基于CAN的汽车行驶记录仪的设计

2013-03-05李勉

汽车零部件 2013年4期

李勉

(广东水利电力职业技术学院，广东广州 510635)

0 引言

汽车行驶记录仪，俗称汽车黑匣子，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、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。它能够准确记录汽车在行驶过程中的各项状态信息，能为事故分析提供精确的关键数据［1］。它能够遏制超速行驶和疲劳驾驶等交通违章，提高驾驶员的责任心。统计资料表明:汽车行驶记录仪的使用，使交通事故率降低了37%～52%，减少了人员伤亡和财产损失，产生了显著的社会效益和经济效益［2］。作者设计一种基于CAN的汽车行驶记录仪。

1 系统总体方案

1.1 系统基本功能

该系统需要具备以下功能:

(1)自检功能。通电后会对系统各部件及接口进行检测，自检通过后“嘀的”一声响提示用户记录仪开始正常工作;

(2)车辆行驶状态信息记录功能。记录仪保存最近10次停车前20 s的车辆行驶状态信息;

(3)声音报警及记录功能。当汽车超过设置的超速值或连续行车超过设置的时间值时，会立刻报警提醒，并记录下来;

(4)数据通讯功能。可通过USB或串口采集记录仪数据、设置参数、管理车辆信息。

(5)显示功能。通过LCD显示平均车速记录、超时驾驶记录、超速记录及车辆的状态信息。

1.2 系统总体结构

根据上面的需求，设计该系统的总体框图。系统主要由信息采集、信息传输、信息处理、LCD显示以及数据存储组成，如图1所示。把采集的信息经过CAN总线传输到主控制器中，主控制器根据信息状态作出相应处理，并把信息保存于数据存储器中。当需要分析数据时，连接该系统的串口或USB来获取采集的信息。

2 系统硬件设计

2.1 控制器

控制器的选择既要满足设计所要求的控制功能，也要拥有相对丰富的资源。信息处理的控制器选择Motorola公司的16位单片机MC68HC912D60A，具有60 KB的FLASH、1 KB的EEPROM、2 KB的RAM、USBHost功能、多达48个GPIO引脚、SPI、CAN接口等功能。信息采集的控制器选择ATMEL公司的8位单片机Atmega8，具有高性能、低功耗、先进的RISC结构、8 KB的 FLASH、512字节的 EEPROM、1 KB的 RAM、SPI、6通道AD等功能。

2.2 速度信息的采集

车速测量的工作原理是:根据变速箱第二轴驱动的涡轮轴转盘每转动一圈，霍尔转速传感器就输出一个脉冲信号，在指定时间收集到脉冲信号的数目，再经过特定处理换算成速度。在时间t(h)里，霍尔转速传感器产生脉冲的数目为N，车速里程表的速比为1∶M(也就是说，当汽车以1 km/h速度行驶时，霍尔传感器每小时产生脉冲数为M)。可得在时间t里，汽车的行驶里程为D=N/M(km);

车速为v=D/t=N/(M×t)(km/h);

该系统选用HK16霍尔转速传感器。它是一种新型的转速传感器，感应对象为磁钢。由于安装使用方便、通用性好，已被广泛应用于各种领域。Atmega8利用霍尔传感器测量汽车的速度与里程，通过CAN总线传给MC68HC912D60A进行信息处理。

2.3 胎压信息的采集

胎压测量的工作原理是:将传感器置于轮胎气门嘴上，不同的气压对应着不同的电压值，通过采集传感器的输出电压，间接测量气压值。该系统选用GE公司的NPX-C01780传感器。它集成了硅压力传感器、加速度传感器、温度传感器、电压传感器和低功耗8位RISC处理器以及一个低频唤醒功能，具有极佳的轮胎介质兼容性，可监测450/700/900/1400 kPa多种压力范围，并可定制量程，满足了系统各方面的性能要求。NPX-C01780通过无线发射模块MC33493将采集的电气值传输到接收端。接收端是Atmega8通过无线接收模块MC33594接收电压值，再通过CAN总线传给MC68HC912D60A进行信息处理。

2.4 温度信息的采集

温度测量主要是测车内的温度和蓄电池的温度。该系统选用单总线数字温度传感器DS18B20，其测量范围是－55～125℃，默认转换精度是9位二进制数，对应精度为0.5℃。一条总线上可以同时挂载多个DS18B20，靠内部的全球唯一标识的64位序列号来区分。Atmega8利用DS18B20测量各点的温度值，通过CAN总线传给MC68HC912D60A进行信息处理。

2.5 电流信息的采集

电流测量是电流输入到电流传感器转换成电压，再送往Atmega8的AD引脚进行采集，最后将电压值再换算成电流值。该系统采用电流传感器DHKY3-100A，能测量两组电流。Atmega8将电流值通过CAN总线传给MC68HC912D60A进行信息处理。

2.6 开关量信息的采集

该系统的开关量包括:车门、车灯、刹车、挡位、安全带以及安全气囊等状态。为了提高系统的稳定性，开关信号经过光耦隔离后直接连接到MC68HC912D60A。系统每隔0.2 s对开关量进行一次采集。

2.7 数据存储的设计

根据国标规定，记录仪应能以不大于0.2 s的时间间隔持续记录并存储停车前20 s实时时间对应的车辆行驶速度及车辆制动状态信号，记录次数至少为10次［2］。需要存储的实时行驶数据包含以下信息:索引，1个字节;日期和时间，6个字节;驾驶员代码，2个字节;速度，1个字节;胎压，1个字节;温度，2个字节;电流，2个字节;开关量信号共占2个字节。每0.2 s采集一次速度、胎压、温度、电流以及开关量信号，则1秒记录的实时行驶数据帧占用空间为1+6+2+(1+1+2+2+2)×5=49字节。每次停车前20 s记录的数据占用空间为49×20=980字节。10次停车的数据占用空间为980×10=9800字节=9.57 KB。本系统选用二线制串行EEPROM芯片AT24C16。其容量为16 KB，具有输入引脚经施密特触发器滤波抑制噪声、高可靠性、1000000次读写次数、数据保存100年等特点，被广泛应用于低电压及低功耗的工商业领域。

3 系统软件设计

3.1 主程序的设计

图2是系统主程序的流程图。系统初始化包括信息处理节点以及各个信息采集节点的硬件初始化，如果有节点出现故障，立即进行报警。系统自检通过后，每0.2 s采集汽车的实时数据;如果有节点出现故障就立即报警;如果正常获得数据，就传输给信息处理节点;先判断有没有超速并作相应处理，再保存实时数据;把相关信息显示在LCD上。

3.2 信息采集节点软件的设计

信息采集包括速度、胎压、温度以及电流，采用相同的流程图，如图3。CAN总线采用的是多主传输方式，只需要使用两根物理传输线就可以在整个CAN网络范围内进行数据传输，任何CAN节点都可以进行信息的发送和接受［3－4］。控制器Atmega8首先对传感器、CAN控制器和CAN收发器进行初始化;如果硬件出问题，就报警并重新初始化设置;在硬件正常的情况下，等待信息处理节点传输过来的采集命令，然后采集信息并传输回去。