（通信与信息系统专业论文）新型汽车行驶记录仪的研制与应用.pdf

硕 丁 论文新型汽车行驶记录仅的研制与应用 abs tract 、 殆 h l c l e t r a v e l l i 飞 山t a r e c o rd e r i s a d i g ital e l ec troni cal app ar at usw h 1 ch i s us edto r e c d r d d a t a suc h asve l o c i ty，t i m e an d 而i e a g e an d th e o th eri n fo rmat i on re l e v ant tothe s t a t uso f th e v ehic l e . the d al a s h o u l d bee x ported toth e c o m p u te r oro t her dev i ces t hro u gh c o n ” 1 1 u 苗 c a t i on i ll t e 到 角 c e . 丁 七 e v e hi c l e t r a v e l l i ng d a 1 a re cor d e r m e ans tom a i n 面n a store ， i n a sec ure fon n ， ofi n fo rmation con ee而ng the re l evant d al a，s t a t usofn 川 n i ng overperi od叩 to 田 l dfollo诩ng an inc 记 e nt. o nthe o ne h anditiscon veni ent for t r a fficmanage m ent d e p a rt m e ntaswel l asa u t o m o b i l e o p e r a t i onuni t fo r au to m o b i l e m a 1 1 a g e ; o n the 。 山 e r h an d th e i n fo rmat i o n o f re c o r d e r re cordc anst i l l th i nk the b asi s and t h atre aso n and j u sth a n d l i n g h a v e 。 月 七 r edsci eneeand a u t h o rity thatt r a ffic 即ci d e n t o ccurs. f 1 r s t o f al l the p a pe r d e s c ri b e s the d eve l o pment， and the d e v e l o p m e n t tendenc y o f th e v e h i c l e tr av e l l i n g d a 加re c o r d e r. l t e x p at i ates o n i m 户 ， rtan t s i 娜 fi c anceo f the v ehi cl e d a t a re c o rd ero n the m 刃 l a g ement o f t r a ffi c an dvehi c l e ; th e p a pe r w i l l i n t r o d uce the m ai n 加 n c t l on andthe p e rfor m a n ce o f the re c o r d er， com b 1 ne w ith th enat 1 o n a i s 往 旧 d a r d so f v e h i c l e t ra v el l i n g d a t a r 以 泊 r d e r . 户 司 d t h e 氏g l v e t h e w h 0 1 e s t ruc 扣r e ofth e v 南 c le仃 a v el l i n g d a t a rec o r d e r s y st e mand t h e se 1 e c l i on o f 们 n a l n fon c t i o n a l m o d u l e d evi ces ， w hi c hcon ta l ns mc u andc 1 o c kge n e r a t o randr am andgp sandi dte r fac eo fd a t ac o n 1 幻 n u nic atio n . f i nal i y，th i s p a p e r e l abo r a t e s s o ft w a i e andh a rdwared e s i gn o f th e v e h i c l e trav e l l i ng d a t a r e c o rd氏 w h i ch i s c ons i sto f b otto md e s i gn andp cm ana g e me ntands y s t em p c bdes i 肌 诫 