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汽车行驶记录仪系统设计 摘要 汽车行驶记录仪作为一种新型、实用的车载电子装置，在交通运输目益发达 和复杂的背景下，越来越受到市场的关注。其具备的图像或数据的记录功能，既 为司机保存了行驶中的重要信息，又给事故的处理提供了充分的证据和极大的方 便。本设计在数据记录基础上，结合g p s 和移动通信等相关技术，对行驶记录 仪的功能进行了分析，并提出一种可行的解决方案。 论文阐述了汽车行驶记录仪的应用背景和系统需求，明确了设计的任务和方 案。然后分析了系统的功能，进而对各功能模块( 摄像模块、g p s 模块、通讯模 块) 进行介绍。在硬件设计方面采用以a r m 9 处理器为核心的工作平台；在软 件实现方面，采用a r m l i n u x 嵌入式操作系统，使用了多线程、v 4 l 、m i l l i g l l i 等程序设计技术。最后文章详细的说明了开发平台的建立过程和系统设计的思路 流程，同时介绍了系统调试的方法。 设计实现了各功能需求，能够对汽车行驶状况进行拍摄记录，实时显示并保 存车辆的位置信息，在需要的情况下进行短信通信。并设计了系统的配置功能， 提供了良好的界面和方便的操作。系统的功能还可以根据需要作进一步的扩展和 丰富。 关键词；汽车行驶记录仪，图像拍摄，g p s ，a r m l i n u x 汽车行驶记录仪系统设计 a b s t r a c t a san e w p r a c t i c a lo n b o a r de l e c t r o n i cd e v i c e ，t h ev e h i c l et r a v e l i n gd a t ar e c o r d e r g e t sm o l ea n dm o r ea t t e n t i o ni nt h eb a c k g r o u n do ft r a f f i cg r a n d n e s sa n dc o m p l e x i t y t h ef u n c t i o no fs h o o t i n ge n dr e c o r d i n gn o to n l ys a v e st h ei m p o r t a n ti n f o r m a t i o nf o r d r i v e r s ，b u to f f e r ss u f f i c i e n te v i d e n c ee n dc o n v e n i e n c ef o ra c c i d e n th a n d l i n g b a s e d o nr e c o r d i n ga n dc o m b i n i n gt e c h n o l o g i e sl i k eg p sa n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n , t h i s d e s i g na n a l y s e st h es y s t e mf u n c t i o n sa n dr e s e a r c h e sa f e a s i b l es o l u t i o n t h ep a p e rd i s c u s s e st h ea p p l i c a t i o nb a c k g r o u n da n ds y s t e mr e q u i r e m e n t ，a l s o d e f i n e st h ed e s i g nt a s k s t h a ni ta n a l y s e st h es y s t e mf u n c t i o ne n di n t r o d u c e se v e r y m o d u l e t h ea r m 9p r o c e s s o ri sa p p l i e da st h ek e r n e lo ft h eh a r d w a r ef l a t ；a n d a r m l i n u xi sc h o s e na st h ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m a l s ot h ed e s i g ni n c l u d e s p r o g r a m m i n gs k i l l sl i k em u l t i t h r e a d , v 4 la n dm i n i g u i a tl a s tt h ep a p e rd e t a i l e d l y e x p l a i n st h ec o u r s eo fe s t a b l i s h i n gt h ed e v e l o p i n gf l a ta n d t h ef l o wo fs y s t e md e s i g n , a sw e l la st