汽车行驶记录仪的抗干扰技术研究

范　焘

摘要：汽车行驶记录仪对于物流运输、智能交通系统的发展具有重要意义，然而汽车行驶记录仪的工作环境非常恶劣，干扰严重，其正常工作受到影响。文章对影响汽车行驶记录仪的各项干扰进行了分析，提出了相应的抗干扰技术，能有效提高汽车行驶记录仪的工作可靠性。

关键词：汽车行驶记录仪；抗干扰；可靠性；EMC

中图分类号：U463文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0007-02

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、存储并实现数据传输及实时报警的数字式电子记录装置。汽车行驶记录仪的使用，对遏制疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、交通事故的分析鉴定等方面起到了重要的作用，有效地保障了车辆行驶安全及道路畅通。2003年9月1日，我国开始实施汽车行驶记录仪国家标准（GB/T19056-2003），使得汽车行驶记录仪的生产和使用有了较大的发展。然而，汽车行驶记录仪的工作环境非常复杂，干扰严重，其工作可靠性受到考验。文中从分析干扰源着手，提出相应的应对措施，能有效提高汽车行驶记录仪的可靠性。

一、干扰来源

汽车行驶记录仪的抗干扰性是指在一定的条件下，系统受到外界扰动后，仍然能够完成规定功能的能力。提高系统的可靠性，要从外界扰动分析来着手，查明扰动产生的原因，然后根据原因找到解决方法。

一般来讲，记录仪的工作环境往往十分恶劣，影响记录仪正常工作的因素通常可以分为三类：一类是汽车中恶劣多变的温度和湿度环境，会使电子元件产生难以预料的信号漂移，从而形成干扰。甚至有温度过高导致电解电容爆裂的情况。

其次是车辆行驶过程中的机械振动造成的影响。机械振动的影响是显而易见的，可能会导致器件松动、导线断裂等物理损坏。

最后一类则是电磁干扰，它是影响记录仪正常工作的主要因素。汽车处在工作状态时，电磁干扰相当突出，汽车上存在许多噪声源，如刮水器电动机、燃油泵、火花点火线圈、空调起动器、交流发电机线缆连接的间歇切断，以及某些无线电子设备，如手机和车载电台等。这些干扰源不但会产生从低频到高频的复杂电磁场，还会影响系统电源的稳定性，轻则会影响系统的正常工作，严重时会损坏电子设备。

二、抗干扰技术

上述干扰会影响汽车行驶记录仪的正常工作，一些实验室工作良好的记录仪安装到车上以后，往往会出现各种各样的问题。要使这些记录仪能稳定可靠地工作，就必须有效地消除上述干扰，文中从硬件和软件两方面提出消除干扰的措施。

（一） 硬件抗干扰技术

针对环境温度变化和机械振动对记录仪可靠性的影响可以通过元器件的选择和加固来消除或降低，例如可以选择宽温元件、把记录仪置于温度变化相对较小的地方，采用航空插头来避免线路脱落等。

对抑制电磁干扰的影响应该从干扰源、传播途径和受扰设备这三方面着手。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原因；其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗干扰能力，降低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，常用的方法有屏蔽、隔离、接地和滤波等。

1．屏蔽。屏蔽是指用屏蔽体把通过空间进行电场、磁场或电磁场耦合的部分隔离开来，割断其空间场的耦合通道。屏蔽的方法通常是用低电阻材料作为屏蔽体，把需要隔离的部分包围起来。被隔离的部分既可以是干扰源，也可以是易受干扰的部分。这样，既屏蔽了被隔离部分向外施加干扰，也屏蔽了被隔离部分接受外来的干扰。

2．隔离。信号隔离的目的是从电路上把干扰源和易被干扰的部分隔离开，使两个相互通信的设备之间仅保持信号联系，但不发生直接电的联系。隔离的实质就是把会引入干扰的通道切断，从而达到隔离现场的目的。常用的隔离方式有：光电隔离、继电器隔离、变压器隔离等。

3．接地。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声。一点接地又有串联一点接地和并联一点接地两种方式。串联一点接地的方式会导致各接地点电位不同，而且还要受其他电路工作电流的影响。而并联一点接地的方式中各电路的电位仅与本电路的地电流和地电阻有关，可以避免各个工作电路的地电流耦合，减少互相干扰，但在高频电路中地线阻抗的感抗分量增大，因此在高频电路中应采用多点接地方式。

在实际应用中很难实现“一点接地”，因此，为降低接地阻抗、消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。

4．滤波。滤波技术是电磁兼容性设计的主要技术之一，是属于电磁兼容性措施中频谱方面的技术措施，其基本用途是选择信号和抑制干扰。

最后，对不稳定电源的影响除了采取稳压滤波外，还可采取电源冗余技术。例如某些汽车点火启动瞬间，系统供电电压会快速降低，对记录仪产生很大的拉电流，使记录仪产生欠压复位。如果采用电池作为冗余电源，则能保证记录仪的正常工作，电压不受影响。

（二）软件抗干扰技术

在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好的特点越来越受到重视。在实际应用中，消除模拟输入信号的噪声（如数字滤波技术）和程序运行混乱时使程序重入正轨的方法是软件抗干扰研究的主要内容。

1．指令冗余。CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若在取指令时刻落在操作数上，误将操作数当做操作码，程序将出错。若飞到了三字节指令，出错几率更大。在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写（称为指令冗余）。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的空操作。这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令的存在，避免了后面的指令被当做操作数执行，程序自动纳入正轨。此外，对系统流向起重要作用的指令如跳转、返回等指令之前插入两条空操作指令，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。

2．拦截技术。所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用，通过软件陷阱拦截乱飞程序，将其引向指定位置再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址的指令。

3．软件看门狗技术。失控的程序进入死循环通常采用看门狗技术使程序脱离死循环。看门狗技术是通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入死循环，需进行出错处理。看门狗技术可由硬件实现，也可由软件实现，有些情况下系统工作环境中的严重干扰会破坏中断方式控制字，关闭中断，则系统无法定时“喂狗”，硬件看门狗电路失效，而软件看门狗可有效地解决这类问题。

三、结语

文中提出的措施在笔者完成的课题“基于GPS的汽车行驶记录仪研究与实现”中得到应用，证明能有效提高汽车行驶记录仪的抗干扰能力。但由于汽车工作环境复杂多变，加上成本不同等原因，使得抗干扰技术措施的采用具有多种限制因素，设计者需要结合车型、成本等因素合理组织和采用软硬件抗干扰技术。

参考文献

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[3]黄伟．汽车电磁干扰对行驶记录仪工作的影响[J]．城市车辆，2004，（4）．

[4]Eiichi Taniguchi．Intelligent transportation system based dynamic vehicle routing and scheduling with variable travel times[J]．Transportation Research，2004，12（3）．

作者简介：范焘（1980－），男，四川南溪人，四川理工学院硕士，研究方向：嵌入式控制与仪表智能化技术。