than at1 a r g e re s e arch o nv e h i c l e tr a v e 1 l i ng d a tareco rd er ， s e m c ， re 即 h i n g the g r e a t dsv e l o p m e nto f the s ecuril y ; t h ev e h l c letravelli ng d a tareco r d e r of the pa p er h asal re adyp as s ed the rela t e d m i n i s try o f p ubl i c s tyco u n t rys 切 叮 d ar d e x 别 m i na t i o 残and h a s bei ngp e rformeds t a b l y al l ri ght inthe in s tall ati on a n d e x pe n m e n ta 1 ap p 1 i cati o 乓p r o v i d e d the e ffectiv e sa fe g u ard fo r th e v ehi c l e s t r a v e i sec urityand the t r a ffic con t r o 1 d e p a d n 1 ent s mo n i t o ri 飞. k e y w o r d s :veh ic l e tr av e ll ing d a t a re c o r d e r ， m i c ro c o n tr o l le r ，u s b ， e m c 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人己 经发 表或公 布过的研究成果，也不包含 我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料 。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 己在论文中作了明确的说明。 二，、 。球龙，伙 叼1 几上业 门 ;一三书划翻卜 一 加刀年 7 月厂日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电 子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内 容，可以向 有关部门 或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名:加。 7 年 湘 犷 日 硕 1 论文 新 型汽 车 行 驶 记 录 仪 的研 制 勺应 用 绪论 l l汽车行驶记录仪简介 汽车 行驶记 录仪， 又 称汽车工作信息记 录仪、 汽车黑匣子， 也有人将其形象地 称 为汽车电子警察。 它能 全程同 步记录、 监 控车辆运行状 态， 并 将汽车行驶轨迹通过 专 用软件在电 脑上完整、 准确的再 现， 客观 地记录机动车发生车 祸前驾 驶员的 操作过 程， 有效地提供驾 驶员 在事 故发生前 作出 的 种种反应情况。 新型汽车行驶记录仪在功能、体积和性能方面已 取得了较大的突破。一般来说， 该产品体积小，能防潮、防水、防腐和耐高温。它除了具有传统记录仪所具有的事故 分析功能 外， 还能在 汽车驾 驶员 超速行驶时 发出 超速报苦声， 以 提醒驾驶员减速行 驶， 并详细记 录车辆每次的 开车时 间、 行驶里程、 最高车 速和 行驶过程中的 时间 及位置信 息， 方便交通管理部门根据所记 录的有关数据对车辆进行有效的管理。 汽车行驶 记 录 仪在实际中已 经得到广泛的 应用， 一般由 硬件和软 件两部分组成。 硬件部分包括面 板、 单片机及 辅助电 器元件; 软件部分 包括控制、 处理各种数 据的 底层软件程序和用户 应 用软件。该记录仪可实现多种信息处理， 显示汽车状况， 进行自 我诊断， 对车速、 制 动信号等一系列 参数进行有效监控， 并 通过控制发光二 极管、 液晶显示、 蜂鸣器等 报 带手段，为司乘人员直接提供汽车状况信息和各种超限报警， 大大提高驾驶员的安全 责任心，有效地防范车辆事故的发生。 l z汽车行 驶记录仪发展的 历史与现状 1 934年，世界上第一台记录仪诞生在德国，随着汽车工业的发展，早期的记录 仪和其他仪表配合在汽车上得到了广泛的应用。 第二次世界大战以后， 德国的经济开 始复苏，交通运输业迅速发展， 道路运输竞争日 趋激烈， 导致驾驶员疲劳驾驶和超速 驾驶等违 法行为大量出 现， 严重威 胁道路交通安 全。 为了 保障道路交通安 全， 规范 道 路运输市场，1 9 53 年，德国开始强制推行使用汽车行驶记录仪。1 9 75 年欧共体推出 使用圆盘 纸、 极坐标记 录仪的机电模 拟式汽车行 驶记 录仪。 经推 广使用， 证明 在降 低 事故方面具 有较好的 效果。 2 0 世纪9 0 年 代初， 美国 和德国首先开发了 数字式 汽车行 驶记录仪， 实 现了同 步记录、 电 子采集数 据、 打印机打印 状态信息等功能， 用于监督 驾驶员的 超时 和超速驾驶行为。 