h ed e b u g 舀n gm e t h o d t h ed e s i g nr e a l i z e st h eb a s i cf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t i tc a nr e c o r dt h ev e h i c l e s t a t u s ，d i s p l a ye n ds a v et h ep o s i t i o ni n f o r m a t i o n , a n dc o m m t m i c a t et h r o u g hs h o r t m e s s a g ew h e nn e c e s s a r y a l s oi to f f e r st h ec o n f i g u r a t i o no p e r a t i o n a n dt h ec o n v e n i e n t i n t e r f a c e t h ef u n c t i o nc a nb ee x t e n d e de n de n r i c h e da c c o r d i n gt ot h ed e m a n d k e yw o r d s ：v e h i c l et r a v e l i n gd a t ar e c o r d e r ，i m a g ec a p t u r e ，g p s ，a r m l i n u x u 汽车行驶记录仪系统设计 i 1 行驶情景 3 i 核心板结构图 图表目录 3 2 系统硬件结构图 3 3 软件层次结构 3 4 定位任务流程。 3 5 通信任务流程 3 6 拍摄任务流程 3 7 任务间关系。 3 8 中断流程 4 2 动态范围 4 3m 1 2 + 模块外形 4 4m c 5 5 模块管脚分布。 4 5l c d 接口电路 4 6 触摸屏接口电路 4 7u s b 接口电路 4 8c f 卡接口电路 4 9g p s 接口电路 4 1 0m c 5 5 接口电路 4 1 l 系统p c b 版图 5 1m i n i g u i 层次结构 5 2 静态框实例 5 3 普通按钮实例 5 4 复选按钮实例 5 5 组合框实例 5 6 消息框实例 6 1v 4 l 驱动拍摄效果 7 1 系统界面 m ! b 协 ” 坫 硌 勉 m 筋 笱 拍 拍 打 勰 ” 铊 钉 奶 钳 钉 舄图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图 汽车行驶记录仪系统设计 图7 2 定位信息界面。 图7 3 图片查看界面 图7 4 系统设置界面 图7 5 对话框过程函数流程 图7 6 图片按钮回调函数 图7 7 紧急按钮回调函数。 图7 8 设置按钮回调函数 图7 9 开发流程 图7 1 0 栈空间分配 表3 1 外围电路接口 表4 1m 1 2 + 管脚描述 表4 2m 1 2 + 响应描述 5 6 5 6 5 8 6 0 1 8 1 9 汽车行驶记录仪系统设计 1 1 应用背景 第1 章绪论 随着社会的发展，科技的进步，以视频为主的安全系统在银行、超市、政府 机关、交通要道、运输、特别地域等得到了充分利用，为有效的监视运作过程及 防止犯罪，提高公安机关的破案率等提供了较大的帮助。 在交通运输方面，人们交通需求越来越高，全球的道路里程按几何级数增长， 车辆也急剧增加。据有关资料显示，全球车辆已达l o 亿辆左右，中国至2 0 0 6 年底已拥有汽车数量在4 2 0 0 万辆以上。随着车辆增多，道路安全事故也大幅度 增加，具不完全统计，我国去年有8 9 万人死于车轮之下，伤者更是数十万之多， 交通事故的发生有8 6 是由于交通违章造成的。由于情况非常复杂，交通肇事 往往证据依据较少，交警、法院判定事故责任准确性有限，甚至有些事故随当事 人及司机的死亡成了无头案。而保险公司在理赔时也缺乏有力依据，常常发生保 险公司与司机、车主打官司的事情。 多年来，人们都在寻求一种车载电子眼( 又称汽车黑匣子) ，对所有车辆的 行驶情况进行全程跟踪，数据记录，情景摄像。由于摄像等技术原因实现起来非 常困难，目前世界上面世的少有的几款汽车道路行驶d v ，一般以2 0 g 到3 0 g 的硬盘作存储介质，可拍摄6 0 小时左右，但由于价格非常昂贵，大多在8 0 0 0 1 6 0 0 0 元( 人民币之间) ，多数车主和驾驶员不能接受。硬盘又是个易损部件， 抗震性和防抖性较差，难以在车辆中普及。 具有行驶数据跟踪记录功能的汽车行驶记录仪在欧盟已有阶段性的成功应 用，对减少交通事故起到了巨大作用。我国在2 0 0 3 年颁发了汽车行驶记录仪 国家标准( g b 厂r 1 9 0 5 6 _ 吧0 0 3 ) ，记录仪市场开始启动，到目前全国已安装了大 约4 万台记录仪。 然而由于价格，技术，服务，产品质量等原因，记录仪在各地的推广使用并 不十分成功，但巨大的市场潜力仍促使哈尔滨航天风华、t c l 集团、新飞集团、 西门子等大公司介入记录仪行业，对记录仪行业发展已产生重大影响。 