（车辆工程专业论文）汽车行驶记录仪及后台数据分析软件的设计与实现.pdf

西北工业大学硕士学位论文 摘要 摘要 汽车行驶记录仪是对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他 状态信息进行记录存储并可以通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。 记录仪不仅可以遏止交通违章、约束驾驶员不良驾驶习惯，而且可以有效地预 防道路交通事故的发生，并为执法人员进行事故的分析、处理提供科学、忠实 的原始数据，在交通运输管理中发挥着十分重要的作用。 汽车行驶记录仪数据分析软件是严格按照国 家标准 ( g b / t 1 9 0 5 6 - 2 0 0 3 ) 要 求，对汽车行驶记录仪所记录的原始数据进行分析的软件，通过对汽车行驶记 录仪原始数据读取，可以实现查询、统计、图表生成、参数设置和操作权限管 理等功能。 本文结合汽车行驶记录仪国家标准和陕西省的具体实施规范，阐述了 汽车 行驶记录仪系统的研究和开发过程，主要包括了汽车行驶记录仪后台数据分析 软件和嵌入式u s b主机的设计两个部分。文章首先介绍了项目的总体概况，对 记录仪的系统设计和结构功能作了简要描述，并在此基础上，结合在项目中的 工作经验，着重详述了后台数据分析软件的设计和实现过程，并基于 s l 8 1 1 h s 芯片构建记录仪的嵌入式 u s b主机做了进一步的探讨。汽车行驶记录仪经过试 验测试，工作正常，性能稳定，达到了国家标准要求。后台数据分析软件采用 v i s u a l c + + 开发，图文并茂，界面友好，操作简单方便。 关键词:汽车行驶记录仪;后台数据分析软件;u s b 主机;s l 8 1 1 h s 西北工业大学硕士学位论文 人bs tract abs tract v e h i c l e t r a v e l i n g d a t a r e c o r d e r i s a d i g i t a l e l e c t r o n i c r e c o r d s e t w h i c h c a n c o l l e c t a n d s t o r e v e h i c l e s r u n n i n g v e l o c i t y 、t i m e 、d i s t a n c e a n d o t h e r s t a t e i n f o r m a t i o n r e la t e d , a n d i t c a n t r a n s m i t d a t a v i a i n t e r f a c e . v e h i c l e t r a v e l in g d a t a r e c o r d e r n o t o n l y c a n h o l d o u t t r a ff i c v i o l a t i o n s , r e s t ri c t d r i v e r s b a d d r i v e h a b i t , b u t a l s o c a n p r e v e n t t r a ff i c a c c i d e n t s fr o m h a p p e n i n g , a n d p r o v i d e s c i e n t i f i c , v e r i t a b le o r i g i n d a t u m f o r t i p s t a ff s t o a n a l y z e a n d d i s p o s e o f a c c i d e n t s . i t p l a y s a v e ry i m p o rt a n t r o l e i n t r a n s p o r ta t i o n m a n a g e m e n t . t h e d a t a a n a l y s i s s o ft w a re o f v e h i c l e t r a v e l i n g d a t a r e c o r d e r c a n a n a l y z e o r i g i n a l d a t u m w h i c h a r e re c o r d e d b y t h e r e c o r d e r a c c o r d i n g t o t h e n a t i o n a l s t a n d a r d i t c a n r e a d o r i g i n a l d a t u m o f t h e r e c o r d e r , a n d b e p r o v i d e d w i t h q u e ry, s t a t i s t i c , s c h e m a t i c s , p a r a m e t e r s e t t i n g , p u r v i e w m a n a g e m e n t a n d o t h e r f u n c t i o n s a c c o r d i n g t o t h e n