截至目 前， 欧盟成 员国约7 00多 万辆商 用货 运和客 运 车辆安装了记录仪，是世界上使用记录仪数量最多的地区。 我国 从20世纪80年代后期开 始， 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。近年来随着我国国民 经济的 快速发展，道路 交通事故呈上升趋势， 尤其是长 途客运车辆的重、 特大道路交通 事故频发， 给国家和人民 生命财产带来了巨 大损失。 2 002 年5 月2 4日 交通部 下发 2 0 0 2 2 2 6 号文 关于 继续进行道路危险货物 硕 士论 文新型汽车行驶记录仪的研制卜 列 左 用 运输专项整治的通知 ， ， 文中对于从事 运输剧毒 化学品、 爆炸品 等危害 性极大的危险 化学品的车 辆， 应安装行驶记录仪或g p s 卫星定 位系统和通讯 设备。 2 0 03年4 月巧 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 戈 g b/ t19 o 5 6 一2 0 0 3) ， 于 2 0 03 年 9 月 1日 起正式实施。实施对象包括所有的在用车辆和新车，并将逐步由点到面， 分批分时的展开。同时 中华人民共和国道路交通安全法实施条例第十四条规定: 用于公路营 运的 载客 汽车、 重 型载货汽车、 半挂 牵引 车应当安 装、 使用符合国 家标准 的行驶记录仪。 交通警察可以对机动车行驶速度、 连续驾驶时间以及其它行驶状态进 行检查。 虽然我国的研制工作起步较晚， 但是无论在安装、 操作、使用方面，还是在电性 能 信息记录 存储、 戮据的下传、 上载方 式等方面， 我国的记 录仪都比 欧盟的起点高， 其产品 均为 数字式电 子设 备， 能够实时 监测并记录车 辆行驶的各 种状态 信息、 有效 准 确地鉴别驾驶员身份，同时具备超速报警、串口通信接口及打印输出功能。 目前国内有 2 0多个省市推广使用汽车行驶记录仪， 产品生产厂家己达2 00 余家， 但由 于相关国家 标准制定 得较晚， 各 类产品在数据结构 和格式、 数据传输方式等方面 还有较大差异， 而且各个省市的具 体要求还不太一 样， 使生 产和应用通用 汽车行 驶记 录仪的迫切性进一步提高。 1 3课题研究的意义 和主要 研究工 作 近年 来国 家立法强制安装汽车行 驶记录仪， 证明了 记录仪产品在道路 安全管 理方 面的突出贡 献， 特别是在遏止交通违章、 约束驾驶员不良 驾驶习惯等方面， 发挥 着十 分重要的 作用。 它不 仅可以 有效地预防道 路交通事故的发生， 而且为执法 人员 进行事 故分析和处 理提供了 科学依据， 在实 现经济效益的同时 也带来了良 好的社会效 益。 本文 在充分理解国 家标准的基 础之上， 自 主设 计开发了 一个完整的汽 车行驶记录 仪系统， 它主要包括记录 仪主体模块 和p c机管理 软件模块两个 部分。 考虑到系统的 完整性、实用性 和可靠性，本论 文主 要完成以下 研究 工作: 1 . 记录仪主体功能的 研究与实现， 包括系 统各主要模块 方案的 确定， 系统的 硬 件设 计， 单片机底层软件的开发 和部分应用软件程 序的 编写; 2 ，g p s模块功能的实现与应用; 3 .系统电磁兼容问题的研究与技术。 硕士论文新型汽车行驶记录仪的研制与应用 1 .4论文各章节内 容安排 本文共分6 个章节， 第一章绪论部分主要介绍本 课题的 背景和 研究的 意义， 以 及本论文的主 要研究工 作。 第二章结合记录仪的国家标准， 介绍记录仪的性能指标和系统总体方案的设计以 及各个功能模块方案的确定。 第三章介绍记录仪系统的p c b设计，主要包括系统原理图的设计和系统p c b板 的设计以 及在设计中要注意的问 题。 第四 章介绍记录仪系统的软件设计， 主要包括记录仪底层 软件的 设计和p c 机管 理软件的设计与应用。 第五章介绍记录仪系统的可靠性设计，主要是指电磁兼容 ( e mc )的设计和实 现。 本文最后一章对全文进行了回顾和总结，并对进一步工作进行了展望。 硕士论文新型汽车行驶记录仪的研制与应用 2 系统总体方案设计 2. 1 汽车行驶记录仪国 家标准简介 本文所设计的 汽车行 驶记录 仪完 全符合国 家标准 ( g b 厅19056 - es 2 0 0 ” 及第1 号 修 改单， 下面结合国标对记 录仪的构 成和具体功能 进行介绍。 2.l i记录仪的组成 根据国家 标准的 规定， 汽车行驶记录仪应由 如下几部分组成: 1 .主机: 包括微控制 器、 数据存储器、实时时 钟、 显示器、操作键、 打印机、 数据通信接口等装置。 如果主机本体上不包含显示器、 打印机，则应留有相应的数据 显示和打印 输出 接口; 2 车速传感器; 3 . 数据分析软件。 2. l 2记 录仪的 功能 根据国 家标准的规定， 汽车行驶记 录仪应有如下功能: 1 .自检功能 记录仪在通电开始工作时， 应首先进行自检，自检正常后应以绿闪信号或显示屏 退示 方 式 指 示 工 作 正 常， 如 有 故 障 则 应 以 红闪 信 号 或 显 示 屏 显 示方 式 指 示 故 障 信 息 。 