汽车符敷记录坟系统莰诗 1 2 系统需求 系统戚用为车载仪器，用于对汽车事故发生时韵场景记蒙以及报警，为廖故 分析提供依据。 汽车移驶器重一个誊鼹的参数是汽事的霉驶速发，毽是速度参数是汽车蠹瓤数 据，不方便提取。另个直观的参数是车辆与周翻的尤其是前方的物体的躐离， 所以可以根据距离来判定当前的行驶状态或者警报级别，如在行驶中可按圈1 1 设定警掇级裂： 图1 1 行驶情景 在敏感距离内可以撮供警告，畿警戒距离内可以进行拍照备份，而在危险距 离悫霉滋孬连续拍摄，零教发生遴移摄警。 然而汽车行驶状况十分复杂，淼城市交通和离速公路交通状况下情景差别很 大，应该通过速度和躐离联合进行判断。同时也增大了判断的难度。 在蹉疯溅量方瑟，瓣蔻还没毫院较宠美熬方豢，骞嚣秘选掺；筵声波裁激毙 1 1 1 。超声波测距测量范丽较小，典型值为1 0 米发右，一般用于倒车系统。激光 测距范围较大，从1 5 0 米到2 0 0 0 米，但是成本昂贵，市场上的激光测距设镛价 疆熬在嚣乎元麦毫，麸缆麓主季，激瓷舞薤是受始豹选择。毽惹激兜寒戆集孛瞧 好，几乎只能点测量，难以面测量，而使用激光阵列除了价格绷素外也不方便。 测距是汽率记录仪系统设计的难点和瓶颈，本系统没有提供测距模块，而是采用 锤繇存赣戆方式王络。 摄像方面有两种方案，其一是使用市场上现成的摄像头，p c 的u s b 摄像头 性能估计为清晰距离l o 米，可分辨距离2 0 米，可见距离3 0 米，这跟驱动程序 毫骞关系。箕二霆襞黧摄像头芯冀籁缡解鹳芯鹭，经笈上窝p e 摄像头接逶，嚣 要自己编霹驱动程序，但是和系统的结合性好一魃。基于开发进度和成本的考虑 本系统选择第一种方案，第二种方案可以作为后期进一步开发的选择。 g p s 动铑捷爱m o t o r o l a 公司鹃m 1 2 + 模块，格式涛强，揉据秀霞，警不掇供 电子地图模块，可根据需要进行扩充。通信模块实验中使用的鼹m c 5 5 模块，其 2 汽车行驶记录仪系统设计 接1 3 简单，功能完善，后续开发可以使用特定的g s m 模块，节约成本。 除以上几点外，还要考虑产品的尺寸形状、安全性、健壮性和价格成本等因 素，需要从整体上加以保证。 1 3 内容意义 基于对以上背景的分析和需求的启发，本文论述了一种汽车行驶记录系统的 设计方案。该方案采用了闪存卡( 移动存储卡) 来实现图像存储，并结合g p s 定位模块，g s m 通信模块等实现了汽车行驶过程中的情景拍摄，数据记录和移 动通信功能，提供了一种较完备的“车载电子眼”解决方案。 本设计的主要任务有以下几方面： ( 1 ) 分析系统功能，模块特性并确定系统的设计方案。 ( 2 ) 设计系统硬件和软件，学习设计方法，实现系统需求的各项功能。 ( 3 ) 搭建系统设计平台环境和调试验证环境。 ( 4 ) 完成系统的整合和调试，保证系统稳定运行，发现并总结后续改进之处。 本系统的意义主要体现在以下几点： ( 1 ) 提供图像和数据两种判断依据，便于交警快速准确的了解事故现场，进行调 查分析，分清事故责任，有利于法院断案。 ( 2 ) 保险公司理赔事宜将更加准确快捷。 ( 3 ) 结合通信功能，使车辆管理部门或公安机关第一时间掌握事故情况，增加破 案率，防止交通肇事车的逃逸。 ( 4 ) 提醒驾驶员遵守行车规范和交通规则，安全行驶，减少事故和交通混乱。 1 4 本章小结 本章介绍了汽车行驶记录仪的应用背景、并对系统需求和实现意义进行了分 析讨论。交通状况和管理手段等背景的因素决定了汽车记录仪系统的开发需求， 而且这种决定性是不断变化发展的，而系统的使用意义也在这种变化发展中得到 更新和丰富。通过介绍使得我们对系统开发有了初步的理解，为下面各章节的介 绍做了铺垫。 汽车行驶记录仪系统设计 第2 章系统功能分析 汽车行驶记录仪国家标准规定汽车行驶记录仪需要有自检，时间日期， 速度测量，里程测量，数据显示，交互操作等功能【2 】。除此之外可具有一些扩展 功能，本文较多的关注和分析了系统的扩展功能，因为这些功能是汽车电子系统 整合的试探，也是系统的挑战性和价值的提升空间所在。 2 1 图像拍摄功能 图像是反应汽车行驶情况的最直观的方式，无论是汽车的前景情况还是车内 情况都可以通过拍摄记录下来。尤其是一些行驶过程中的关键点，如速度非常高 的时刻，加速度剧烈增减的时刻，还有事故的可疑点，记录下的图像数据将十分 有利于对车况的判断，从而更有利于警方的对车祸的处理。 为解决图像存储空间的问题，系统采用闪存卡作为存储介质。闪存卡是一种 移动数字存储产品，如c f 卡、s d 卡等，可以反复使用，体积小便于携带，可 以与电脑方便连接。理论上永无磨损、不怕颠簸震动，但唯一不足是目前存储量 稍小( 目前已达4 g 左右，系统中使用的大小为5 1 2 m ) ，所以拍摄时间较短。但 是车辆行驶过程中或事故发生时，人们仅关注车辆发生异常前后几分钟( 或十几 分钟) 的道路及车辆行驶情况就可以了，因此采用循环储存的方式，可以较好的 解决这一问题。 系统自动拍摄并将图像以循环替换的方式存储在缓存中，并记录下图片的时 间数据。根据一定的机制将缓存中的图片转移到闪存卡中，如在发现异常情况或 事故可疑点的时刻，或者是以周期性的方式更新闪存卡中的图像。 