太阳能行车记录仪的设计

赵 彦，王増彩

（大连理工大学 城市学院 工程实践中心，辽宁 大连 116600）

0 引言

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，汽车销售量日益增加，这不仅给道路交通带来了巨大的压力，出行汽车的剧增也使得交通事故频频发生，造成人身和财产的损失。在这样的交通环境下，行车记录仪普遍被车主所使用，市场需求越来越大。本文主要针对目前市场中普遍使用的行车记录仪的不足，提出改进方案，从而提高行车记录仪的工作效率。

1 汽车行车记录仪系统整体结构设计

1.1 行车记录仪的功能

汽车行车记录仪类似于飞机上的“黑匣子”，其工作原理就是通过各种传感器来检测车内声音、汽车的加速度、转向和刹车等信息数据，通过高清摄像头来拍摄汽车周围的环境景象和路面情况，并自动保存这些数据，通过接口可实现信息数据的输出，以备调查交通事故责任时所用。

1.2 行车记录仪整体结构设计

本文设计的行车记录仪主要由主控单元、供电电源、显示器、车速传感器、重力传感器、数据通讯接口、数据分析软件和摄像头图像采集系统组成，如图1所示［1］。

图1 行车记录仪的整体结构图

摄像头采集的图像和传感器采集的信号等信息经过处理和转换后都要输送给主控单元，主控单元将信息进行存储，通过数据分析软件对信息进行分析，并将分析结果交由主控单元进行处理，同时将这些图像和数据显示在液晶显示屏上。液晶显示器具有掉电保护功能，突然掉电时会自动保存原有的信息，电源恢复正常后，仍会显示原来的信息。采集到的信息还可通过数据通讯接口进行传输和存储。

2 系统硬件设计

2.1 主控单元模块

主控单元采用MCS－51系列单片机，是系统的核心，主要负责系统的初始化设置、数据信息的接收、存储和处理。单片机是超大规模集成电路技术下的产物，把具有数据处理能力的中央处理器CPU、只读存储器ROM、随机存储器RAM、I/O接口、计时器、定时器（有的还包括D/A转换器、A/D转换器、脉宽调制电路、显示驱动电路等）等集成到一片很小的硅片上，这样就构成了一个功能完善的小型计算机系统，成为设计者们首选的控制器。

2.2 供电电源模块

目前市场上的行车记录仪多采用锂电池供电，但是锂电池对环境要求较高，高温环境下易变形导致无法供电，甚至发生自燃的情况，为防止电池被过充或过放电，需要增加保护电路，这使得供电电源模块过于复杂。车载电源可确保电池的安全，但车载电源都是在汽车启动时才能工作，而熄火之后停止工作。针对这一不足，本文提出采用太阳能电池与车载电源相结合，双电源切换的供电模式。切换的模式有自动切换和手动切换两种，系统初始化默认选择为自动切换模式。

自动切换模式是指当汽车处于启动状态时，行车记录仪采用车载电源供电；当汽车处于熄火状态时，行车记录仪的供电电源自动切换到太阳能电池供电。这样就能够实现对汽车周围环境状况的一天24h不间断实时拍摄和记录，若有交通事故出现，就能很清楚地划分责任。

手动切换模式是指可以手动选择车载供电或是太阳能电池供电。当需要长途开车时，若采用车载供电耗电量大，则可手动切换到太阳能供电模式。

太阳能电池具有节能环保、充放电循环次数高、供电时间长、寿命长的特点。现有的行车记录仪都是单电源供电模块，而本文设计的车载电源和太阳能电源结合的双电源供电模式既优化了供电方式，达到了安全节能的目的，同时又保证了汽车周围环境的实时完整记录。

2.3 太阳能光伏供电系统

太阳能光伏供电系统由太阳能电池组件、DC/DC转换器、光伏充放电控制器、蓄电池组、逆变器等几部分组成，如图2所示。

图2 太阳能光伏发电系统结构框图

太阳能光伏供电系统的基本工作原理是：根据系统的能量需求，把太阳能电池单元串联和并联起来构成电池组件，在太阳光的照射下产生电能，太阳光照越强产生的电能越多，然后经过DC/DC转换为稳定的直流电，一方面供给直流负载，另一方面在太阳光照较强电能充足的情况下，在控制器的控制作用下给蓄电池组充电，蓄电池组对电池组件产生的多余电能进行存储，当出现光照不足或没有光照的情况，控制器控制蓄电池组将存储的电能释放，保证直流负载的供电。若负载的形式是多样的，即含有交流负载，则需要先将直流电经过逆变器转换为交流电，然后再供给交流负载。

2.4 补光模块

影响行车记录仪拍摄图像清晰度的主要因素为光照，尤其是在黑夜，即便是高清摄像头，没有光照也很难拍出清晰的画面，所以本文对行车记录仪的补光模块进行了改善。

目前市场上采用的补光灯多为LED灯，其优点是能耗低、体积小，但是其显色性能差、耐热性差、补光效果一般、价格还偏高，为增长其使用寿命还必须使用专业驱动，很不方便。相比红外线补光同样具有体积小、能耗低的优点，并且在人眼不能可视光源的情况下仍然能够比较清晰地捕捉拍摄，隐藏性好，拍摄效果佳，所以是目前行车记录仪补光模块的最佳选择。

3 系统软件设计

本文基于模块化设计思路进行系统软件设计。系统正常启动后首先进行初始化，初始化结束进入正常工作状态。系统软件部分主要包括主程序模块、初始化模块、电源供电模块和检测模块等功能模块。

3.1 主程序模块设计

行车记录仪存储采集数据时，若出现电量不足的情况，传感器和摄像头将停止工作，单片机必须要对当前记录的文件进行关闭处理，也就是说将采集数据记录总数和文件实际长度都写入文件相关头中。如果对记录文件没有进行正常的关闭处理或者操作失误出现不正确关闭记录文件的情况，就不能找到记录文件的末尾，也就是文件末尾数据丢失，将导致无法打开记录文件。所以，当电源模块电量不足时，即低于某一值X时，电源切换到只给单片机供电，供单片机完成关闭文件处理，同时启用蜂鸣器和发光二极管来提醒用户电源供电不正常［2］。主程序流程图如图3所示。

3.2 电源供电模块

图4为电源供电模块程序流程图，主要用来选择供电方式。

图3 主程序流程图

图4 电源供电模块程序流程图

3.3 检测模块

通过速度传感器来检测车速，当车速异常快时，发出警报信号，同时详细记录车速变化前后的现场完整数据信息。

本设计还增加了重力传感器，用来实时检测车身冲击力。当外界的冲击力大于所设置值，该冲击力发生前后的现场数据信息将被记录下来，可为交通事故提供证据。

4 结束语

行车记录仪的使用在一定程度上给司机们提供了安全保障，当遇到交通事故时，其记录的图像数据更能为执法者提供合理的证据，从而减少经济纠纷，避免他人恶意碰瓷，扼杀了社会中的不良风气。然而，我国行车记录仪起步较晚，随着汽车电子的不断发展，行车记录仪也向着自动化、智能化的方向发展。

［1］白雅伟.基于ARM的新型行车记录仪的研究与设计［D］.武汉：武汉理工大学，2013：13－20.

［2］李俐，谢显中.基于CAN总线的行车记录仪设计［J］.计算机工程与设计，2009，30（22）：5120－5123.