a t i o n a l s t a n d a r d o f v e h i c l e t r a v e l i n g d a t a r e c o r d e r a n d c o n c r e t e p r a c t i c a l c r i t e r i o n o f s h a a n x i , t h e a r t i c l e i n t r o d u c e s p r o c e s s o f r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t i n v e h i c l e t r a v e l i n g d a t a r e c o r d e r s y s t e m , i n c l u d i n g r e c o r d e r h o s t a n d d a t a a n a l y s i s s o ft w a r e . i n t h i s a r t i c l e , g e n e r a l s i t u a t i o n o f t h e s u b j e c t i s p r e s e n t e d , s y s t e m d e s i g n a n d f u n c t i o n s o f t h e r e c o r d e r a r e b r i e fl y d e s c r i b e d . o n t h e b a s i s o f i t , c o m b i n e d w i t h w o r k e x p e r i e n c e , p r o c e s s o f d e s i g n a n d r e a l i z a t i o n t o d a t a a n a l y s i s s o ft w a r e i s e m p h a t i c a l l y d e p i c t e d ; f u r t h e r m o r e , e m b e d d e d u s b h o s t i n t h e r e c o r d e r o n t h e b a s e o f s l 8 1 1 h s c h i p i s d i s c u s s e d . a ft e r t h e r i g o r o u s t e s t i n g , v e h i c l e t r a v e l i n g d a t a r e c o r d e r w o r k s w e l l , a n d i t s p e r f o r m a n c e m e a s u r e s u p . d a t a a n a l y s i s s o ft w a r e w i t h g r a p h s a n d t e x t s i s d e v e l o p e d b y v i s u a l c + + , a n d i t s i n t e r f a c e i s f r i e n d l y a n d e a s i l y o p e r a t e d . k e y w o r d s : v e h i c l e t r a v e l i n g d a t a r e c o r d e r ; d a t a a n a l y s i s s o ft wa r e ; u s b h o s t ; s l8 1 1 hs i i 西北 r 业大学硕土学位论文第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1现代汽车行驶记录仪科研背景 1 . 1 . 1科研背景 随着我国现代化建设事业的发展，作为先导工业的汽车工业更是日新月异 突飞猛进，到2 0 0 3 年为止，全国民用汽车保有量约为2 4 0 0 万辆，其中私人汽 车保有量1 2 0 0 万辆， 预计今年我国汽车产量将突破5 0 0 万辆， 再加上各种渠道 的进口 车辆预计总量超过5 5 0 万台。 汽车工业的发展， 一方面带动了 我国 其它 工业的发展， 另一方面又给交通管理部门以至整个社会带来了许多新问题。 2 0 0 3 年全国交通事故6 5 万多起，死亡5 5 万多人，造成的直接经济损失高达 1 0 0 多 亿人民币，据有关部门统计交通事故的8 0 06 -9 0 % 都是非规范驾驶、超速行驶、 强行超车造成的。同时，许多交通事故由于无任何行驶记录而造成事故责任无 法确定。因此，客观上急需一种既能指导驾驶员安全驾驶又能记录和再现机动 车行驶状态的智能装置，以提高驾驶员的驾驶水平，降低车辆交通事故率。 为了保护人民的生命财产安全，遏制交通事故频发， 许多公司企业科研单 位开始研制开发汽车行驶记录仪。 汽车行驶记录仪， 俗称“ 汽车黑匣子” ，是运 用现代微电子控制、计算机软件和数据通信技术，对速度、时间、里程以及其 他行驶状态信息进行记录存储的一种新型的交通安全电子装置，可通过显示器 和扬声器指导驾驶员规范操作，督促和提高机动车驾驶员的安全行车意识，有 效地防止和减少交通事故的发生:发生事故后记录模块可以提供事故发生前的 大量数据，从而为交通部门处理事故和管理规范化提供科学的数据依据 14 。