2 2g p $ 定位功能 g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 全球定位系统是美国从上世纪7 0 年代开始 研制的新一代卫星导航与定位系统，于1 9 9 4 年全面建成。该系统利用导航卫星 进行测时和测距，具有在海陆空进行全方位实时三维导航与定位能力。g p s 系统 主要包括三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分 3 1 本 4 汽车行驶记录仪系统设计 系统关注的主要是用户设备部分。g p s 的模块很多，性能各异，数据传输一般使 用美国国家海洋电子协会( n m e a ) 制定的通信标准格式1 4 】。 实际应用中，g p s 系统可以有效的监控车辆的位置，在车辆管理调度( 包括 公交车，的士，货物运输等) 以及警方追踪车辆等方面有广泛的使用【5 1 。 系统结合了g p s 功能，周期性不断获得车辆的g p s 信息( 经度，纬度，2 d 速度，3 d 速度等) ，并记录到闪存卡中，从而提供了图像之外的另一种基于数据 的准确的信息，通过这些信息可以确定车辆的行驶状况和状态。同时g p s 信息 可以显示在l c d 屏上，若加载电子地图模块，可以实现自动导航功能，方便司 机驾驶。 2 3g s m ，g p r s 通信功能 数据通信是车辆数字化的一大特征，一方面车辆管理部门能够跟车辆取得联 系，进行调度。另一方面，在事故发生时，可以及时通知警方或相关人员，赢得 第一时间进行处理和救援。g p r s 提供的上网功能，可以使司机在休息停车的时 候上网放松一下，减缓疲劳。甚至可以实现电话功能，这样一来，不论谁在开车， 只要知道车的牌号，就能够跟车主通话了。 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 是第二代移动通信技术的标 准，其主要包括通话、短信和传真业务1 6 。g p r s 是由2 g 到3 g 过渡过程中增加 的一种数据分组业务。g p r s 将移动通信网络延伸到了i n t e r n e t 网络，给用户提 供了进入i n t e r a c t 的接口和相关服务i 刀。 系统集成了移动通信模块，实现了g s m 功能，在事故发生时可以自动发送 短信给车辆管理部门或警方。而在车辆遇到危险时，司机也可以主动发出短信请 求外部支援或救援。 2 4l c d 显示交互功能 l c d 触摸屏可以作为车辆与司机之间的交互媒介，将记录仪的信息或数据直 观的反馈给司机，如系统设置，当前时间，各功能模块状态，车辆的g p s 信息， 短信通信结果等等。也可以在l c d 上动态显示车辆的前景情况，或者查看闪存 卡中的图片。另外司机可以通过l c d 提供的输入或选择功能修改记录仪的设置， 汽车行驶记录仪系统设计 如运行模式或者工作机制等等。 2 5 本章小结 以上几节根据系统的功能划分了各个模块，并对其功能进行了说明，这些功 能既保证了系统的安全性和数据的准确性，又保证了反应的及时性和操作的便捷 性。功能分析明确了软硬件设计方向，而系统设计也是建立在功能分析的基础上， 并围绕功能分析的结果展开。接下来一章，将对系统总体设计进行介绍。 6 汽车行驶记录仪系统设计 3 。1 硬件架构 第3 章总体设计 结合功能分析，本系统的总体设计包括硬件和软件两部分，硬件组成包括核 心处理部分和外围电路部分。核心处理部分包括处理器，存储器，时钟等核心硬 件，外围电路部分则包括功能模块接口和通用接口，如表3 1 。 表3 1 外围电路接口 功能 硬件接口 摄像头u s b 串口，m 1 2 + ，m c 5 5r $ 2 3 2 闪存存储 c fi n t e r f a c e l c d 触摸屏l c d ，s p i 网络n e t1 0 0 m 系统硬件平台采用核心板加底板的组合方式，核心板上集成s a m s u n g s 3 c 2 4 1 0 处理器，1 6 m 的f l a s h 和6 4 m 的s d r a m t s j 。s a m s u n gs 3 c 2 4 1 0 处理器， 采用2 0 3 m 的a r m 9 2 0 t 内核，集成了1 6 k b 指令缓存和1 6 k b 的数据缓存，利 用m m u 实现对虚拟内存的管理，l c d 控制器支持s t n 屏或f t t 屏，支持 n a n d f l a s h 。除此之外，和系统相关的还有以下特性1 9 】： ( 1 ) 扩展总线最大频率1 0 0 m h z ( 2 ) 3 2 位数据线，2 7 位地址线 ( 3 ) 多达5 5 个中断源的中断控制器 ( 4 ) 3 个u a r t ( 5 ) 两个u s b 接口 底板设计中包括了以下接口： ( 1 ) 1 0 m 1 0 0 m 自适应以太网口 ( 2 ) 一个4 线r s 2 3 2 串1 2 ，一个2 线r s 2 3 2 接1 2 ( 3 ) c f 卡接1 ：3 ( 4 ) u s b h o s t 接口 汽车行驶记录仪系统设计 ( 5 ) 1 r i 可l c d 接口 ( 6 ) 触摸屏接口 核心板和底板配合构成应用系统硬件，可以装载嵌入式l i n u x 操作系统【1 0 】。 