（检测技术与自动化装置专业论文）车载黑匣子系统研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 本文以车载黑匣子系统为研究对象，深入研究了车载黑匣子系统的设计 与实现。依据结构化与模块化设计思想，文章一丌始就给出了系统的总体设 计，对车载黑匣子系统研制的主要内容、设计要求、技术指标以及车载黑匣 子系统在国内的现状和发展前景都做了简要的介绍。接着对系统的各个组成 模块做了深入的研究。 首先对系统黑匣子模块的设计与实现做了深入的阐述。其中包括器件选 材，各种电平转换电路和硬件电路，在此基础上进行软件编程处理，着重论 述了汽车事故介定过程中的信息处理方法，以及在这一方法中应该注意的问 题。 然后深入论述了系统报警模块。其中包括声光报警装置的结构图，各组 成部分选材以及声光报警装置具体的硬件电路图。在此基础上，给出了不同 报警方式的软件实现。 最后阐述了系统c a n 网模块。其中毫无例外的给出了c a n 网模块具体的 软硬件实现，这是整个系统的桥梁和纽带，至此，黑匣子模块和报警模块在 c a n 网模块的连结下成为一个整体、协调工作。 关键词：黑匣子；模块；c a n 网；通信；传感器 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eb u sb l a c kb o xs y s t e mi st h er e s e a r c ht a r g e ti nm ya r t i c l e ，t h ed e s i g na n d r e a l i z a t i o no ft h eb u sb l a c kb o xs y s t e mw e r et h o r o u g h l ys t u d i e d i nt h el i g h to f m o d u l a r i z a t i o na n ds t r u c t u r i n gi d e a , t h ea r t i c l eg i v e so u tt h ew h o l ed e s i g ns c h e m e o ft h es y s t e ma tf i r s t ，t h e nt h es i m p l ei n t r o d u c eo ft h em a i ns u b s t a n c e 、d e s i g n r e q u i r e m e n t 、t e c h n i q u et a r g e ta l o n gw i t h t h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dt h e d e v e l o p m e n tf o r e g r o u n da th o m eo ft h eb u sb l a c kb o xs y s t e m t h ea r t i c l et h e n s e p a r a t e l yp e n e t r a t ei n t ot h ec o m p o n e n tm o d u l eo f t h es y s t e m f i r s tt h e d e s i g n a n dt h er e m i z a t i o no ft h eb l a c kb o xm o d u l ei s e l a b o m t e e d ，w h i c hc o n s i s to ft h eh a r dm a t e r i a l sc h o i c ea n dt h ec o n c r e t el e v e l c o n v e r s i o ne l e c t r i cc i r c u i ta n dt h eh a r d w a r ee l e c t r i cc i r c u i t o nt h eb a s eo fi t ， s o f t w a r ep r o g r a m m i n gb e g i n s a f t e r w a r d st h ea r t i c l ee x p o u n dt ot h ew a r n i n gm o d u l ew h i c hc o n s i ao ft h e a l a r md e v i c ec o m p o n e n tp i c t u r e s ，t h eh a r dm a t e r i a l sc h o i c ea n dt h eh a r d w a r e e l e c t r i cc i r c u i t o nt h eb a s eo fi t ，g i v e so u tt h es o f t w a r er e a l i z a t i o no fr e l e v a n t a l a r mm e a n s f i n a l l yc a n sn e tm o d u l a ri si n t r o d u c e d ，i th a sn oe x c e p t i o nt og i v eo