针 对我国 “ 车辆安全标准”不够完善，在用车辆平均车况较差的现状，在机动车 上安装智能安全指导监控记录仪是一项新的举措，是汽车工业中引入电子化、 智能化的一次成功尝试，对于我国汽车工业的发展、汽车安全行驶和交通管理 体系的完善具有非常重要的实际意义。 西北工业大学硕士学位论文第一章 绪论 1 . 1 .2国内外发展状况 汽车行驶记录仪制造和应用的发源地在欧洲。早在2 0 世纪2 0 年代，行驶 记录仪便伴随着汽车里程表而诞生，当时是和汽车里程表结合在一起的。随着 汽车工业的快速发展，记录仪开始在汽车运营中得到自 发性的广泛应用。1 9 3 4 年， 德国发明了世界上第一台纸盘式行驶记录仪， 至今已有7 0 年的历史。 为了 保障道路交通安全运输， 欧共体在1 9 7 5 年通过了在汽车上安装行驶记录仪的立 法，要求3 . 5 吨以上货车、9 座以上客车必须安装行驶记录仪。1 9 9 2 年欧盟成 立， 原欧共体有关记录仪应用的各项法规继续有效。 2 0 0 3 年， 欧盟颁布新规定: 自2 0 0 4 年 8月起，在欧盟注册的毛重超过 3 . 5 吨以上的商用车强制安装使用 i c 卡技术、 有打印 功能的 数字式行 驶记 录仪cs s 这一做法很快在美国、日本、马来西亚等国家引起效仿，纷纷立法强制安 装汽车行驶记录仪。日本的法律规定，拥有 5 辆以上汽车的运输单位必须配备 一名专职安全管理人员， 以后每增加 2 0 辆汽车必须增加 1 名安全管理人员。 这 些安全管理人员的一个重要职责，就是监督使用汽车行驶记录仪。安全管理人 员通过定期采集和分析行驶记录仪的各种数据，可以完整、准确地判定每辆车 在每一时刻的运行状况，以此加强企业的安全生产管理。 七十年代后期，欧共体推出机电模拟式汽车行驶记录仪，证实在降低事故 率，提高驾驶员责任心和进行科学管理等方面收到了良 好效果，使用记录仪后 交通事故率可降低3 0 % -5 0 % 。进入九十年代，计算机日 益普及，美国、欧共体 相继推出性能更为优良的电子式汽车记录仪。同时，美国通用公司和福特公司 等汽车制造商也着手研制汽车记录仪，并在其几种高档车上安装。 我国从2 0 世纪8 0 年代后期开始，在少数地区曾试用过由国内一些科研机 构和企业自主研制的数字式记录仪。2 0 0 1 年底，公安部、交通部、国家安全生 产监督管理局联合下达了 公安部、交通部、国家安全生产监督管理局关于加 强公路客运交通安全管理的通告 。 通告要求: 长途客运车辆应当 逐步安装、 使 用符合国家有关标准的行车记录仪。到2 0 0 3 年4 月1 5日，由公安部有关部门 起草、国家标准化管理委员会、国家经贸委审定通过，国家质量监督检查检疫 总局发布了汽车行驶记录仪的国家标准 ( g 行驶状态数据是指记录仪以1 分钟的时间间隔持续记录并 存储车辆在最近 3 6 0 小时内的行驶数据， 包括每分钟间隔内的平均速度和刹车、 开门 2 ) 、左转向灯、右转向 灯、大灯、 雾灯、雨刮器等状态信号【 川 。 具有违章记录并报警功能 车辆行驶过程中，记录仪可记录驾驶员的超速和疲劳驾驶违章行为，并给 予报警提醒。记录仪初始化时须设置车辆的超速和疲劳驾驶指标，当驾驶员在 驾驶途中超速或疲劳驾驶时，蜂鸣器即会自 动鸣响以提醒，从而达到保障行车 安全的效果。 在报警和记录之间设置一个预警时间， 允许驾驶员恢复正常驾驶。 如果在预警期限内，驾驶员主动恢复正常驾驶，记录仪只是报警并不记录，但 西北工业大学硕士学位论文第二章 汽车行驶记录仪系统简介 是若超过预警期限，记录仪就把违章信息记录下来。报警信息可通过后台数据 分析软件设置。 3 ) 具有驾驶员身份记录功能 记录驾驶员代码和机动车驾驶证号码。在每次驾车前，驾驶员首先插入自 己的i c卡，停止驾驶时，应拔出。若未插入 i c卡，默认代码为0 0 0 ，作为未 知驾驶员处理。 4 )具有打印功能 在停车状态下， 可连接打印机， 输出车牌号码、 驾驶员代码、 驾驶证号码、 前1 5 分钟的每分钟平均车速、违章记录等信息。 5 ) 具有数据通信功能 记录仪同时配置主机结构式u s b 接口 和标准r s 2 3 2 c d 型9 针接口，可与后 台数据分析软件进行数据传输。 2 . 总体设计 记录仪主机采用单片机系统构建，结合数据采集、存储、显示、通信、接 口、控制等技术，实时采集车速和刹车、左转向灯、右转向灯、车门等共计 1 5 个状态信号，并判断车辆的行驶状态，分类存储在大容量存储器里。另外，提 供接口功能与后台数据分析软件、打印机通信。 考虑系统功能的复杂性， 采用双c p u系统， 分为数据采集板和主机板两部 分。数据采集板单独占用一块m c u ，完成对实时时间、速度和 1 4 个开关量信号 的采集、 计算、 状杰分析和存储。 