核心板功能模块结构如图3 1 。核心板上嵌入了f l a s h 和s d r a m ，其对外接口 是1 4 4 脚的核心板插槽和1 0 脚的j t a g 接口核心板插槽将片选信号，i o 端口 和l c d 接口引出来，供外部底板使用。 图3 1 核心板结构图 系统硬件结构如图3 2 所示。顾名思义，核心板是系统的核心，另外扩展出 l c d 触摸屏接口电路，u s b 接口电路，c p l d c f 卡接口短路，串口、g p s 接口、 m c 5 5 接口电路和d m 9 0 0 0 网络接口电路【l l l 。 图3 2 系统硬件结构图 8 汽车行驶记录仪系统设计 3 2 软件结构 系统软件建立在a r m l i n u x 嵌入式系统之上【1 2 】，采用结构化程序设计方式【1 3 i ， 并使用层次结构，层次结构如图3 3 ，将g p s 定位、s m s 短信通信和v 4 l 图像 拍摄视为后台任务，而将m i n i g u i 对话框视为前台任务。后台任务采用多线程 设计方式，下面将对其作简单介绍。对话框及m h a i g t a 作为系统运行界面，将在 后续章节中介绍。 3 2 1 任务设计 图3 3 软件层次结构 在t a s k 任务层，系统建立了三个任务，分别为g p s t a s k 、s m s t a s k 、 c a p p i e t a s k 。下面从任务流程角度对各任务作一介绍。 定位任务流程 g p s 线程在g p s 模块检查通过后创建。首先打开g p s 对应的端口，然后检 查重启标志是否被设置，若设置则关闭g p s 端口并退出线程。否则该任务以2 秒为周期更新g p s 信息，每次更新到的信息保管到c f 卡中的g p s l o g t x t 中，然 后将信息解析并转换为a s c i i 形式结构体数据，p v 操作写入公共存储区，向 m “g i l i 线程发送更新通知m s g 。定位任务的流程图如图 所示。_gps g p s3 4 9 汽车行驶记录仪系统设计 图3 4 定位任务流程 通信任务流程 s m s 线程在m c 5 5 模块检查通过后创建。该任务首先打开s m s 端口，在常 态下将自己挂起，以消息队列方式等待发送命令消息。发送命令来源有两种，其 一是发生事故中断，系统自动要求发送。其二是用户通过m i n i g u i 主动要求发送。 在收到发送命令后，如果检测到重启标志，则关闭s m s 端口并退出线程。否则 该任务读取车辆信息，通过p v 操作读取g p s 信息，封装为短信格式后发送到 指定号码，发送结果以m s g _ s m s 消息形式通知m i n i g u i 线程。通信任务的流程 图如图3 5 。 i o 汽车行驶记录仪系统设计 图3 5 通信任务流程 拍摄任务流程 c a p p i e t a s k 线程在摄像头模块和c f 卡模块检查通过后创建。该任务首先初 始化视频设备，然后检查重启标志，正常情况下该任务每秒钟拍摄5 幅图像，并 将其临时存储在( m a p ) b _ p i c t u r e 目录下，以2 0 0 幅( 4 0 秒) 为最大值，循环 替换，在事故中断发生后，将该目录下的图片全部拷贝到c f 卡中相应目录，继 续拍摄2 0 0 幅( 4 0 秒) ，并临时存储于( t r a p ) f _ _ p i c t u r e 目录下，然后将该目录 下的图片全部拷贝到c f 卡中相应目录。这里图片名称为路径+ 序号，通过记录 文件p i c t u r et i m e t x t 记录图片序号和拍摄时间的联系，方便m i n i g u i 显示时的搜 索。拍摄任务的流程图如图3 6 。 存在c f 卡中的图象数据可以使用c f 读卡器拷贝到p c 机上，也可以通过网 络上传到p c 机上。 汽车行驶记录仪系统设计 图3 6 拍摄任务流程 从整体上看各任务间关系如图3 7 ，常态下运行的是g p s 任务、拍摄任务和 m i n i g u i 任务，g p s 任务周期性更新g p s 信息并通知m i n i g u i 任务，拍摄任务周 期性循环拍摄图片，m i n i g u i 任务相当于系统控制台，起交互作用。当有事故发 生时，通信任务和拍摄任务作出即时响应，通信任务取得需要数据发送短信报警， 拍摄任务启动图片存储操作。m i n i g u i 任务可以通过线程消息控制通信任务，通 过加载图片查看c f 卡中的图片信息。 1 2 汽车行驶记录仪系统设计 循环拍摄 3 2 2 中断设计 图3 7 任务间关系 系统中的中断主要以发生事故事件为触发源，事故事件可以通过各种传感器 引入。在l i n u x 下使用中断，每个中断源都要向内核注册自己的中断处理程序， 这是在内核空间完成的，用户空间的程序不能直接向l i n u x 内核申请中吲。为 了简单处理，系统中没有真正的引入中断，而是以阻塞查询的方式模仿中断响应。 即系统用一个线程阻塞在中断的查询操作上。