現(xiàn)人機接口操作，LCD采用超低溫的12232點陣，滿足汽車復雜工況環(huán)境要求。
    ISP下載采用UART0實現(xiàn)，由于有硬件看門狗和低功耗功能，在ISP下載時，利用跳線屏蔽硬件看門狗和借用系統(tǒng)電源給UART0收發(fā)器供電，實現(xiàn)在線ISP功能。
    本系統(tǒng)設計一種硬件組合載體和軟件數(shù)據(jù)儲存方式，利用小容量鐵電數(shù)億次擦寫次數(shù)儲存擦寫頻率高的數(shù)據(jù)和作為數(shù)據(jù)緩存，利用大容量DATAFLASH作為數(shù)據(jù)的最終儲存體，這樣既滿足了系統(tǒng)需求，又降低了系統(tǒng)成本。系統(tǒng)儲存功能框圖如圖3所示。

    系統(tǒng)和管理軟件有大量數(shù)據(jù)交換，為了方便用戶設置和上載下位機數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設計了接觸智能卡模塊與下位機進行數(shù)據(jù)交換。針對有大容量數(shù)據(jù)和小容量數(shù)據(jù)的特性，從性價比出發(fā)，智能卡模塊采用2種卡作為數(shù)據(jù)交換媒介，一種是128 B的24C01卡，采用IIC數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；另一種是4 MB的AT45DB041卡，采用SPI實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。既能實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換功能，又能節(jié)約系統(tǒng)成本。智能卡設有電源管理模塊，結(jié)構(gòu)框圖如圖4。

    系統(tǒng)采用TRIMBLE的GPS模塊實現(xiàn)GPS功能，TRIMBLE的GPS模塊有串口A和串口B 2路信息輸出通道。串口A直接和MCU模塊串口2相連接，實現(xiàn)MCU模塊定位信息的接收；串口B通過SPX3232一路電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成標準的RS232電平輸出，為系統(tǒng)留一路定位信息輸出。GPS模塊設計了主動天線和天線檢測電路，實現(xiàn)天線短路、正常、開路的檢測，電源管理模塊控制GPS模塊的電源。GPS功能框圖如圖5所示。

    系統(tǒng)時鐘采用LPC2362獨立電源的RTC，采用車輛電源和備用電池供電，通過SP609實現(xiàn)電源自動切換。車輛電源正常時，采用車輛電源供電，否則，采用備用電池電源。電池電壓由LPC2362的A/D轉(zhuǎn)換后監(jiān)控，并給出電池電壓過低報警提示。另外，SP609帶有硬件看門狗功能，通過74HC01或門實現(xiàn)硬件看門狗和低功耗共存。當MCU模塊控制腳輸出為低時，74HC01輸出由SP609的RESET控制，實現(xiàn)硬件看門狗；當MCU模塊控制腳輸出為高時，74HC01輸出為高，MCU的RESET為高，實現(xiàn)低功耗MCU不復位。圖6是時鐘和硬件看門狗功能框圖。

    CAN模塊功能由LPC2362帶的2路CAN實現(xiàn)，通過外加隔離收發(fā)器，實現(xiàn)CAN功能。其中，一路配置成低速CAN，連接車輛低速CAN總線；另一路配置成高速CAN，連接車輛高速CAN總線，通過CAN功能模塊系統(tǒng)既能獲得發(fā)動機信息，實現(xiàn)油耗監(jiān)控，又能實現(xiàn)車輛上低速CAN總線和高速CAN總線的數(shù)據(jù)交換。
    目前，大部分記錄儀系統(tǒng)設計有大容量傳輸協(xié)議，多采用單片機+USB HOST驅(qū)動芯片的模式。但這種設計方案有以下不足：成本過高，帶有USB HOST功能的芯片往往價格高，而且外圍擴展所需硬件資源多，一般需要擴展RAM來滿足復雜的USB協(xié)議和大容量傳輸協(xié)議，成本相對高；數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢，選擇單片機的主頻一般不會超過20MHz，而通過外部總線系統(tǒng)和USB HOST接口芯片通信，數(shù)據(jù)交換效率更低。另外，外部擴展RAM也占用系統(tǒng)總線資源，擴展USB HOST和其他附屬硬件時，所占PCB面積大、走線復雜，使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，調(diào)試不方便。LPC2362自帶USB HOST功能，很好地解決這些不足，完全滿足USB 2.0協(xié)議，支持全速傳輸，帶有DMA傳輸模式和電源管理模式，并有獨立的8 KB SRAM，它還具有電源管理和過流檢測功能。結(jié)構(gòu)框圖如圖7。

    汽車行駛記錄儀具有打印功能，本設計采用外接商用打印機，電源采用開關(guān)電源LM2596，其有3 A的電流輸出能力，接口采用UART0實現(xiàn)記錄儀數(shù)據(jù)打印。
3 系統(tǒng)軟件設計
    系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，根據(jù)不同的功能模塊設計相應的軟件，這樣系統(tǒng)有很好的裁剪性。每個模塊軟件驅(qū)動分為底層驅(qū)動和接口應用，整個嵌入軟件采用前后臺系統(tǒng)實現(xiàn)[2]，軟件流程如圖8所示。

    根據(jù)國家相關(guān)法規(guī)標準，商用運營車輛需安裝汽車行駛記錄儀，以加強汽車運營安全管理，而車輛運營主體從自身利益出發(fā)往往需安裝GPS和CAN功能來實現(xiàn)運營線路的監(jiān)控和實際油耗測量，以提高企業(yè)管理手段和效益。本系統(tǒng)從這兩方面出發(fā)，在不增加汽車行駛記錄儀軟硬件的基礎(chǔ)上實現(xiàn)上述功能，解決了運營公司面對的實際問題，降低了終端客戶使用成本，從而提高了客戶安裝汽車行駛記錄儀的積極性，保證了運營車輛運輸?shù)陌踩?，提高了運營效率，降低了運營公司的運營成本。
參考文獻
[1] 周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)應用技術(shù)筆記，北京：北京航空航天大學出版社，2008.
[2] 周立功.深入淺出ARM7-LPC2300.北京：北京航空航天大學出版社，2008
[3] 《汽車行駛記錄儀》起草工作組.GB/T 19056-2003汽車行駛記錄儀實施指南，2003.