2 .实时 时钟、日 期及驾驶时间的采 集、 记录、存储 (l ) 记录仪应能提供北京时间日 期 和时 钟， 该日 期和时 钟被 用于为记录仪实 现所 有功能 ( 记录、输出、显示、数 据通信等) 标注日 期和时间. 记录仪应能以年、月、 日 或y y y y / m n 口 d 山 的方式记录实时日 期; 应能以 时、 分、 秒或hh: mln : 55的方式记 录实 时时钟; (2 ) 记录仪应能 对连续驾驶时间 进行记录; (3 ) 连续记录2 4 h 数据，记 录时间 允许误差在士 55以内。 3 .车 辆行驶速 度的测量、记 录、 存储 ( 1)事故疑点数据 记录仪应能以不大于。 2 5 的时间间隔持续记录并存储停车前2 05实时时间对应的 车辆 行驶速 度值及车辆制 动状态信号、记 录次 数至少为10次. (2 ) 行驶状态数据 无论车 辆在行驶状态还是停车状态， 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l m in 的 时 间 间 隔 持 续 记 录 并 存储 车 辆 在 最 近36 0h内 的 行 驶 4 硕 士论 文新型汽车行驶记录仪的研制与应用 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 的平均行驶速度值。 (3)记录误差 分别输出相当于2 0 ki 孔 /h 、65k m /h、1 0 0 沁 九 /b、1 45k n 公 h的模拟速度信号对记录仪 进行测试时，其速度记录允许误差为士i k m /h。 记录仪安装 在测试用车上进行实车路 试， 在行驶速度恒定在4 0 沁 刀 /h 士i ki 力 /h和行 驶速 度在 4 0 ki l l 月 1 一6 0 沁 n /h变化情况下分别 进行测试时， 其速度记 录允 许误差为士 2 k l l l j l l 。 4 .车辆行驶里程的测量、记录、存储 (l ) 记录仪 应能 持续记录车辆从指定统计时间开始的累 计行驶里程。 车辆行 驶里 程记录单位为 km ， 行驶里程的 测量范围为 o k m 9 9 9 9 99. 9 枷 ，分 辨率应 等于或优于 0 . i k m: (2 ) 行驶检 验时， 记录仪安装在测试用车 上进行实车 行驶里程误差测试，当 测 试 距离为 5 k l l l 时，行驶里程允许误差为士0 . i k l l l 以内。 5 . 驾驶员身份 记录功能 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， 驾驶员 代码为 阿拉伯数字， 其最大长 度不超过7 位， 代码设置方法由 使用者 根据 需要自 定， 在同一记 录仪的 数据记录中， 某一驾驶员的 代码应与其机动车驾驶证 证号 唯一相对应。 6 .显示及操作功能 当 无按键操作时， 可默 认显示 车辆的实时 行驶速度、 实时时钟或驾驶员代 码。 通 过操作按 键应能 实现如下显示: (l ) 最近巧 m l n 内 每分钟的平均车 速记录: (2) 最近2 个日 历天内同一驾 驶员 连续驾 驶时间 超过4h的所有数据记 录; (3 ) 车辆特征系数。 操作按键设置应能满足使用要求， 并应在对应的位置标出各按键名称; 仅使用面 板按 键应不能对速 度、时间、 里程等原 始数据的进行修改、 删除。 7 .数 据打印输出功能 记 录仪至少 应能 打印 输出 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 刻前、 s m in内 每分钟的 平均车速、 疲劳驾 驶记 录 ( 一次连续驾驶时 间超过 4 h的所有记录) 。 8 ，数据通信功能 记录仪应同时配置以下两种标准接口: 硕 十论 文 新型汽车行驶记录仪的研制与 应用 (l)b sb( 通 用 串 行 总 线 ) 标 准 接 口 ， 建 议 采 用 主 结 构 式 u s b 接 口 ; ( 2 ) 标准r s 2 3 2 c d型9 针接口。 应能 通过通信接口，实 现对记录仪中 有关参 数和 信息的输入、设定、 存储。 应能 通过通信接口，向 外部设备 ( 如p c和打印机) 输出国 标规定的 有关信息。 上载数据时， 应不改 变和删除记 录仪内 存中已 存储的 任何数据。 记录仪应对每一 次下传和上载的日期和时ib进行记录、存储。 1 1 .3数据分析软件 记录仪的数据分析软件应全部 使用中 文界面， 并具有一定兼容 性， 能在通用的中 文操作系统中安装使用。 数据分析软件应具有原始数据读取、查询、统计、图表生成、 参数设置、操作权 限管理等功能。 在采集原始数据后，数 据分析 软件应能生成至少 如下图 表: ( 1)事故疑点数 据曲 线图; (2 ) 一 般行 驶速度记 录曲 线图 ; (3 ) 有关数据 列表。 2. l 4数 据安全性 . 记 录仪应防止数据被更改或删除， 应从记 录仪硬件和数据分 析软 件系统两 个方面 来实现: 1 .硬件上，应在记录仪主机上或其它适当的地方采取可靠安全措施 ( 如铅封) 防止数据储存器等重要器件被更换; 2 .