一旦中断事件发生，阻塞解除，进 行相应中断处理。这样做的好处是不必进入到内核中断编程的层面，缺点是不能 保证完全的实时性，因为阻塞解除后中断响应为必能马上执行。 要在系统中使用中断设备，可以静态或动态加载中断设备的驱动程序【l 研，这 里使用动态加载，即i n s m o di n t e r r u p t o 将驱动加载到系统中去。 图3 8 中断流程 汽车行驶记录仪系统设计 3 3 本章小结 本章较详细的介绍了系统整体的设计思路和内容，硬件上说明了硬件结构， 软件上通过任务方式将系统的功能划分得更明确和简洁。函数是结构化设计的基 本元素，而线程是任务调度的基本元素。通过流程图从结构上和过程上说明了各 线程负责的任务，同时说明了各线程任务之间的联系。 1 4 汽车行驶记录仪系统设计 4 1 模块分析 第4 章硬件设计 系统中的硬件设计是紧紧围绕各功能模块展开的，下面将对系统中使用的各 个模块作一说明。 4 1 1 摄像头模块 车载摄像头应用正渐渐普及，主要用于停车或倒车时的后视或在视野不开阔 的十字路口拓宽视野。其要求具备高的可靠性，好的低照度噪声抑制能力( 即暗 视能力) ，较大的水平视角( 1 2 0 度1 3 5 度) ，目前多由汽车生产厂家配备，而 且价格昂贵。所以在车载摄像头模块方面最大的争论依然是如何在满足可靠性同 时降低价格。 从摄像头的感光元件来看，主要有c m o s 和c c d 两种，c m o s 的优势主要 体现在【16 】： ( 1 ) 低成本，虽然就元件本身c m o s 只比c c d 稍微便宜了一点，但是c m o s 无 需使用电压变换及驱动芯片； ( 2 ) 耗电量、发热量低，外壳可以用树脂代替铝合金； ( 3 ) 在强光射入时，c m o s 传感器不会产生使用c c d 时的s m e a r 噪声，如图4 1 ； ( 4 ) 同时c m o s 传感器动态范围广，可在信号电荷读出方法和时机采用特殊的方 法，如图4 2 。 图4 1s m e a r 噪声 汽车撑疆记录投系统设诤 图4 2 动态范围 厨螃c m o s 摄像头蕊娲约挑战就是将低照度环境下c m o s 传感器的噪声城 少委与c c d 籀同豹承平，僵是吕静c m o s 传惑器厂家鑫倍表涿，不久双簧使铯 提供一种可满足噪声要求带宽的彩色产品，2 0 0 8 年以后将出现可用于驾驶员视 觉识剔的、采焉c m o s 传感器的举载摄像头。 对予掇像模决，德可以鸯己选择传惑器麓使用方案，设计驱动稳窿。 o v m n i i s i o n 公司生产的c m o s 传感器目前广泛_ 陂用于便携式设备中。其特点为 灵敏度巍，低电压王馋，标准串行摄像头控制总线( s c c b ) ，输出窑口尺寸可 调的u x g s v g a v g a q v g a 等誉同象素的鬻像。对于嵌入浅开发，通；童摄像 头获取视频数据送入d s p 进行处理，如m p e g - 4 压缩，然后处理器通过高速接 口提取越壤螽黪数据f 蝴。 在疆豹方面可报耀螽己的应用平螽实现，苞擂设备的注瓣注销，打开美闭， 控制等，志要通过s c c b i i c 接口设鼹传感器里的设备控制寄存器以获取所霈质 量的匿像，一般兹其浚嚣淡程为：笈链瘊毒寄存嚣先缺省逡，瓣h s y n c n s y n c 信号的檄饿进行设置，选择图像输鼢络式( y u v 艉g b ) 、象豢及h r e f 极健，设 置图像有效窗口大小，对图像扫描帧率进行微调等。而想要获得高质量图像，应 对s e r t s o r 豹鼹专控铡露存器送行谈霪嚣调试，傻之王箨在最德坟态。 在安骏室条件下，我们基于$ 3 c 2 4 1 0 处理器的嵌入式l i n u x 平台h s l ，我们使 用通用的u s b 接口的c m o s 摄像头作为拍摄设备，大多支持3 2 0 2 4 0 ，2 4 0 x 1 8 0 ，1 6 0 x 1 2 0 ，1 2 8 x 9 6 等势辨率懿韵态影豫帮7 0 4 x 5 7 6 , 6 4 0 x 2 8 0 ，3 5 2 x 2 8 8 ，1 7 6 x 1 4 4 等分辨率的静悫图像，拍摄躐离为1 0 厘米剿无限远，魏素3 0 1 3 0 万， 帧频最岗为3 0 f p s ，即插即用，连接方便，驱动摭制方面选择开发已经较为成熟 熬v i d e 0 4 l i n u x 标准髹渤程彦。 汽车行驶记录仪系统设计 4 1 2m o t o r o l am 1 2 + 模块 m o t o r o l a 公司的m 1 2 + 接收器是优秀的0 n c o r e 家族中的成员之一，广泛的 应用于各类定位、导航设备中。m 1 2 + o n c o r e 接收器，拥有低的成本和小的尺 寸，使之更将适用于大规模应用。o n c o r e 接收器有1 2 个并行通道，新型m 1 2 接收器外形尺寸为4 0 x 6 0 x1 0m i l l ，提高了在城市中抗树荫和楼群遮挡的性能。 m 1 2 + 拥有全g p s 行业内最快的初次定位时间r r f f 和重捕获卫星的时间。 m 1 2 + 接收器需要2 7 5 至3 2 伏的电压，包括支持逆向差分的能力。