主机板占有一块m c u ， 连接键盘、 l e d 显示器、 铁电r a m 软件 u s b主控芯片 s l 8 1 1 h s t ulkm otafi it al 理一担漪 哄胜奴触路 m c u - 1 ( w 7 7 e 5 幻 r s 2 3 2$ qr s 2 3 2m q m c u - 2 ( w 7 7 e 5 8 ) 度集路 速采电 bf 大容量数据 f l a s h eg a dft f l a s h 磊 采集板 主机板 图2 - 2汽车行驶记录仪卞机樟块图 西北工业大学硕士学位论文第二章 汽车行驶记录仪系统简介 蜂鸣器、r s 2 3 2 串口、i c 卡采集器和u s b 主机等，完成人机界面处理和数据通 信的功能。两 m c u之间通过 r s 2 3 2串口通信，均采用华邦公司的 8位单片机 w 7 7 e 5 8 芯片。记录仪主机结构如图2 - 2 所示。 3 . 主要模块简介 1 )速度和开关量采集电路 通过外接线盒连接速度传感器和1 4 路开关量信号线， 为防止现场干扰， 输 入端加入滤波电路，通道中采用光电隔离。开关量信号包括:刹车、远光灯、 近光灯、左转向灯、右转向灯、故障灯、雾灯、手挚、倒车、鸣笛、雨刮器、 安全带、车门等，可以根据具体应用车型和用户要求灵活选择。 2 )铁电存储器 采用3 2 k 字节容量的铁电存储器f m 2 4 c 2 5 6 维护一个先入先出( f i f o ) 的缓 冲区存储最近 1 小时内的实时数据，不仅擦写速度快，而且断电数据不丢失， 有效的保护了事故发生时的关键数据。 3 )大容量数据存储器 采用 a t m e l公司新近推出的 2 6 4 k字节大容量串行 d a t a f l a s h存储器 a t 4 5 d b 0 2 1 b 存储历史数据。包括最近3 6 0 小时内一般行驶数据 ( 每一分钟采集 一次) 、最近 1 0次事故疑点数据 ( 停车前 2 0秒，每 0 . 1 秒采集一次)和最近 5 0 0 条驾驶员违章数据 ( 疲劳驾驶和超速) 。 对每项内容都采用先入先出的存储 机制，记录最新数据而删除最早的数据。 4 ) l e d 显示和蜂鸣器 设置5 个l e d 显示器，分别显示实时速度、驾驶员代码、实时时钟、本次 行车累计行驶时间、本次行车累计行驶里程。在车辆行驶过程中:如果驾驶员 出现了超速或者疲劳驾驶违章情况，蜂鸣器会自 动报警提醒驾驶员注意。 5 )工 c 卡读写 记录仪通过i c 卡读写控制电路读取i c 卡内信息， 记录当前登陆用户身份。 如果i c 内容不符，或者记录仪未插入i c 卡， 做未知用户处理。 6 ) u s b主机 利用c y p r e s s 公司的u s b h o s t / s l a v e s l 8 1 1 h s 芯片构建一个u s b 主机系统 西北工业大学硕士学位论文第二章 汽车行驶记录仪系统简介 来识别和读写 u盘，从而方便了与后台数据分析软件之间的数据传输。u s b主 机的软硬件设计将在第五章中详细介绍。 4 . 记录仪工作流程 记 录仪工作流程如图2 - 3所示，正常工作状态下一般经过7 个步骤: 1 )记录仪上电启动， 开始自 检， 对r o m 存储器、 r a m内存以及外围接口电路及 部件进行故障测试， 如果自 检通过，蜂鸣提示，开始加载系统程序。如果 自 检失败，说明记录仪有故障发生，伴随急促的蜂鸣警告。 2 )进入初始化程序，初始化 l e d 显示器、u s b 主机和 i c 卡采集器等，将采集 到的车速、实时时间、驾驶员代码 ( 缺省 0 0 0 ) 、一次行车累计时间 ( 缺省 0 ) 、一次行车累计里程 ( 缺省0 )显示到l e d 上。 3 )等待i c 卡插入， 判断用户身份。 若为驾驶员， 记录仪只处于记录数据状态。 若为管理员， 则系统使能串口上传、 参数配置, u 盘传输和打印输出等功能。 若为交通执法人员，则使能串口、u 盘的数据导出和打印输出功能。 的 车辆行驶过程中，记录仪不断的采集和存储行驶状态数据，每 0 . 1秒采集 开始 系统启动自检模块 系统初始化模块 图2 - 3记录仪工作流程图 西北工业大学硕士学位论文第二章 汽车行驶记录仪系统简介 一次车速和 1 4 个状态开关量信号作为一条实时记录。车辆在行驶过程中， 将采集到的实时记录存储在铁电存储器的数据缓冲区队列中。缓冲区队列 按照f 工 f o 的原则可容纳1 小时的实时数据， 若缓冲区满或车辆停车时， 需 要对缓冲区内的实时数据进行处理，分别计算一分钟数据、停车数据、超 速违章数据、疲劳违章数据等， 并转储到大容量数据存储 f l a s h中。基本 的数据记录流程如图2 - 4 所示。 开始 5 ) 当记录仪通过串行 r s 2 3 2 c 接口连接好 打印机， 且打印机就绪， 就可以 通过键 盘输入， 进入打印中断处理程序， 输出 行驶和违章数据。 6 ) 当记录仪初始安装或者校正调试时， 管 理员可以利用后台数据分析软件对记 录仪进行参数配置，通过串口 r s 2 3 2 c 或者u 盘两种方式实现。 7 )记录仪提供串口r s 2 3 2 c 和u 盘两种数 据导出方式。 运输公司管理员和交通执 法人员可以读取驾驶员行驶和违章数 据， 以便在后台数据分析软件中进行绘 图和统计，或者对驾驶员进行违章处 罚。 车辆行驶中 采集实时数据到f r a m 缓冲区 痴 区 满 或 落 荤 愁型 计算超速记录 计算疲劳记录 y王计算停车记录 计算一分钟记录 存储到大容iri ef l a s h 图2 一 4记录仪车辆行驶状态记录流程 2 . 