u tt h e s o , w a r ea n dh a r d w a r er e a l i z a t i o no ft h ew h o l em o d u l a r t h em o d u l a ri sal i n ko f t h ew h o l es y s t e m ，u pt ot h i sp o i n t ，t h eb l a c kb o xm o d u l ea n dt h ew a r n i n g m o d u l ei sc o n n e c t e db yt h ec a n sn e tm o d u l a ra n dw o r kw e l l k e y w o r d ： b l a c kb o x ；m o d u l e ；c a n sn e t ；c o m m u n i c a t i o n ；s e n s o r 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中己 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ： 日期：一年2 月诸日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 1 概述 第1 章系统总体设计 本车载黑匣子系统用传感器采集汽车运行过程中的各种状态参数，通过 模数转换进入单片机，单片机对数据进行处理，一方面将数据存储在扩展的 r a m 中，以便在需要时通过主机的中心处理程序读出数据，对汽车的姿态轨 迹作进一步的分析，另一方面对数据进行判断，如果汽车正处在危险状态中， 如速度过快，发动机过热等，发出报警信号。由于时间和水平的关系，主机 的中心处理程序留待后来者做进一步的补充。黑匣子系统在总体设计中遵循 两个原则：一是开放性原则，在设计时充分考虑系统功能扩展的可能性。二 是模块化思想，即根据系统要求将整体划分为多个相对独立的模块。依据结 构化程序设计思想，本论文中的系统划分为黑匣子模块，报警模块，c a n 网 转换模块( 鉴于c a n 网在现代汽车上的成功运行，本系统采用c a n 网连结各 运行模块) 。所以本文的主要研究内容可以分为以下几个方面： ( 1 ) 黑匣子模块 负责采集汽车运行过程中的各种状态参数，进行数据存储以及判断处理， 这是系统最为基础的部分。 ( 2 ) 报警模块 接收黑匣子模块的指令进行相应的报警，主要包括光报警、声报警以及 声光混合报警，最后再将处理结果回复给黑匣子。 ( 3 ) c a n 网模块 系统通过它来传递信息，它将黑匣子模块和报警模块连结成为一个有机 的整体。 1 2 硬件设计要求 硬件电路是各个模块实现的关键部分，没有硬件电路的支持，软件处理 根本不可能实现。硬件电路要求结构简单，功能尽可能满足要求，工作稳定， 哈尔滨工程大学硕士学位论文 完全能在比较恶劣的环境下工作。在硬件电路设计时应尽可能考虑到与软件 的结合，保证其工作绝对正常。同时硬件电路的抗干扰能力要强，这就需要 看门狗技术来进一步增强系统的可靠性。随着电子技术的飞速发展，电子控 制器向着小型化，智能化方向发展，可靠性是不断提高。单片机由于具有集 成度高，功能强，通用性好，可靠性高，体积小，使用方便灵活等特点，是 自动控制中最为常用的器件。 1 3 软件设计要求 本系统软件设计包括黑匣子模块软件设计、报警模块软件设计以及c a n 网模块软件设计三个部分，黑匣子部分主要内容为信号的采集存储、处理以 及与c a n 网的通信，报警部分包括声报警、光报警以及声光混合报警三种方 式，依次对应不同的汽车危险状态，c a n 网部分主要集中在对c a n 转换器寄 存器的掌握程度上，所以对c a n 转换器寄存器要有一定深度的了解，所有软 件均由5 l 单片机的汇编语言编制。车载黑匣子要求采集能反映汽车运行状态 的非常精确的实时数据，单片机将上述数据信息存于可掉电r a m 存储器中， 采集的数据是汽车在1 秒内的各种状态参数，单片机在1 秒钟内必须完成数 据采集并完成数据处理，要求保持车停前和事故发生前5 分钟的最新数据。 黑匣子初始化时记载汽车的性能状况，包括车的出厂日期、型号、车的牌照 号等，并能记载车出事故后中心处理时读取次数和日期。单片机与p c 机通信 要稳定并且尽可能减少通讯数据错误和数据的丢失，通信尽可能要加上校验。 交通部门为黑匣子写年检时，要求先通过密码的鉴定然后将年检号写入，最 后将年检号和年检日期输出，让用户知道写入是否正确，若不正确就重新进 入系统。读取黑匣子数据时也要输入密码，然后黑匣子才能把存储器的数据 读出，在读数据时加上检验，单片机根据要求以数据包的形式发送数据包， p c 机收到数据包后先判断是不是要收的数据包，如果单片机发的数据不对， p c 机就发个命令要求单片机重新发这一包数。 1 4 车载黑匣子系统的研制的主要内容和意义 车载黑匣子利用传感器采集非常精确的实时数据，单片机将上述数据信 哈尔滨工程大学硕士学位论文 息存于可掉电r a m 存储器，供以后的中心处理系统进行车体姿态轨迹回放、 运行速度统计分析、各种车灯及车的报警信号在汽车行进中的状态分析、离 合器和车的电气故障情况的分析、酒精含量采集、档位采集和刹车记录的分 析，包括将车辆运行轨迹在电子地图上回放显示，运动速度分析和超速查询、 违规分析。