在诸如 汽车定位和调度系统中，可以通过设置差分基站的方法来获得更高的精度，改良 定位效果。另外具有好的可嵌入适应性。支持r t c m 格式的差分功能，n a e a 0 1 8 3 格式输出，双通信串口，用户可控制的速度滤波器和一个天线检测回路。另外用 户也可以选择使用垂直于电路板或者是平行于电路板的数据电源连接器。 m 1 2 + 接收器的主要特性有【1 9 1 ： ( 1 ) g p s 精度 定位精度的球概率误差小于2 5 米；定时精度u t c 误差小于5 0 0 纳秒。 ( 2 ) 定位时间 热启动模式小于3 0 s ( 当拥有当前的天历、位置、时间和星历数据时) ；暖启 动模式小于6 5 s ( 当拥有当前的天历，位置和时间数据时) ；冷起动模式为 2 1 0 s 。 ( 3 ) 数据特性 包含纬度，经度，高度，速度，航向，时间等数据，可用摩托罗拉二进制格 式，波特率为9 6 0 0 比特，秒，也可用n m e a 0 1 8 3 格式，波特率为4 8 0 0 比特 ，秒。输出速率可由软件选择( 连续输出或询问输出) ( 4 ) 跟踪性能 具有1 2 路并行通道，可跟踪1 2 颗卫星。并能检测卫星信号的强弱状态。 图4 3 为m 1 2 + 的外形模型图，其接口为一个1 0 引脚的插针。 1 7 汽车行驶记录仪系统设计 图4 3m 1 2 + 模块外形 m 1 2 + 接收器的管脚分配情况例如表4 1 所示： 表4 1m 1 2 + 管脚描述 引脚信号定义 功能描述 lt t l t x d l3 v 逻辑信号发送 2t t l r x d l3 v 逻辑信号接收 3+ 3 o vp w r+ 3 v 电源 41 p p s 秒脉冲输出 50 r o u n d 地 6b a t t 外接后备电源( 2 2 v - 3 2 v ) 7r e s e r v e d 未使用 8r t c m n 、r t c m 输入端口 9a n t e n n a3 v 或5 v 天线输入电压 v o l t a g e 1 0r e s e r v e d 保留 系统使用m o t o r o l a 二迸制命令，主要用于初始化，设置，控制和监视 g p s 接收器。二进制命令支持9 6 0 0 b p s 串口通信。应用中主要使用h a 命令( 位 置，状态数据命令) ，下面详细说明其命令内容。 命令格式： h a r c 其中r 代表输出模式，为0 时为查询模式，即只输出一次响应信息。为l 2 5 5 时为连续输出模式，即指定每r 秒更新输出响应信息。c 为校验和，可省略。 l s 汽车行驶记录仪系统设计 命令长度8 位。命令响应格式为 h a m d y y h m s f f f f a a a a o o o o h k k l m m u n m a a a a c o o o h h h h m m m m v v v v h d d t t i m s i d d ( 重复1 1 个i m s i d d ) s s r r c c o o o o t t u s h m v v v v v v c 响应含义如表4 2 所示： 表4 2m 1 2 + 响应描述 类别 位 含义取值范围 m 月1 1 2 日期d日l 3 1 y y 笠 1 9 9 8 2 0 7 9 h 时o 2 3 m 分o 5 9 时间s秒o 6 0 秒的分数部 矗拜 0 9 9 9 ，9 9 9 ，9 9 9 分 a 撇纬度( m a s ) 3 2 4 ，0 0 0 ，0 0 0 3 2 4 ，0 0 0 ，0 0 0 ( - 9 0 。9 0 。) o o o o 经度( m a s ) - 6 4 8 ，0 0 0 ，0 0 0 6 4 8 ，0 0 0 ，0 0 0 ( - 1 8 0 。1 8 0 。) 位置 g p s高度 一1 0 0 ，0 0 0 1 ，8 0 0 ，0 0 0 ( 带滤波 h h h h ( 伽) ( 1 0 0 0 0 0 1 8 ，0 0 0 0 0 m ) 器) 海拔高度 - 1 0 0 ，0 0 0 1 ，8 0 0 ，0 0 0 n 1 i n m m ( c m ) ( 1 0 0 0 0 0 18 ，0 0 0 o o m ) a 撇纬度( m a s ) 一3 2 4 ，0 0 0 ，0 0 0 3 2 4 ，0 0 0 ，0 0 0 ( 9 0 。9 0 。) o o o o经度( m a s ) 6 4 8 ，0 0 0 ，0 0 0 6 4 8 ，0 0 0 ，0 0 0 ( - 1 8 0 。1 8 0 。) 位置 g p s高度 - 1 0 0 ，0 0 0 1 ，8 0 0 ，0 0 0 ( 无滤波 h h h h ( c m ) ( - 1 0 0 0 0 0 1 8 ，0 0 0 0 0 m ) 器) 海拔高度- 1 0 0 ，0 0 0 l ，8 0 0 ，0 0 0 n l m m m ( c m ) ( - 1 0 0 0 0 0 1 8 ，0 0 0 0 0 m ) 3 d速度 速度 v v o 5 1 4 0 0 ( 0 5 1 4 o o m s ) ( c m s ) 汽车行驶记录仪系统设计 2 d速度 v v 0 5 1 , 4 0 0 ( 0 5 1 4 0 0 m s ) ( c m s ) o 3 ，5 9 9 ( o 03 5 9 9 度) ( 正北为0 ，分辨率 h h2 d 方向 为o 1 。) 