2 .3外围设备 外围设备是记录仪的外部功能元件，主要包括:打印机、车速传感器、外 接线盒、线缆、i c 卡、读卡器等。 1 ) 打印机 选用的型号为爱普生的热敏打印机， 采用串口连接方式， 打印输出内容为: 车牌号码、车牌分类、驾驶员代码、驾驶证号码、打印实时时间、停车时间、 前 1 5 分钟内每分钟的平均速度和最大速度，以及最近 1 0 次的驾驶员的违章记 西北工业大学硕士学位论文第二章 汽车行驶记录仪系统简介 一次车速和 1 4 个状态开关量信号作为一条实时记录。车辆在行驶过程中， 将采集到的实时记录存储在铁电存储器的数据缓冲区队列中。缓冲区队列 按照f 工 f o 的原则可容纳1 小时的实时数据， 若缓冲区满或车辆停车时， 需 要对缓冲区内的实时数据进行处理，分别计算一分钟数据、停车数据、超 速违章数据、疲劳违章数据等， 并转储到大容量数据存储 f l a s h中。基本 的数据记录流程如图2 - 4 所示。 开始 5 ) 当记录仪通过串行 r s 2 3 2 c 接口连接好 打印机， 且打印机就绪， 就可以 通过键 盘输入， 进入打印中断处理程序， 输出 行驶和违章数据。 6 ) 当记录仪初始安装或者校正调试时， 管 理员可以利用后台数据分析软件对记 录仪进行参数配置，通过串口 r s 2 3 2 c 或者u 盘两种方式实现。 7 )记录仪提供串口r s 2 3 2 c 和u 盘两种数 据导出方式。 运输公司管理员和交通执 法人员可以读取驾驶员行驶和违章数 据， 以便在后台数据分析软件中进行绘 图和统计，或者对驾驶员进行违章处 罚。 车辆行驶中 采集实时数据到f r a m 缓冲区 痴 区 满 或 落 荤 愁型 计算超速记录 计算疲劳记录 y王计算停车记录 计算一分钟记录 存储到大容iri ef l a s h 图2 一 4记录仪车辆行驶状态记录流程 2 . 2 .3外围设备 外围设备是记录仪的外部功能元件，主要包括:打印机、车速传感器、外 接线盒、线缆、i c 卡、读卡器等。 1 ) 打印机 选用的型号为爱普生的热敏打印机， 采用串口连接方式， 打印输出内容为: 车牌号码、车牌分类、驾驶员代码、驾驶证号码、打印实时时间、停车时间、 前 1 5 分钟内每分钟的平均速度和最大速度，以及最近 1 0 次的驾驶员的违章记 西北工业大学硕士学位论文第二章 汽车行驶记录仪系统简介 录，包括疲劳驾驶记录和超速违章记录。 2 ) 车速传感器 采用上海市软轴厂的光电式车速传感器，安装在车辆变速器的输出轴上， 测量输出轴的转速。利用光电转换原理检测转速，将光源发出的光调制成与转 速相关的光信号，再转换成电信号，通过检测信号的频率来测量转速。采集频 率0 . 1 秒。 根据以 下公式计算车辆行驶速度。 计算车辆行驶线速度的公式就为: v = 3 6 0 0 f / k p k :车辆特征系数，即每行驶一公里驱动速度传感器的转数( r / k m ) e p :车轴转动一周，传感器发送脉冲个数。 f :传感器输出的电信号频率( h z ) , v :车辆行驶线速度( k m / h ) 。 3 )外接线盒与线缆 外接线盒与线缆用来连接车速传感器与车辆的 1 4个开关量信号，包括刹 车、远光灯、近光灯、左转向灯、右转向灯、故障灯、雾灯、手挚、倒车、鸣 笛、雨刮器、安全带、车门等。这可以根据系统要求选择不同的输入信号。 4 ) i c卡 i c 卡是登陆记录仪的钥匙，分为驾驶员、交警、管理员三种类型，具有不 同的操作权限。 驾驶员i c 卡记录着驾驶员的身份信息用来出车时登陆记录仪系 统用， 无法进行其他操作: 而交警i c 卡记录着交警身份信息可登陆记录仪进行 打印输出违章数据和导出行驶数据使用。 而使用管理员i c 卡登陆系统可以进行 全部操作，不仅可以导出数据、打印输出而且可以对记录仪进行参数设置。记 录仪上安装有 i c 卡采集器， 读取插入 i c 卡的内容， 识别登陆系统的用户信息， 根据不同的权限来分别处理记录仪的不同操作。i c卡类型选用 a t m e l公司的 a t 2 4 c x x 系列 i c 卡。 5 ) 读卡器 读卡器是后台数据分析软件给用户分发i c 卡的外部读写设备. 系统通过读 卡器来编辑、浏览、删除用户的身份信息。驾驶员出车、管理员操作、交警监 西北工业大学硕士学位论文第二章 汽车行驶记录仪系统简介 查都必须使用i c 卡登陆记录仪。 读卡器的类型选用明华r d 外置接触式i c 卡读 写器 。 2 . 2 .4后台数据分析软件 后台数据分析软件安装在普通台式机或笔记本上， 把记录仪采集到的车辆 行驶数据进行统计分析。软件集参数设置、 数据通信、数据管理、统计分析等 功能为一体，为用户提供了一个利用记录仪进行车辆运营和驾驶员信息管理的 平台。后台数据分析软件共分为基础管理、统计分析、绘图、用户管理、数据 通信、 网络上传、 i c 卡管理、 系统登陆等八个模块， 各个模块实现不同的功能。 不仅可帮助运输公司实现对驾驶员、车辆、车队的日 常信息化管理， 而且，可 通过串口或u 盘的方式与记录仪进行数据通信， 将车辆行驶数据， 上载到p c 机 上，进行数据的统计分析、打印报表以及绘制一般行驶状态曲线图和事故疑点 曲线图，方便了运输公司对车队运营情况、车辆和驾驶员行驶状况的管理。这 部分将在第三、四章中详细介绍。 