车辆事故分析以慢速形式重现发生事故时汽车的运行。本系统要 求保持车停前和事故发生前5 分钟的最新数据，并要求黑匣子能处理一些事 故行为并对此做出相应反应，为车辆的检修和事故的责任鉴定提供有力的帮 助。 1 5 车载黑匣子系统的研制在国内的现状和发展 早在十多年前，我国就有几家汽车制造厂家和几所高校对车载黑匣子进 行探讨性的研制，但还没很好的产品推上市场。“伟航”公司把车载黑匣子推 上了市场，因此研制出经济实用、物美廉价的受人欢迎的产品具有很重要的 意义，据报道，重庆某区公交车已部分装上了汽车黑匣子。车载黑匣子系统 的研制仍然还很不成熟并且生产出的产品在目前竞争力不强，研制出物美价 廉的产品在国内具有无限的商机和广阔的前景。 1 6 本章小结 本章首先介绍了系统的基本要求和所要实现的基本功能，从而提出了系 统的总体设计方案，然后对车载黑匣子研制在国内的一些基本情况作了简单 的介绍。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章系统黑匣子模块 2 1 硬件设计选材 2 1 1 电源电路器件选择 由于汽车电瓶一般为+ 1 2 v ，并且由于汽车电瓶给系统供电时电压极不稳 定，再加上强大的电磁( 如给气缸打火电压有极大变化) 干扰了各芯片，使 之不能稳定地提供+ 5 v 的电压，因此选用7 8 0 5 芯片进行电压转换。1 2 v 转换 之前用1 “f 的电解电容来滤波，7 8 0 5 将1 2 v 转换成5 v 后也要滤波用2 2 f 和一个0 1uf 普通电容，从而达到d c d c 变换。其中7 8 0 5 芯片，电路简 单、价格便宜、转换效率高、输入范围宽， 当汽车启动加速时能稳定地提 供电压。 2 1 2 黑匣子处理器、存储器、锁存器和看门狗的选择 本着简化结构、提高可靠性、减少体积、减少成本、经济实用等原则， 本系统单片机采用a t m e l 公司生产的单片机a t 8 9 c 5 2 ，其系5 l 系列单片机， 与8 0 5 1 完全兼容，但它多个1 2 8 r a m 和一个定时器( 2 5 6 r a m 和3 个定时器) ， 并采用8 k 8 位的掉电保护s r a m 和结构功能相当于7 4 l s 3 7 3 但对电路连接非 常方便的7 4 l s 5 7 3 。考虑到单片机处于实际工作时电池和其他干扰造成单片 机的不稳定，并且如果光靠软件“看门狗”( 因为软件看门狗占据一定单片机 的资源，而黑匣子系统定时器和时间资源相对比较紧缺) 是不行的，因为车 上电磁干扰非常强，故采用硬件i m p 8 1 3 看门狗。 由于单片机、7 4 l s 5 7 3 、存储器比较常见其介绍略，下面仅介绍看门狗 i m p 8 1 3 l 。i m p 7 0 5 7 0 6 7 0 8 和i m p 8 1 3 l 等c m o s 监控器能监控电源及电池电压 和up uc 的工作状况。当电源电压降至4 6 5 v 以下，即产生复位。该器件 能提供多种功能。在上电、掉电期间及在电压降低的情况下可产生一个复位 信号。此外，i m p 8 1 3 l 带有一个1 6 秒的看门狗定时器。w d l 一看门狗输入， 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 它控制内部看门狗定时器。w d i 端保持高电平或低电平达1 6 秒可使内部 定时器完成计数，并将面可变为低电平。将而i 悬空或连接一个高阻抗三态 缓冲器将禁止看门狗功能。内部看门狗定时器清零的条件有三种：发生复位； w d i 处于三态；或面可检测到一个上升沿或下降沿。w d o 一看门狗输出。 当内部看门狗定时器超时1 6 秒时，w d o 拉至低电平，并直到看门狗被清 零才变为高电平。此外，当v c c 低于复位门限时，w d o 保持低电平。 w d o 没有最小脉冲宽度，只要y c c 超过复位门限，w i ) o 就变为高电平而没有延迟。 r e s e t 一高电平有效的复位输出。i m p 8 1 3 l 只有一个r e s e t 输出。复位信号用 来按已知状态启动“p uc ，一旦up pc 处于未知状态，就将系统复位。 i m p 8 1 3 l 仅有一个高电平有效的复位输出。r e s e t 仅仅是r e s e t 的补充。当 v c c 小于1 2 伏时，面曩e 亍保证为低电平。在上电期间，面百前保持低电平直 到电源电压升至复位门限以上。在超过此门限后，蕊要丽为高电平大约2 0 0 m s 。 在掉电期间，当v c c 降至复位门限以下时，丽曩厦丁变为低电平，并在v c c 大 于1 2 v 时保证低于0 4 v 。在v c c 降至复位门限电压以下时，即处于降压的 情况下，两翼西亍变为低电平。如果在已开始的复位脉冲期间电压下降，则该 脉冲至少再持续1 4 0 m s 。将丽茹连至丽可使看门狗超时产生复位。当需要 高电平有效的复位时，应该使用i m p 8 1 3 l 。i m p 8 1 3 l 内的看门狗定时器监控l l p “c 的工作。如果在1 6 秒内未检测到其工作，内部定时器将使看门狗输 出v i d o 处于低电平状态。w d o 将保持低电平直到在w d i 检测到up uc 的工 作。