记录仪主机内 车辆行驶速度、 里程、 驾驶时间等原始 数据不能通过外部设备 进行任何改写或删除操作; 3 .分析软件对车辆识别号、 车牌号码、 车牌分类、 车辆特征系数、 驾驶员代 码、 驾驶证号码等重要参数， 一般情况下只能读， 不能更改或删除。 在记录仪初始化调试、 校 准、 维修或其他特殊情况下需 对上述重要参数 进行设置操作时，需经操作授权。 硕 士 论 文新型 汽 车 行 驶 记录 仪 的研 制 与应 用 2. 2系统总体结构 本设计系 统主要 是根据以 上技术指标 及要求， 完成对车辆行驶 速度、 时间及位置 信息数 据的 采集和处 理工作， 并通过p c 机管理软件将 相关 数据以 直观的 形式反映出 汽车的行驶状态。 在主 要器件的选择上， 考虑到 汽车行驶记录仪的 性能指标和实用性， 两款80c 51 系列微 控制器己 经足够， 主微控制器 选用了p hili p s 公 司生产的p 89c 5l r d z ，微 控 制器2 选用同 系列的p 89c 5l r a z 。考 虑到记 录仪需 要记 录大量的数据，记录的过 程 中需要多 次擦写存储器， 为了 延长存储器的 使用寿命并能安 全准确的记 录数据， 设 计 中采用了 辅助存储器十 大容量主 存储器配合的方案， 在主微控制器的控制下，用非易 失的辅 助存储器作为缓存， 选用一 款带 有4 k字 节附 加空间的时 钟芯片d sl7 4 87 正 能 满 足 设 计的 需 要 ， 4 k空 间 用 来 记 录车 辆 行 驶 过 程中 的 各 种 状 态 信 息 ， 当 空 间 写 满 后 再将数 据写入主存储器中。 主存 储器选用slzk 字节的f l a s h存储芯片at2 9 c o 4 o a ， 用来记录车辆行驶的历史数据并能有效的防止数据的丢失。液晶显示模块为 l c m i2 83 2 z k ， 可显示两行， 每行8 个汉字， 并可灵活 地显示出 各种状态信息。同时 选用c ypre ss公司生 产的s l 8ll h s 芯片， 作为u s b 的主 控制模块。 另 外还选用了ic 卡接口、串行通信接口及电源等模块， 合理地与主要器件相配合，以达到汽车行驶记 录仪的国家标准。 在 微控器2 的控制下， 配 合g ps 接收 模块， 选用铁电 存储器f m1 8 08， 记录车辆 行驶的位置信息数据供以后查询使用，系统总体框图如凰2. 2 所示。 硕 十 论文 新型汽车行驶记录仪的研制与应用 随着单片机硬件性能的提高以及单片机高级语言 编译器的日趋完善， 为简化系统 编程， 增加单片 机应 用系 统程序的可 读性和可移植 性， 在软件的编写上， 采用c 51 进行底层软件的开发，以 便于系统的 维护和升级。 考虑 到c sl编译器的 好坏直接影 响 着生成 代码的效率， 大小 和可靠 性， 选用德国k eilson w 田 吧公司的p vis in nz集成 开 发环境， 从 源程序编写， 编译和连接都可以 在其中 完成。 本系统设计中的 底层软件 开发就是利用k e il c进行的。 2. 3系统主 要模块方案的确定 2 3 )数 据采集模块方案的 确定 2 . 3 . 1 . 1微控制器 p 8 9 c 5 l r a z /rd z 1 ， 微控 制器简介 该系列 微控制器是采用先进c m o s 工艺制造的8 位 微控制器， 指令系 统与80 c 51 完全相同，具 有3 个 16位定时 / 计数器、 7 个中断 源一中断优 先级一 嵌套的中断结构、 1 个增强型u a rt、 片内 振荡 器及时 序电 路。 二者的差别在于 存储容 量和封装形式的 不同。 前者具有s kf l a s hr o m、 slz br a m， 采用p lc c封装; 后者则有 64kf l a s h r o m、i kr a m，采用 p d ip封装。 该系列微控制器具有 s kj6 4 k并行可编程的非易失性 f l a s h程序存储器并可实 现对器件在系统编程 ( isp )和在应用中编程 ( i all ) 。这种方法通过调连接远程片内 r o m中固化的默认的串行加载程序 ( b oot loader) ， 允许 isp 通过串口将程序代码装 入fl as b存储器， 而fl as h 代码中 则不需要加载 程序。 对于i ap 用户程序通过使用片 内r o m中的 标准程序对fl as h 存 储器进行擦除 和重新编程。 2 .芯片选用原因 考虑到 汽车行驶记录仪的性能指标和实 用性， p 89c 5lr d z作为 主微控制器的性 能已 经 足够， 通过良 好的软件编程， 完全能 达到国标的 要求， 并能很好的提高产品的 性价比 ; 并且p 89 c slr d z 中的在系统 编程功能可以通 过串口 对汽车行驶记录仪进 行 软件升级，极大的方便了记录仪的初期调试和后期维护工作。相对独立的 g p s模块 使用p 89 c 5lr a z 微控制器， 考虑 功能 相对简单， s k的程 序存储器也已 够用， 同时 采 用p l c c 封装，使模块体积更小， 易于实 现系统一体化。 2 . 3 . 