2 .3小结 本章简要介绍了 汽车行驶记录仪系统的功能和总体设计，并对记录仪主机 的总体结构作了交代，为下面后台数据分析软件和嵌入式u s b 主机系统的详细 设计作了铺垫。 在项目 工作中，我主要负责记录仪后台数据分析软件和记录仪 u盘数据通信部分程序的开发，以 及系统的部分试验和安装调试工作，将在下 文分四个章节详细介绍。 西北工业大学硕士学位论文第二章 汽车行驶记录仪系统简介 查都必须使用i c 卡登陆记录仪。 读卡器的类型选用明华r d 外置接触式i c 卡读 写器 。 2 . 2 .4后台数据分析软件 后台数据分析软件安装在普通台式机或笔记本上， 把记录仪采集到的车辆 行驶数据进行统计分析。软件集参数设置、 数据通信、数据管理、统计分析等 功能为一体，为用户提供了一个利用记录仪进行车辆运营和驾驶员信息管理的 平台。后台数据分析软件共分为基础管理、统计分析、绘图、用户管理、数据 通信、 网络上传、 i c 卡管理、 系统登陆等八个模块， 各个模块实现不同的功能。 不仅可帮助运输公司实现对驾驶员、车辆、车队的日 常信息化管理， 而且，可 通过串口或u 盘的方式与记录仪进行数据通信， 将车辆行驶数据， 上载到p c 机 上，进行数据的统计分析、打印报表以及绘制一般行驶状态曲线图和事故疑点 曲线图，方便了运输公司对车队运营情况、车辆和驾驶员行驶状况的管理。这 部分将在第三、四章中详细介绍。 2 .3小结 本章简要介绍了 汽车行驶记录仪系统的功能和总体设计，并对记录仪主机 的总体结构作了交代，为下面后台数据分析软件和嵌入式u s b 主机系统的详细 设计作了铺垫。 在项目 工作中，我主要负责记录仪后台数据分析软件和记录仪 u盘数据通信部分程序的开发，以 及系统的部分试验和安装调试工作，将在下 文分四个章节详细介绍。 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 第三章 记录仪后台数据分析软件设计 3 . 1概述 汽车行驶记录仪后台 数据分析软件是严格按照国家标准( g b / t 1 9 0 5 6 - 2 0 0 3 ) 要求，对汽车行驶记录仪所记录的原始数据进行分析的软件， 通过对汽车行驶 记录仪原始数据的读取，实现查询、统计、图表生成、参数设置、权限管理等 功能。本章介绍了后台数据分析软件的设计和实现过程，分为需求分析、数据 库模块、 通信模块、 绘图模块、i c 卡模块等， 重点介绍了数据库的设计、 i c 卡 模块和通信模块，其中通信模块又分为串口 通信模块和u 盘通信模块。 后台数 据分析软件可通过串口或u 盘的方式与记录仪进行数据通信， 将车辆行驶数据， 包括一般行驶数据、 事故疑点数据和违章数据， 上载到p c 机上， 进行数据的统 计分析、打印报表以及绘制一般行驶状态曲线图 和事故疑点曲 线图，方便运输 公司对车队运营情况、 车辆和驾驶员行驶状况的 管理。 本软件使用v i s u a l c + + 制作，图文井茂、界面友好，并具有较好的可操作性。 3 . 2需求分析 软件的需求分析是从用户的业务中提取出 软件系统能够帮助用户解决的业 务问题， 通过对用户业务问题的分析， 规划出软件产品。本小节主要详述了记 录仪后台数据分析软件的功能要求，为软件的系统设计、模块划分以及详细设 计阶段提出了目标。 3 . 2 . 1功能要求 汽车行驶记录仪数据分析软件是与记录仪配套的对车队或运输公司进行信 息化管理的软件， 一方面可以实现车队、 车辆、 驾驶员基本信息的输入、编辑、 删除等操作，另一方面可以 对行驶数据进行统计分析，并根据分析结果来查看 驾驶员是否有超速行驶、疲劳驾驶的违章记录，而且可以通过绘制车辆行驶曲 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 第三章 记录仪后台数据分析软件设计 3 . 1概述 汽车行驶记录仪后台 数据分析软件是严格按照国家标准( g b / t 1 9 0 5 6 - 2 0 0 3 ) 要求，对汽车行驶记录仪所记录的原始数据进行分析的软件， 通过对汽车行驶 记录仪原始数据的读取，实现查询、统计、图表生成、参数设置、权限管理等 功能。本章介绍了后台数据分析软件的设计和实现过程，分为需求分析、数据 库模块、 通信模块、 绘图模块、i c 卡模块等， 重点介绍了数据库的设计、 i c 卡 模块和通信模块，其中通信模块又分为串口 通信模块和u 盘通信模块。 后台数 据分析软件可通过串口或u 盘的方式与记录仪进行数据通信， 将车辆行驶数据， 包括一般行驶数据、 事故疑点数据和违章数据， 上载到p c 机上， 进行数据的统 计分析、打印报表以及绘制一般行驶状态曲线图 和事故疑点曲 线图，方便运输 公司对车队运营情况、 车辆和驾驶员行驶状况的 管理。 本软件使用v i s u a l c + + 制作，图文井茂、界面友好，并具有较好的可操作性。 3 . 2需求分析 软件的需求分析是从用户的业务中提取出 软件系统能够帮助用户解决的业 务问题， 通过对用户业务问题的分析， 规划出软件产品。本小节主要详述了记 录仪后台数据分析软件的功能要求，为软件的系统设计、模块划分以及详细设 计阶段提出了目标。 3 . 2 . 