如果将w d i 悬空或连接到一个三态电路，看门狗的功能则被禁止，即被 清零且不计数。如果产生复位信号，看门狗定时器也会被禁止。当复位信号 无效且w d i 输入检测到短至5 0 n s 的高电平或低电平跳变时，看门狗定时器将 开始1 6 秒的计数。w d i 端的跳变会复位看门狗定时器并启动一次新的计数 周期。一旦电源电压v c c 将至复位门限以下，w d o 也将变为低电平并保持该 状态。只要v c c 升至该门限以上，w d o 就变为高电平。对于w d o 不存在小 脉冲宽度，因为它是对于复位输出而言的。如果w d i 悬空，w d o 将有必要作 为一个低功耗输出指示器。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 1 3 电平转换器的选择 单片机的电平采取的是t t l 电平( o 一0 2 为逻辑“0 ”，2 5 v 为逻辑“1 ”) 而r s 一4 8 5 收发器6 5 l b c l 8 4 规定+ o 2 为逻辑“0 ”，而一0 2 为逻辑“l ”，r s 一2 3 2 标准规定逻辑“o ”为+ 5 一+ 1 5 v 之间，逻辑“l ”为一5 1 5 v 之间。 m a x i m 公司的m a x 2 0 0 一m a x 2 1 i m a x 2 1 3 ，m a x 2 3 2 m a x 2 3 3 ，f f , a x 3 2 2 2 m a x 3 2 2 3 系列接收发送在r s 2 3 2 通信接口中日益得到广泛应用，他们具有功耗低，工 作电源由单电源的，也有多电源的，波特率高达1 2 0 k p s ，外接电容o 卜1hf 可选，具有多种封装形式，接收器输出为三态t t l c m o s 等优越性，m a x 2 3 2 c p e 为双组r s 2 3 2 接收发送器，工作电源为+ 5v ，0 1uf 的电容，其市场价格低， 主要由三部分组成：电压倍增器，r s 2 3 2 发送器，r s 接收器。 r s 2 3 2 发送器的输入t t l c m o s 电平，当m a x 2 3 2 c p e 地工作电压为+ 5 v ， 而r s 2 3 2 接收端负载位5 k 欧，发送器输出电压为8 v 左右。空载时输出电 压从( v _ 卜一o 6 v ) 到v 一之间的变化，m a x2 3 2 c p e 由两个发送器，如只用其中 一个发送器，另一发送器的输入，输出端可以悬空由图可见，发送器内置 4 0 0 k q 上拉电阻，当输入端悬空时，被上拉至v c c ，经反向器，输出端为低电 平，上拉电阻耗电为1 5uf ，所以悬空时的功耗很低。 r s 2 3 2 接收器输入r s 2 3 2 电平，输出t t l c m o s 电平，不使用的接收器输 入，输出端可以悬空，其输入端内置5 k q 下拉电阻，当输入端悬空时被下拉 至地，经反向器输出端为高电平，如图2 1 所示。 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 壶i 1 1 t 1 珂 司口耋 r 一 1 4 b 。 【0 他矧 甲参卜一 毯 71 舡仅厅 扬 1 3 。j 蠲由 _ n 棚】雠 厂、1 l 8 咖 吐 图2 。1r s 2 3 2 电平转换图 2 2 硬件电路的具体设计 2 2 1 单片机的电源系统 单片机的工作电压时+ 5 v 而汽车电瓶提供的电压是+ 1 2 v 故存在d c d c 的 电源转换，并且由于汽车电瓶给系统供电电压极不稳定和强大的电磁( 如给 气缸打火电压有极大变化) 干扰各芯片能稳定的提供+ 5 v 电压，因此选用7 8 0 5 和几个滤波电容和稳压管。从而达到d c d c 变换。如图2 2 所示 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图2 2 单片机电源系统图 2 2 2a t 8 9 c 5 2 存储器扩展 黑匣子模块中用传感器采集数据并将数据存储起来，而a t 8 9 c 5 2 不能满 足要求，故要扩展存储器。单片机采集1 3 个字节数据要求最少记录5 分钟并 且掉电能保存，故选择8 k * 8 d a l a s 生产的s r a m 。存储器扩展如图2 3 所示。 图2 3a t 8 9 c 5 2 存储器扩展图 哈尔滨工程人学硕士学位论文 2 2 3a t 8 9 c 5 2 复位和晶振连接 电路如图2 4 所示。 引 睦一 萋 图2 4a t 8 9 c 5 2 复位和晶振连接图 2 2 4 看门狗i m p 8 1 3 的使用与单片机系统的稳定性 w a t c h d o g 俗称看门狗，起看守仪表正常运行的作用，它主要用于当干扰 而引起“飞程序”的故障时，通过复位使系统正常运行，工作原理是：当程 序正常运行时，如p 1 1 端每隔2 5 m s 输入一个负脉冲，其输出总为负电平， 当程序出现死循环时，p 1 1 不能正常输入脉冲，如果越过看门狗的定时脉冲 周期( 1 6 s ) ，r e s t 将产生一个负脉冲式单片机复位，从程序从头运行。这 里看门狗主要是防止单片机工作在不稳定状态而让单片机复位。这样单片机 在比较恶劣的环境下也能较正常的工作。