1 .z g p s接收机 1 . g p s 模块介绍 g p s( globalp os iti o ni ngs ys tem ) 是以 卫星为 基础的无线电导 航定 位系 统， 具有 全能性、 全球性、全天侯、 连续性和实时性的导航、 定位和定时功能。 g p s 系统包括 硕 七 论文新型汽车行驶记录仪的研制切友用 三大部分:空间部椒gp s卫星星座) ; 地面控制部 分( 地面 监控系统) ;用户设备部 分 ( gps 信号接收机) 。我 们只需使用g p s 接收机就能实 现实时位置信息的 准确接收。 在 本记 录 仪 系 统 中 采 用 美 国 著 名 公 司r o c k w e l l 制 造的j 叩 ite r 并 行 12通 道 g p s 接收板。 它体积小、 重量轻、 功耗低; 首次定 位和重新 捕获时间 短; 有极强的 抗 树荫 和高 楼遮挡能力: 提供载波相位输出; 无静态漂移; 操作简便、 易于开发; 非常 适合在各 种导 航定 位设备及车 / 船等移动目 标中 使用。 2 .性能特点及引脚定义 其主要性能 如下表2. 3 ， 1 2 . 1 所示。 表2 汉1 . 2 . i j 叩ite r 接收 板主要特性 高 级 特 性 般 特 性 提供两个串口。主串口一传送定位数据。辅助串口一接收差分数据 提供 i p p s 标准时钟、 10k h z 频率输出 提供载波相位输出 并行 12通道，可以快速捕获卫星无静态漂移 自 动检测天线状态体 积较小 ( 7 1 x 4 l xl l ) ( 毫米) 首 次定位时间 ( t t f f ) 短 动态性能好 从 三维到二维定位，自 动保持高度可人工选择卫星、设置可见星屏蔽角 二进制及标准 n me a 一 0183 协议可进行多种设置，得到多种数据 可配有有源或无源天线工作和存放温度范围广 自 动冷启动定位处理 低功耗， 十 3 v帆t c ) 实时时 钟保持 柳 ite r 接收板采用标准2 x 10插针 接头， 其引 脚定义 如下表2. 3 . 1 .2， 2 所示。 表2. 3 . 1 .2. 2jupiter 接收板引 脚定义 插针名称说明插针名称 说明 lp r卫amp 预放大器电源输入 l ls doi 1 号串行数据输出口 2pwri n一 5 十 s v 直流电源输入 l 2 s dl l 1 号串行数据输入口 3vbrtc 备用电池 ( r t c)l 3gnd地 4pwrin 一 3 保留 ( 不连接) l 4s doz 2 号串行数据输出口 5m一 rs t 主复位输入 ( 低电平) l 5s di z 2 号串行数据输入口 6gp 1 01 保留 ( 不连接) l 6c卜d 地 7gp i 02 n me a 协议选择 1 7n/ c 保留 ( 不连接) 8gp i o3 r o m 缺省 选择 1 83 nd 地 9 gp1 04 保留 ( 不连接) l 9tmark i p p s 时标输出 l 0 gnd地2 01 0 khz 10 k h z 时钟方波输出 硕 士 论 文新型汽车行驶记录仪的研制与应用 3 .相关协议及连接 ( 1 ) n me a 一 0 1 8 3 协议 n 州e a 一 0 1 8 3 协议是美国国家海洋电子协会制定的一种基于a s cll 字符的串行通 信数据 协议， 所有 输入输出信息 均为 a s c n 字符。 它的一 条消息称为 语句( s e n t e n ce) ， 每条 语句以 $ ( 0 x 2 4 ) 作为 开始， 以回车 换行符 ( 或o x o d o a ) 作为 结束， 中间包 含若千个域， 每个域以逗号分隔。 n m e a 一 0 1 8 3 主要语句中，最常见的几 种格式为: . c p g ( ag p s 定位数据; . g p r m c 导 航卫星 特定精 简资 料; . gpg s v导航卫 星资料; . gpv t g方位角对地速度。 我们以 输出 位置数 据的 g g a 语句为 例简单介绍其中的 含义: $ g p g g a ， 11 】 1 1 1 1 1 1 5 5 ，d d mm . nunmm几 d d d mm m m l l l 幻 口 几 x 赵， x ， x 沐 、 m ， ， * c s 完整的 g g a语句输出为: $ g p o g a ， 2 2 2 4 3 5 ， 2 4 4 6 .5 2 4 1 ， n ， 1 2 1 0 0 . 1 5 3 6 ， e ， 1 ， 1 0 ， 0 .s ， 1 3 3 .4 ， m ， ， ， ， * i f 。 上面例子中， 我们可读出 位置 信息: 北纬24度4 6 5 2 41分， 东经121 度00. 1 5 3 6 分。 格林威治时间: 22 点2 4 分35秒。 考虑到只是大体查看汽车行驶路线，每 30 秒采样一次位置信息数据己经足够， 铁电 存储 器f m 1 8 08 具有32 k字节的 存储容量， 可以 连续存储超 过24小时数据， 具 体存储格 式如下表2. 3 . 1 2. 3 所示。 表2 ， 3 . 