1功能要求 汽车行驶记录仪数据分析软件是与记录仪配套的对车队或运输公司进行信 息化管理的软件， 一方面可以实现车队、 车辆、 驾驶员基本信息的输入、编辑、 删除等操作，另一方面可以 对行驶数据进行统计分析，并根据分析结果来查看 驾驶员是否有超速行驶、疲劳驾驶的违章记录，而且可以通过绘制车辆行驶曲 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 线查看行驶过程中车辆的速度变化和驾驶员的操作行为。该软件集参数设置、 数据通信、数据管理、统计分析等功能为一体，为用户提供了一个利用记录仪 实现对车辆、驾驶员、车队信息进行全方位半自 动化管理的平台。根据汽车行 驶记录仪国家标准 g b / t 1 9 0 5 6 - 2 0 0 3 )，其主要功能要求包括: 1 )提供信息化管理功能，为运营单位实现全方位计算机管理提供了 可靠的技 术支持。包括:详尽的驾驶员个人信息和驾驶情况统计、管理功能;详尽 的车辆信息和运行情况;车队的各种综合统计、分析、管理功能。 2 )提供统计分析功能，能查阅驾驶员、车辆的累计行车时间、行驶距离、 最 高车速、平均车速、疲劳驾驶违章、超速违章等信息， 便于对驾驶员的驾 驶行为进行规范化管理， 对各种数据分别按驾驶员、车辆和车队进行统计、 生成打印报表。 3 )绘制最近 3 6 0小时车辆行驶情况的 速度、状态一时间曲 线，横坐标为实时 时间及日 期，纵坐标为与实时时间对应的车辆行驶速度值和刹车、鸣笛、 开门、雨刮器、左右转向灯等状态信号。从曲线中和详细数据中可查阅不 同时间段的超速情况、最大速度、 平均速度、行驶距离、疲劳驾驶违章和 超速违章等信息。 4 )绘制停车前2 0 秒事故疑点数据的速度、 状态一时间曲 线， 横坐标为实时时 间及日期，纵坐标为与实时时间对应的车辆行驶速度值和刹车、鸣笛、开 门、雨刮器、左右转向灯等状态信号。可查阅不同刹车记录的刹车时间、 最大速度、平均速度等信息。 5 )具 有i c卡管 理功能， 软件可连接读 卡器， 对i c卡中的驾驶员身 份信息 进 行读、写和擦除等操作，以 便配合记录仪对驾驶员的身份识别. 6 )具有数据通信功能， 可通过串口 和u盘的方式与记录仪进行数据传输，上 载记录仪存储的车辆和驾驶员的行驶信息， 而且还可以 下传参数设置信息， 更新记录仪的配置。 3 .2 .2其他要求 后台数据分析软件运行环境要求全部使用中文界面， 并具有一定的兼容性， 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 线查看行驶过程中车辆的速度变化和驾驶员的操作行为。该软件集参数设置、 数据通信、数据管理、统计分析等功能为一体，为用户提供了一个利用记录仪 实现对车辆、驾驶员、车队信息进行全方位半自 动化管理的平台。根据汽车行 驶记录仪国家标准 g b / t 1 9 0 5 6 - 2 0 0 3 )，其主要功能要求包括: 1 )提供信息化管理功能，为运营单位实现全方位计算机管理提供了 可靠的技 术支持。包括:详尽的驾驶员个人信息和驾驶情况统计、管理功能;详尽 的车辆信息和运行情况;车队的各种综合统计、分析、管理功能。 2 )提供统计分析功能，能查阅驾驶员、车辆的累计行车时间、行驶距离、 最 高车速、平均车速、疲劳驾驶违章、超速违章等信息， 便于对驾驶员的驾 驶行为进行规范化管理， 对各种数据分别按驾驶员、车辆和车队进行统计、 生成打印报表。 3 )绘制最近 3 6 0小时车辆行驶情况的 速度、状态一时间曲 线，横坐标为实时 时间及日 期，纵坐标为与实时时间对应的车辆行驶速度值和刹车、鸣笛、 开门、雨刮器、左右转向灯等状态信号。从曲线中和详细数据中可查阅不 同时间段的超速情况、最大速度、 平均速度、行驶距离、疲劳驾驶违章和 超速违章等信息。 4 )绘制停车前2 0 秒事故疑点数据的速度、 状态一时间曲 线， 横坐标为实时时 间及日期，纵坐标为与实时时间对应的车辆行驶速度值和刹车、鸣笛、开 门、雨刮器、左右转向灯等状态信号。可查阅不同刹车记录的刹车时间、 最大速度、平均速度等信息。 5 )具 有i c卡管 理功能， 软件可连接读 卡器， 对i c卡中的驾驶员身 份信息 进 行读、写和擦除等操作，以 便配合记录仪对驾驶员的身份识别. 6 )具有数据通信功能， 可通过串口 和u盘的方式与记录仪进行数据传输，上 载记录仪存储的车辆和驾驶员的行驶信息， 而且还可以 下传参数设置信息， 更新记录仪的配置。 3 .2 .2其他要求 后台数据分析软件运行环境要求全部使用中文界面， 并具有一定的兼容性， 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 能在通用中文操作系统下安装使用。 3 .2 .3整体设计和模块划分 根据 汽车行驶记录仪国家标准要求，以 及本记录仪系统功能和设计上 的需求，将后台数据分析软件分为基础管理、统计分析、绘图、用户管理、数 据通信、网络上传、i c 卡管理、系统登陆等八个模块。各个程序模块和它们之 间的层次结构关系如图3 - 1 所示。在功能模块示意图中，每个叶节点都具有不 同的功能，各自 独立实现并且相互关联。 