看门狗的用法是利用单片机的某个 口的一个引脚如p 1 0 来喂狗，p 1 0 在一定时间来一脉冲，时间不得大于看 门狗定时周期，如果大于此时间，则看门狗产生一个复位信号从而使单片机 从头丌始执行程序。工作原理如图2 5 、图2 6 所示。 哈尔滨工程人学硕士学位论文 p 1 0 可订= = i 图2 5 看门狗时序图 m l p 1 0 2 瑚1 3 p 1 2 i ：i o p13工呻1 p 珈2 18 7 i ： 5 l 砷3 ，帆，唧 n i o ( i , 1 8 。j 、肥cl 卫证， 7 广r i王q了p0j 置e 妞ip 0 g 船司3g n d 眦 1 0 p 0 7 i l 置皿 e 1 2 z ，口) e 丸 腰- 砸库帕 器 刀置1 0 l 卫i i 1 工正驴 1 2 1 n a ； a 3 1 5 t 0p 司 i lp i 了 赶 t 旺p 2 i ：dp 2 j h i - 1 8 琵zl 崆3 l 崆2 1 9 ) al 哇l l 哩0 图2 6 看门狗工作原理图 1 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 5 黑匣子单片机与p c 机及其它单片机通信电平转换 m c 9c l 叫hh h o i lc 骥ii i i l 卜c 3 勰2 黜巨 图2 7r s 2 3 2 电平转换电路图 m 匿 图2 8r s 4 8 5 电平转换电路图 1 l m埘m槲m郴 啪 脚唧m州础m瑚m孙 m珊聃肌”nn址 啦 m 一hhn一一uj一一 埔一 珀 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 6 传感器简介 传感器是一种装置或器件，它的一个定义是：能够感受规定的被测量并 按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换 元件组成。当今的社会是信息化的社会。信息化的社会离不开科技的发展。 高科技的发展伴随着电脑、各类智能仪器、机器人越来越广泛的应用。然而 智能仪器、电脑、机器人并不能感受机识别外界的信息，他们都需要必不可 少的感觉器官。而充当他们感觉器官的就是传感器。传感器很像人体的五官， 能感受外界的各种刺激，并做出及时的反映。因此传感器又被人们称作“电 五官”世纪上，目前一些传感器已经超出人类五官所能感知信息的功能。 如果没有传感器对原始的各种数据进行紧缺可靠的测量，无论是信息转 换、信息的处理、还是最佳数据的显示与控制，都将成为一句空话。可以毫 不夸张的说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的监测和控制系统。 近代微电子技术和计算机技术为信息的转换和处理提供了极其完善的手段， 现代监测和控制系统正经历着重大的变革。但是如果没有各种传感器器监测 大量原始数据并提供信息，那么电子计算机也无法充分的发挥其作用。迅速 发展的微处理技术，推动和影响着其他技术领域的变革。把微处理技术引入 传感器，可以时传感器实现过去实现不了的功能，具有智能本领。 2 3 软件设计 2 3 1 程序流程图 如图2 9 所示。 哈尔滨二【：程人学硕士学位论文 图2 9 黑匣子主程序框架图 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 3 2 黑匣子系统单片机初始化 初始化包括车一些信息，如车的车型号、出厂f | 期、生产日期、车的牌 照号、放动机型号、年检号、年检密码、读黑匣子密码。这为读取黑匣子数 据，准确掌握是否是这辆车上的黑匣子提供有力的保证。 2 3 3 信号的采集存储 需要采集的原始数据包括速度、酒精含量、档位、方向盘、油位、车轮 与车体央角等模拟量，刹车、安全气囊、发动机、前后左右车灯、离合器、 a b s 等数字量。所有信号用传感器采集后经模数转换器进入单片机。 2 3 4 信号处理 信号的处理主要是用已有的数据来判断汽车是否处在危险状态中或者发 生了事故。由于本黑匣子系统为低成本型，本系统使用的器件较少，因而也 只有有限的数据资源及用软件的方法来为事故判断服务。但如果轿车上装有 安全气囊爆炸装置，那么判断事故的发生将是十分的简单，因为一旦安全气 囊爆炸，绝大多数情况就是发生事故。此时，为了判断事故的发生，只需判 断安全气囊爆炸装置里的传感器是否发出了信号。因为安全气囊爆炸装置现 已是一项很成熟的技术，其可靠性足以满足要求，而且利用安全气囊爆炸装 置能大大减少黑匣子系统的复杂度和成本。 由于以上事实的存在，本人在设计黑匣子系统的单片机程序时至少考虑 了这两方面的情况。本人首先判断安全气囊爆炸装置发出的信号。这对于装 有安全气囊爆炸装置的轿车有效。程序如下： ；主程序的其他部分 ；1 ： 检查安全气囊爆炸装置是否发出信号 m o va ，5 1 h ；5 1 h 单元的第一位表示气囊爆炸信号 a n la ，t t 0 1 h j n z d 1 ；气囊爆炸 l j m pd 2 哈尔滨： 程大学硕十学位论文 d 1 ：l j m pb r e a k d 2 ：n o p ；主程序的其他部分 接着本人用软件来处理数据，并利用诸如刹车状态、加速度及车体角度 等各种可以利用的数据来判断事故的是否发生。 1 ) 首先判断车体倾角。