1 ，z j位置信 息存储格式 信息内容 数 据长度 ( 字节) 年、月、日3 时、分、秒3 纬 度2 经 度2 (2 ) 二 进制协议 二 进制协议是rock wen 公司确定的一 种用于gps 接收 机与主机通信的 数据协 议， 输入 / 输出 的二进 制数据流 采用字 ( 高 / 低两个字节) 模式。 对每一 个字节而言， 输 入输出 时， 最低位 ( l s b ) 在前，最高 位 ( m s b ) 在后。 为了 书写方 便， 通常将二 进制数据写成十六进制形式。 a) 接口电平 接口电平:t t l 通信协 议: 9 6 0 o b ps， 无校验， 5 个数 据位，1 个停止位 : 硕 士 论 文 新型汽车行驶记录仪的研制与应用 b)二 进制 语 句 字 头 格 式 ( 本 论 文 中 所 用 的 是n m e a 一0 1 83 协 议) 如 表2. 3 .1 .2 鸿 所示。 表2 3.1 .2 4一 进制语句字头格式 字 1 : 1 0 0 00 0 011 11 11 1 1 1 字 2 :语句 i d号 字3 : 语句长度 字4 : d c l eq r a n0 0 x xx xx x 字5 :字头校验和 (3 ) 硬件连接 gps 模 块的电 源电 压要求为 4. 75 v 5 .2 s v ， 因此电 源引 脚 ( 引 脚2) 接系统的 s v 电 源。 在系统上电后启动 g p s 接收机， 并对接收 机所使 用的通信数 据格式和初始化数 据来源进行设置，引脚5 、 一 7 、8 、9 需要在启动时由软件进行配置。g p s 接收机的复位 信号 m r s t 引 脚接微控制器2 的 p13 . g p s 串 行接口 信号 ( s dll ， s d 0 1) 分别与微控 制器 2 的串口 引脚 对接。为了 保证接收机的正常 运行， 根据接收机的配 置要求， 需要 将有关引 脚通过电 阻下拉到低电 平。 硬件连接如图2. 3 . 1 . 2 所示。 g n d 图2. 3 . 1 2 g ps模块硬件连接 2. 3. 2 数据存储模块方 案的 确定 2 . 3 . 2 . 1存储器a t 2 9 c 0 4 0 a 1 .芯片介绍 八 j 2 9 c 04o a是一 款八 t m e l 公司以 先进的c m o s 工艺研制的闪 存，存储容量为 sl z k 字节， 共有2 048 个扇区， 每 个扇区 包含2 56个字节。 每 次读写的 最小 单位是一 个扇区. 使用 s v单一电源供电， 读写操作使用同一电 源， 省去了 12 v的 编程电 湃 v pp。 为了 避免因 人的疏忽或者系 统上电、 掉电等因素引 起对闪速内 存的 误写操作， i l 硕 士 论 文新型汽车行驶记录仪的研制与应用 af29c 04o a还设置了软 件数 据保护s d p( s d ft w are d ata p r o te 州on) 功能。 2 .芯片选用原因及连接 由于汽车行驶记录仪要记录大量的数据， 包括实时数据和历史数据， 数据量至少 达到32 k字节，但历史数据并不需要经常 访问， 一般只是在写u盘和串口 通 信时 才 用到这些数据。因此选用 at29c o 40a可以满足系统的要求。它提供 s izk字节的空 间， 可以记 录下3 6 0 个小 时的速度和其他 状态 信息， 即使将来系统需 要更大的 存储容 量，a t 2 9 c o 40a也能够满足要求。存储器与微控器的硬件连接如图2. 3 一 2 . 1 所示。 口么口0帕 险尸哟 卜价卜眺 q之0一 风卜 压卜陡厂 n一丈呀 卜1丈 目缤 dqa 00一阅 匕一祀 竹一峨 入工v 9011 竹q 嘴q工 州ql 口么0 no、1 一ojl 图2 庄2 . i a r 2 9c04 0a 的硬件连接图 2. 3 :2铁电存储器 f m1 8 0 8 1 .芯片介绍 f r a m存储 器技术的 核心是微小的铁电晶体 集成到记忆体单元， 以 至于 它能 像快 速的不挥 发 r a m 一 样操作。 当 一个电 场被加到 铁电晶 体，中 心原子顺着电 场的 方 向 移动，移去电 场，中 心原子 保持不 动， 保存记忆体的 状态， f r a 五 4记 忆体不 需要 定期刷新，掉电后立即保存数据. f m 1 80 8 就是r aj 旧 tron 公司近年推出的 一款并行接口 掉电不挥发 存储器， 它结合 了高性能和低功耗操作，能在没有电源的情况下保存数据。f r a m 克服了 e e p r o m 硕 上 论文新型汽车行驶记录仪的研制与应用 和f l a s h 写入时间长、 擦写次数少的 缺点， 其价格又比相同 容量的 不挥发铿电s r a m 低很多.该存储器相比其它类型的存储器有三大特点: . 几乎 可以 像r a m那样无限 次写入; . 可随 总线速度写入而无须任何写等 待时 间: . 超低功耗。 2 .引脚定义 阳18 0 8 有 28脚的p d ip和s o ic封装形式， 我们采用的p d ip封装引脚功能 如下 表2 3 念21 所示。 表 2 . 