图 3 - 1记录仪后台数据分析软件功能模块示意图 下面分别简要介绍一下各个模块的功能: 1 )基础管理模块 基础管理模块是对车队、车辆和驾驶员基本信息的管理模块， 包括车队、 车辆和驾驶员的基本信息录入、查询、修改、浏览、删除、打印等日常维护操 作，它是整个运输公司管理功能的基础部分，其主要处理的数据是用户输入的 运输公司相关基础信息。 2 )数据通信模块 数据通信模块是系统另外一个数据源，主要包括串口 上载、 u盘通信和记 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 能在通用中文操作系统下安装使用。 3 .2 .3整体设计和模块划分 根据 汽车行驶记录仪国家标准要求，以 及本记录仪系统功能和设计上 的需求，将后台数据分析软件分为基础管理、统计分析、绘图、用户管理、数 据通信、网络上传、i c 卡管理、系统登陆等八个模块。各个程序模块和它们之 间的层次结构关系如图3 - 1 所示。在功能模块示意图中，每个叶节点都具有不 同的功能，各自 独立实现并且相互关联。 图 3 - 1记录仪后台数据分析软件功能模块示意图 下面分别简要介绍一下各个模块的功能: 1 )基础管理模块 基础管理模块是对车队、车辆和驾驶员基本信息的管理模块， 包括车队、 车辆和驾驶员的基本信息录入、查询、修改、浏览、删除、打印等日常维护操 作，它是整个运输公司管理功能的基础部分，其主要处理的数据是用户输入的 运输公司相关基础信息。 2 )数据通信模块 数据通信模块是系统另外一个数据源，主要包括串口 上载、 u盘通信和记 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 录仪配置三部分。软件通过r s - 2 3 2 - c 标准串口或u 盘与记录仪进行数据传输， 把记录仪上载的车辆行驶数据存储在数据库中，而且可以将配置信息下传给记 录仪。 3 ) 统计分析模块 统计分析模块是建立在基础管理和车辆、驾驶员行驶数据的基础上，可根 据不同车队、车辆或驾驶员按照不同时间段，对行车信息的统计计算，包括累 计行车里程、超速次数、疲劳驾驶次数、平均速度等。 4 )绘图模块 绘图模块根据记录仪采集上来的车辆行驶数据绘制一般行驶数据曲线图和 事故疑点数据曲 线图， 通过图形化显示的方式形象地描述出车辆运行情况和驾 驶员的动作。 5 )用户管理模块 用户管理模块是对系统用户的编辑， 包括用户名、密码和权限的设置等。 6 )系统登陆模块 系统登陆模块主要实现用户登入系统的功能，包括用户名与密码的确认。 7 )网络上传模块 网络上传模块是系统对外提供的接口，实现了一个简单的f t p 客户端，可 将驾驶员的违章记录上传给全省统一记录仪管理信息平台，供交通司法部门查 询处理。 8 ) i c 卡管理模块 i c卡管理模块是记录仪系统颁发驾驶员身份 i c 卡的软件， 主要负责i c 卡 信息的日常维护。 通过对系统的需求分析、整体设计和模块划分可以很清楚地看出，本系统 的基础管理、统计分析、绘图等模块涉及大量的增加、删除、查询、统计等数 据操作， 所以采用数据库技术作为数据存储的载体， 不仅操作方便、 访问快速、 组织条理，而且软件容易维护。把数据库作为整个系统构建的基础，这我们可 以 从数据库与各个软件模块的关系图 ( 图 3 - 2 )中看出 来。另一方面，数据通 信技术是本软件获得车辆行驶数据的主要途径，是系统设计中的另一个重点。 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 我们将在后面章节详细介绍后台数据分析软件各个模块的设计和实现过程。 图3 - 2软件模块与数据库关系图 3 . 2 . 4工作流程 该系统采用了模块化的设计方法， 以基础管理模块为主框架， 将数据通信、 i c 卡管理、网络上传、绘图和统计分析模块分别作为单独一个应用程序实现， 这样系统模块划分不仅清楚明了而且维护起来简单方便。系统通过用户管理模 块对不同用户的不同权限进行了相应的系统配置，进入系统主操作界面后，用 户可依据自己的要求，执行相应的菜单或按钮功能。非管理员用户是不能对系 统数据进行任何修改的，只能进行浏览、查询、统计和绘图操作。系统的工作 流程可如图3 - 3 所示。 图3 - 3系统工作流程分析图 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 我们将在后面章节详细介绍后台数据分析软件各个模块的设计和实现过程。 图3 - 2软件模块与数据库关系图 3 . 2 . 4工作流程 该系统采用了模块化的设计方法， 以基础管理模块为主框架， 将数据通信、 i c 卡管理、网络上传、绘图和统计分析模块分别作为单独一个应用程序实现， 这样系统模块划分不仅清楚明了而且维护起来简单方便。系统通过用户管理模 块对不同用户的不同权限进行了相应的系统配置，进入系统主操作界面后，用 户可依据自己的要求，执行相应的菜单或按钮功能。非管理员用户是不能对系 统数据进行任何修改的，只能进行浏览、查询、统计和绘图操作。系统的工作 流程可如图3 - 3 所示。 图3 - 3系统工作流程分析图 西北工业大学硕士学位论文第三章 记录仪后台数据分析软件设计 3 . 3数据库模块 3 .3 . 1应用程序体系结构确定 一般数据库应用程序可分为单机结构、 集中式结构、 客户/ 服务器结构、 浏 览器/ 服务器结构等。 下面通过逐个分析比 较这几种结构的特点