如果车体倾角不小于9 0 度时，判断车子翻，从 而进入事故处理程序。以防有这样一种情况，车子已经翻了，车速必然为0 ， 但发动机还转。 ；2 ：检查是否翻车 m o va ，5 5 h ；5 5 h 单元为车体倾角数据 a n la ，# 7 f h ；取绝对值 c l rc s u b ba ，# 9 0 d ；判断车体倾角是否不小于9 0 度 c p lp 1 7 j c d o n e x t l ；没有翻车 l j m pb r e a k：翻车 接下来是判断加速度。本人根据各种赛车游戏的“经验”，总结出判断有 关加速度的事故。范围图如下： 图2 1 0 事赦范围围 分别说明如下： 当加速度大于( 负的) 6 0 ( 公里d , 时) 时，不管车子是否刹车，肯定有 撞车事件发生，因为正常刹车不可能达到这样的加速度； 1 5 哈尔滨释丈学硕士学位论文 3 ：检查加速度是否大于6 0 ；接前面的判断 m o va ，o f l h ；f 1 h 为此时的车速 c l rc ；f o h 为上次的车速 s u b ba ，o f o h ；现在a 是车的加速度了 j n c d o n e x t ；车速没有下降，不用再作相关判断c l rc ；车速下 降，进一少判断 a n la ，# 7 f h ；取绝对值 m o vr 5 ，a；把a 的值存在r 5 中 s u b ba ，# 6 0 ；计算加速度 j c d o n e x t ；加速度 6 0 ，撞车事故发生 d o n e x t ：n o p ；继续其它操作 而加速度小于6 0 时，要分别处理刹车和不刹车的状态。根据经验，如果 是不刹车，当加速度在6 0 到2 0 之间时，撞车事件必然发生，因为上坡的自 然减速不可能达到那么大； 4 ：检查加速度是否在2 0 与6 0 之间 m o v a ，r 5；r 5 存有原来的加速度 c l rc s u b ba ，# 2 0 j c n a t u a l ；加速度 2 0 ，转n a t u a l n o p ； m o v a ，5 1 h ； 5 1 h 的第二位为刹车信号 a n la ，# 0 2 h j n zb a k _ y e s l；加速度( 2 0 a 6 0 ) + 刹车 l j m pb r e a k ；加速度 ( 2 0 3 0 ) ，刹车并且方向盘乱转 n o t l ：m o vr 0 0 e 1 h m o vo e o h ，r o m o vr o ，o e 2 h m o vo e l h ，r o m o vr o o e 3 h m o vo e 2 h ，r o m o vr o ，o e 4 h m o vo e 3 h ，r o m o vo e 4 h ，# o o h 最后是检查车是否停了。但不能只简单地靠车速为0 来判断车是停 了，因为有可能是车速为0 但发动机还在转，即车只是暂时停而己。而一旦 发动机转速为0 ，车必然停。 6 ：检查是否车停 m o vr 6 ，5 3 h ；5 3 h 为发动机转速的高位 m o vr 7 ，5 4 h ；5 4 h 为发动机转速的低位 c j n er 6 ，# o o h ，n e x t 3 3 c j n er 7 ，g o o h ，n e x t 3 3 l j m pc a rs t o p；发动机转速为0 n e x t 3 3 ：n o p 2 3 5 单片机与主机通信协议 1 波特率设置为9 6 0 0 b s 。 2 通信格式为每帧1 1 位的异步通信格式 3 数据帧格式 1 8 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 通常的单片机系统的通信形式是上位机在和下位机通信时，由上位机先 点下位机的名，下位机应答，一切正常后，上位机再发命令使下位机发数据。 这种形式虽然有命令和数据较容易区分，可靠性高的优点，但其需要过多的 来回“握手”，消耗时间，而本汽车智能系统需要在很小的时间间隔内采集完 数据，并完成数据的传输和存储，故以上所说的通信格式不能满足要求，必 须采用新的通信格式。在本汽车智能系统中，我们采用了类似i n t e r n e t 上报 文形式，制定如下的通信格式： 采用定帧长传输。采用统一的定长的数据帧有利于简化操作，避免各个 下位机及上位机间传输命令和数据时的混乱，提高系统的可靠性。 每帧共1 5 个字节： 数据帧的格式 起始字1 命令字1源址1 宿址1有效字长1信息位n o f f h 命令字： a ) 由系统平台发出： 点名：o m h ( 1 7 7 ) 。 这由上位机在系统起动时执行，以确定下位机是否能正常 工作，只点名一次。 传感器转换命令：o a 5 h ( 6 5 ) 信号采集命令：o c c h ( 2 0 4 ) b ) 由采集分机发出：( 包括黑匣子) 应答：0 5 5 h ( 8 5 ) 。 当上位机点名时，应答，只一次。 采集数据上传标志：0 3 3 h ( 5 i ) 地址分配： a ) 系统平台：o a a h b ) 采集分机：1 一n ( n 待定) c ) 黑匣子：0 5 5 h 哈尔滨工程大学硕士学位论文 d ) 广播式地址：o o h 目标地址 有效字长：说明本信息帧中有几位数是有用的信息 信息位：传感器的各种型号量( 频率量、开关量) 在下传命令时信息位复用为系统时间( 年月同使分秒) 2 3 6 单片机与单片机通信 在本系统中，黑匣子部分与报警部分是相互联系的，它们之间的联系就 是靠单片给与单片机之间的通信来实现。