几何因子 d d当前d o po 9 9 9 n可见卫星数o 1 2 卫星状态 t 跟踪卫星数 0 1 2 l卫星标识码o 3 7 通道跟踪模 mo 8 式 s 信号强度 o 2 5 5 通道状态 l1 0 d eo 2 5 5 通道状态标 d d 志 s s 接收器状态 c c 时偏 - 3 2 7 6 8 3 2 7 6 8 n s 振荡器振荡器偏移 o o o 2 5 0 0 0 0 h z 时钟参数量 t t 温度1 1 0 2 5 0 分辨率半度( 5 5 0 + 1 2 5 ) u t cu g m t 偏差符 s 0 0 = 正，i f = 负 号 g m t hg m t 时o 2 3 偏移量 mg m t 秒o 5 9 v v v v v vi d 号 6 个字符 信息长度： 校验和 c 5 4 字节 在简单应用中也可以使用短位置信息命令h b ，命令格式为 h b r c ，其响应是h a 命令的一个子集，包括日期，时间，位置， 汽车行驶记录仪系统设计 速度，卫星状态等。或者可以使用a s c i i 码位置信息命令 e q m c ， 响应信息以a s c i i 码形式返回。 系统中主要使用短位置命令来获取g p s 数据，模块一次性返回5 4 个字节， 经过系统的包装和格式转换后成为需要的g p s 信息。 4 1 3s i e m e n sm c 5 5 模块 m c 5 5 是s i e m e n s 公司的g s m ，g p r s 通信模块，该模块是当今市场上尺寸 最小的三频模块。其功能完整，包含基带处理器，专用集成供电电路，音频电路 ( 功放和天线接口) ，另外还有用于程序存储的f l a s h 和用于g p r s 连接数据的 s r a m 。其特点有： ( 1 ) 三频工作模式：9 0 0 ，1 8 0 0 和1 9 0 0 m h z ( 2 ) 带有g s m g p r s 全套语音和数据功能，支持t c p ，u d p ，h 1 r p ，f t p ，s m t p ， p o p 3 ，可以同时开三个t c p 或者u d p 连接：作为t c p 服务器使用时，支 持三个以上的客户端同时连接；可以实现两个t c p 通道的同时传输，g p r s 与短信或语音状态自动切换 ( 3 ) 有5 k 的缓存用于g p r s 数据传输，最大数据包长度为1 5 k ，在信号差时， m c 5 5 可以缓存更多的数据。 m c 5 5 模块接口口1 1 如图4 4 所示： 汽车行驶记录仪系统设计 匝亟 匝亘口1 图4 4m c 5 5 模块管脚分布 主要接口说明： 电源接口，b a t t + 是电源输入管脚，输入电压3 3 v 一4 8 v ，模块在传输颠峰 时的电流的典型值为2 a ，而在异常情况下( 如天线使用错误) 消耗电流也会变 大，所以电源必须可以提供足够大的电流；p o w e r ，c h a r g e 是锂电池充电的 控制信号；v d d l p 用于恢复实时时钟。 串行接口，模块提供两路非平衡的异步串口，通道一a s c 0 包括数据信号 t x d 0 、r x d o ，状态信号r t s 0 、c t s 0 ，调制解调器控制信号d t r 0 、d s r 0 、 d c d 0 和来电提示信号r i n g 0 ，a s c 0 可实现自适应波特率，支持9 6 0 0 ，1 9 2 0 0 ， 3 8 4 0 0 ，5 7 6 0 0 ，11 5 2 0 0 ，2 0 3 4 0 0 b p s ；通道二a s c l 包括t x d l ，r x d l 。r t s l ， 巧抖幻毖扒加侈儒竹：2巧h b 他n 加 一一一一 一一一一一一一一一一一一 弱刀扮约孔娩鹑粥努弘剪诒剪们叭铊躬鹳钙骺盯船的如 汽车行驶记录仪系统设计 c t s l ，支持3 0 0 b p s 到2 3 0 4 0 0 b p s 的波特率。 音频接口，模块有两路模拟音频接口和一路数字音频接口( d a d 。前者包括 m i c p l 、m i c n l 、e p p l 、e p n i 和m i c p 2 、m i c n 2 、e p p 2 、e p n 2 。后者包括 s c l k 、r x d d a i 、r f s d a i 、t x d d a i 、t f s d a i 。 s i m 卡接口，基带处理器集成了符合i s 0 7 8 1 6 i c 标准的s i m 接口，包括 c c g n d 、c c c l k 、c c v c c 、c c i o 、c c r s t 、c c i n 。 控制信号，包括启动上电输入信号i g t ，紧急关断输入信号e m e r g o f f ， 同步输出信号s y n c 。 m c 5 5 模块使用a t 命令集 2 2 1 ，系统中主要使用的