3 2 2 . i f m1 8 o s 引脚功能 引脚性质名称 说明 a仆 a1 4输入 地址线地址数据在 c e的下降沿被锁定 d q o 一 d q 7 刀0 数据线数据线 ce 输入片选 当c e 为 低时， 芯片被选中 oe输入 输出使能 当o e 为低时， f m1 8 0 8 把数据送到 总线;当o e为高，数据线为高阻 we 输入 写使能 当 we为低时，总线的数据写入被 a o 一 a14所决定的地址中 vdd 电源电压输入 s v供电电压 vss 电源地 地 3 .工作原理 f m1 808 具有10 0 亿次的读写寿命，比 其他类型的存 储器寿命要高很多。 尽管 如 此，其读写寿命也是有限的，如果对 f m1808 的工作原理及内部结构有所了解， 则在 使用时 就可根据其结构 特点合 理使用存储单 元以延 长其读写寿命。 (l ) 存 储器的 结构与读写寿命 f r a m可 提供比 其它非易失性存 储器高 得多 的写持久 性， 然而 在存储器 读写次数 达到10 0 亿次以 后， 在一定 程度上会造成f r a m操作出错 概率的 增加，即 写入存储 器的 数据会丢失， 而存 储器的内 容却仍然可 被正常读出 。 为 此， 我们可以 根据数据读 写的频繁程度，将数据保存在不同的区域中以进行操作。 f l 屯 入 m的 独特性在于每一次的读 操作都 会破坏原 有的 数据， 因此必须在完成 读操 作后再执行一个回写 过程， 这样， 每执行一次 读操作， 同 样会减少一次读写寿命。 其 内部结 构框图如图2 3.2 . 2 1 所示。图中f m 1 8 0 8 的32k b yt e 存储器阵 列被划分为32 块， 每块是ik、 sb it ， 该ik、 s bi t 的每 个块包括2 56行和4 列， 地址 线a o 一 a 7 对行选 择译码， a s a9对列选择译码，由于 每完全访问一行都 将减少 一次寿 命，因 此， 采 l 3 硕l 论 文新型汽车行驶记录仪的研制与应用 用 此种排列方案 可很容易 地在一个块内均匀进行周期 读写， 例如2 56个字节的 数据无 须两次访问同 一行即可被顺序访问，图2. 3. 2 念 2 给出了f m1 808 中一 个 ik、 sb it 存储 块的结构图。 逻 l 地 : 址 锁 存 块译码器 l日 一i一， 兰 鞠巫 艺 一 l . 行译码器 沙 乙i b 七 又 占 f r a m阵列 列译码器 l日 f o锁存总 线驱动器 图2 1 2.2 . i f m招0 8 内部结构框图 ( a1 4 a1 0) 盯 agallblobolb00b ao a70 0 h 0 1 h0 2 hf dhf e hf fh 图2 ， 3 2 2 2 f m1 8 0 8 中的存储 块 ( 块4 ) 结构 f m1 808 使用a 10 a 14高 位地址线来 选择32个不同 的存储器块，由 于存储器每 行不 能超过 块的界限，因 此读写操 作频率不同 的数 据应放在不同的 块中。 ( 2 ) f m1 8 o s 的 操作 f m1 8 o s 的功能真值表 2. 3 2 念2 如下所示。 硕 l 论 文 新型汽布行驶记录仪的研制与应用 表2 3 2 之2f m1 8 0 8功能真值表 ceoe we 方式功能 1 xx非选芯片未选中 0l 4 写d q o7 的内容 写入a o a 14地址单元 0l l 读 将a o 八 a i4地址内 容单元输出 到d q o 7 备 xx 锁存c e的下降沿锁定地址数据 f m1808 的读与写操作通常发生在同一时间间隔内， 地址都在 c e下降沿被锁存， 存储器读周期一旦开始，应使 c e保持不变，地址值可在满足保持时间参数的基础上 发生改变。写 操作由c e和w e 控制， 当c e 有效时， we 应先为低电 平. f r a m没 有写延时， 读与写访问时间是 一致的， 整个 存储器操作一般在一 个总 线周期出 现。 因 此， 任何操 作都能 在一 个写操作后立即进行， 而不像e e pro m需 要通过判断 来确定 写操作是否完成。 ( 3 ) f m1 8 o s 的设计及 应用要点 f m1 808 的每 一次 访问都必 须保证c e由 高到低的 跃变， 这是f m18 0g 与s r a m 唯一的不同，c e每次访问均须选通地址的原因有两个，其一是要锁存新地址，其二 是当 c e为高电平时，建立铁电 存储器必须 预充电，因 此， 在应用设 计时必须 改变 c e的选通方式，以保证在时序上满足f m1 8 08 访问存储器的需要。 因 为f r a m存储器在任何电 源电 压下都不会 被终止访问，所以f m1 8 够 无须电 源监 控系统，此外，还要注意存 储器的 分块使用以延长 使用寿命。 4 .芯片 选用原因及连接 由于存储器要配合 c p s模块频繁存储实时数据，对其存储器擦写次数有一定要 求. f m 1 8 08具有 100 亿次的读 写寿命，即 使每秒进行30 次读写操作， 寿命时限 也 可至少保证 10 年，对本汽车行驶记录仪来说己经足够，同时兼具 r am 的快速写入 特性和r o m 的非易失性。其硬件连接如图2. 3 一 2 2.3 所示。 图2 3 一2. 2. 3 f m18 0 8 硬件连接图