黑匣子数据处理部分对汽车的状态 进行判断，如果汽车处在危险状态中，就通知报警模块报警以便提醒驾驶员。 三种不同的报警方式对应三种不同的危险状态，以便使用者正确区分，速度 过快，通知报警模块进行声报警，油位过低，通知报警模块进行光报警，酒 后驾驶是绝对不能容忍的，酒精含量过高，通知报警模块进行声光混合报警。 数据帧的格式： 起始字1命令字1源址l宿址1有效字长1信息位n o f f h 命令字： 声报警； 2 2 h 光报警： 3 3 h 混合报警：4 4 h 地址分配： a ) 系统平台：o a a h b ) 采集分机：1 哪n ( n 待定) c ) 黑匣子：0 5 5 h d ) 广播式地址：o o h 目标地址 有效字长：说明本信息帧中有几位数是有用的信息 信息位：传感器的各种型号量( 频率量、丌关量) 在下传命令时信息位复用为系统时i n ( 年月日使分秒) 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 4 设计技巧 l 用f 1 h 和f o h 两个单元来存储现在和上次的车速，从而可以实现求 加速度了。在程序的开始处初始化f o h 和f 1 h m o vo f o h ，# o o h ；f o h 单元为上次车速 m o vo f l h ，# o o h ；f 1 h 单元为此次车速 在收完数据，准备作各种处理时，把新数据加到f 1 h 中 m o vr 5 5 2 h；5 2 h 单元为此次车速 m o vo f l h r 5；o f l h 单元为此次车速 在一趟检查结束时，把f o h 和f 1 h 的值往后移一次，为下一次装新的车 速作准备。 m o vr 5 ，o f l h ；把f 1 h 单元的值移到f o h 中 m o vo f o h ，r 5 m o vo f l h ，# o o h ；再把f l h 单元设为o 2 判断方向盘乱转的技巧。用类似上面的技巧，可用5 个单元分别存 储5 次相邻时刻的方向盘角度值，以后可以以每相邻时刻的方向盘角度作差， 以判断方向盘是否乱转。使用时，先在程序开始处初始化这5 个单元。 m o vo e o h ，# o o h；e o h 为前第4 次的方向盘角度 m o vo e l h ，# o o h ；e 1 h 为前第3 次的方向盘角度 m o vo e 2 h ，# o o h；e 2 h 为前第2 次的方向盘角度 m o vo e 3 h ，# o o h；e 3 h 为前第1 次的方向盘角度 m o vo e 4 h ，# o o h ；e 4 h 此次的方向盘角度 在收完数据，准备作各种处理时，把新数据加到e 4 h 中， m o va ，5 6 h ；5 6 h 为此次的方向盘角度 m o vo e 4 h ，a 在一趟检查结束时，把5 个单元的值往后移一次，为下一次装新的方向 盘角度作准备。 n o t l ：m o vr o ，o e l h m o vo e o h ，r o m o vr o o e 2 h 哈尔滨工程大学硕士学位论文 m o vo e l h ，r o m o vr o ，o e 3 h m o vo e 2 h ，r o m o vr o ，o e 4 h m o vo e 3 h ，r o m o vo e 4 h ，# o o h 3 保存d p t r 的值的技巧。黑匣子系统要求当车子发生事故时，保存好 事故前的数据，于是要求以后在车子又起动时，所要存的新数据，、r nn 。e , 在保存 事故数据后的位置开始存。因此需要记录这个位置。本人用s r a m 的一个特定 单元来专门存储系统起动时的d p t r 值。每次系统起动时，都从此处取d p t r 的初始值。 m o vd p t r ，# i n i t d p t r m o va # 0 0 h m o v ca a + d p t r m o vr 0 a m o va # 0 1 h m o v ca a + d p t r m o vr 1 a m o vd p h r o m o vd p i ，r 1 ：r o = d p h r i = d p i 但要首先在初始化程序中使其为0 ，这样保证初始时d p t r 从0 开始。以 后发生事故时，把那时的d p t r 值存在此位置。 m o vr 2 ，d p l m o vr 3 ，d p h m o vd p t r ，# i n i t d p t r m o va ，# o o h m o v ca ， a + d p t r m o vr o ，a；r o = d p h m o va # 0 1 h m o vca ， a + d p t r 2 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 m o vr 1 ，a ；r i = d p i m o vd p h r o m o vd p i ，r 1 m o va ，r 3 m o v x d p t r ，a t n cd p t r m o va ，r 2 m o v x d p t r a 4 对s r a m 的写保护。如果不对s r a m 作写保护，则有可能发生这种情况， 突然来某种干扰，使误写s r a m 。这是不允许的。为此，可改变一下一般的s r a m 控制方法，原来s r a m 是始终选中的，现用p 1 0 和一个低电平的与逻辑来控 制s r a m 。在未要写s r a m 时，s e t bp 1 0 来锁上s r a m ，这不管什么数据都写 不进s r a m 了；当要写s r a m 时，c l rp 1 0 即可，而且一写完就马上关上s r a m 。 5 应答程序中的技巧即m o v c 的使用技巧 m o vd p t r ，# r e p l y ；本人在程序的开始处设了以 g o vr 7 ，# o f h ；r e p l y 为始址的一个数据区 c l rp 3 0 ：s e n dr s 4 8 5 m o vr 1 ，# o o h a g a i n l ：m o va ， r 1 ；使用这种方式，省去直接发 m o v ca ， a + d p t r ；应答数据的麻烦 m o vs b u f ，a ；以后要改动要发送的数据 j n bt i ，$；也方便了 c l rt i i n cr 1 c p lp 1 7 d j n zr 7 ，a g a i n l l j m pn e x t l 6 三中取二的技巧，提高可靠性。 例如，本人在读卡程序中，在判断是发下一数据帧( 用3 个“o o ”表示) ， 还是重发上一数据帧( 用3 个“f f “表示) ，或者还是取消读卡操作( 用3 个” 2 3 啥尔滨。r 程大学硕士学位论文 从“表示) ，这三种情况时，只要能在这个命令帧中能检测到两个所期望的值 时，就认为所期望的事情发生。 命令格式3 $ ”0 0 ”= 发下一个数据帧；3 ”f f ”= 重发上一个数据帧； 3 ”a a ”= 3 取消操作； c h c h ：j n br i ，$ c l rr i m o va ，s b u f c j n ea ，# o f f h ，c h c h m o vr 4 ，# 0 3 h ；检查三次 m o vr 5 ，9 0 2 h ；要收到“0 0 ”的最少个数 m o vr 6 ，# 0 2 h；”f f ” m o vr 7 # 0 2 h：”a a ” a g a i n c h ：j n br i ，$ c l rr i m o va ，s b u f c j n ea ，g o o h ，c h a g a i n ；至少收到两次“0 0 ”才为发 d j n zr 5 ，t 2；下一个数据帧的命令 l j m po k：跳到发下一数据帧的程序段 c h a g a i n ：c j n ea ，# o f f h ，c h c a n c l e d j n zr 6 ，t 2 j m ps e n d a g a i n ；跳到重发程序段 c h c a n c l e ：c j n ea ，# o a a h ，t 2 d j n zr 7 ，t 2 l j m pa d c a n c e i；跳到取消操作程序段 t 2 ：d j n zr 4 ，a g a i n c h：最多进行3 次循环检测 7 使用校验和s u m 时的技巧。 m o vs u m ，# o o h ；初始化s u m = o c l rc ； g g ：m o va ，# o f f h m o vr 1 ，a ；不能简单使用a d ds u m ，a ，4 哈尔滨_ 1 ：程大学硕士学位论文 m o v a ，s u m；来实现校验和，而必须 a d d c a ，r i；用此程序所示的方式实现 m o v s u m ，a m o v a ，r 1 8 在出现d p t r 的值不在页内的情况的，即出现“跳转出范围”的编 译错误提示时，要适当改变句子，如用l j m p 代替。 c p lp 1 7 m o v a ，d p h c f f n ea ，# 1 e h ，r r l ：不能以n e x t r 代替r r m o v a ，d p c j n ea ，# f 4 h ，r r l； u m p s e n d n e x t ；数据己发完，作其它事 r r l ：l j m p n e x t r 9 在读卡程序的循环发送中，判断重发的技巧。 用r 2 ，r 3 保存上一次数据帧的d p t r 值，并已在读卡程序头初始化它们 m o vd p t r ，# 0 0 0 0 h ： 初始化r 2 ，r 3： m o vr 2 ，d p h ；r 2 = o o h = d p h m o vr 3 ，d p i ；r 3 = o o h = d p i 以后，在要重发时，有它们恢复d p t r 的值； s e n d a g a i n ：m o vd p h ，r 2 ；因此重发时，只需用它们来恢复 m o vd p i ，r 3 ；原值即可 接着是发下一数据帧的程序段在发下一个数据帧时，更新它们。 m o vr 2 ，d p h m o vr 3 ，d p i 2 5 常有错误 o r g0 0 0 0 h p a s s w o r d ：d