北斗卫星导航系统行车记录仪的设计优化分析

蒋建华

摘 要如今，车辆已经成为人们生活水平提升的一个标志，拥有私家车的人也越来越多，为了使行车更加安全，行车记录仪成为车辆必不可少的一个车辆行驶的记录仪器，北斗卫星导航系统的出现为行车记录仪发扎创造了条件，提供了必要的技术支持。本文将主要分析北斗卫星导航系统行车记录仪的设计思路、硬件原理，为GNSSS定位数据漂移、处理提供依据。

【关键词】北斗卫星导航 行车记录仪 设计思路

随着不断研究与建设北斗系统空间端与地基增强系统，北斗系统在导航、信号捕捉、信号跟踪以及精度授权、抗干扰性上有了全新的突破，被广泛认可与接受，成为美国全球定位系统GPS之后又一导航技术性突破，与俄罗斯GLONASSS与GPS并肩成为世界三大成熟卫星导航系统。依靠超强稳定性、覆盖率以及开放兼容性被社会各领域广泛应用，下面将对其在行车记录仪设计优化上的应用详细介绍。

1 行车记录仪功能简介

行车记录仪功能主要包括基本的导航、行驶速度、行驶位置追踪、记录，还包括照片、驾驶人身份、行驶里程、设备安装等参数的记录；具有较强的判断与分析能力，借助屏幕或者语音能够发出安全警示，对类似超时、超速、非法驾驶等行为进行警示；对车辆状态有一定感知；具有锁定、鉴权以及驾驶员身份认证的功能；具备自检功能，比如，自动对卫星定位与通信模块工作状态进行检查、对主电状态、天线状态、外设运行是否正常的检查。此外，设备还能接收并定位位置数据，通过串口完成数据的输入或者配置；为了使监控管理更加方便使用无线网对设备参数进行查询或者修改，构件更新、复位终端、恢复出厂设置等都是基本功能。

2 北斗卫星系统行车记录仪的硬件架构

依据记录仪所具备的众多功能可以设计出基本的架构。设计过程中选择的移动通信模块为M10，主要任务是MMI人机界面交互、远程通信、录音以及移动电话；使用ARM Cortex-M3内核微型控制器，能够实现拍照、采集数据以及存储信息、事件判断；使用UM220北斗芯片；为了确保在事故发生时自动恢复出厂功能使数据得以保存完整使用铁电存储器，确保数据能在不同环境下自动恢复。硬件框架图如图1所示。

3 软件技术与对策

3.1 GNSS定位漂移

首先，在北斗芯片得到定位以后将4个点去除，此节点作为上次启动芯片的最后一个定位位置，能防止出现硬件不稳或者定位时间缩短，能够弥补定位不准这一不足，使定位位置信息保持连贯性。其次，对速度最大阈值进行设置，如果NMEA速度比此刻的值高可以将节点去除。比如，跑车在地面最高时速不会超过360km/h，如果漂移则可以将该点去除，两个点距离均超出了阈值，也要丢弃后面一点。还要对速度最小阈值进行设置，NMEA两点速度相加低于最小阈值将使设备静止，如果速度恢复到0则位置信息可使用上一次的点数据，从而将静态漂移消除。

3.2 数据处理

依据以上硬件特性，LPC1678上带有NVRAM与EEPROM还增设了一个铁电存储器都对SD卡与U盘提供支持。并且对NMVRM进行代码升级，对设备初始值与参数进行配置；铁电存储器能够应用在临时变数的保存上，间隔0.1s的速度传感器能够分辨状态信号、位置信号灯信息；SD卡与U盘都能对参数进行修改与调整，能以文件形式对数据进行存储。在对数据进行处理过程中，能按照事件的不同对不同文件进行处理，包含外源电源的接入、驾驶员登录、修改参数、疑问解答、行驶速度以及位置信息等。在拍照时可区分不同的事件将其存放在以下目录中。具体见下图2所示。

对不同数据进行处理过程中，需要依据不同需求将其写入到SD卡内。包括速度、位置信息等需求，将疑问、疲劳驾驶情况、拍照、速度等都写到文件中最终生成目录。如果发生某个文件相互冲突的情况会出现乱码或者存储错误的情况。因为是单线程，在操作或者执行命令时会出现中断或者漏存等问题。该问题的解决要对数据的RAM部分冗余进行采集，在编写其他文件时，可以将数据继续存在RAM中，防止出现相互冲突的情况。鉴于存储的空间不足，需要定期对文件进行清理。以位置信息的文件存储为例，如果是双倍的容量，则在生成正式文件以外还要准备一个备份文件，目的是正式文件存储满以后可以将多余文件复制到备份文件中。

3.3 数据的传输

通过图1可以发现，北斗与前面板、M10三个是串口形式存在，能够同时发送数据到LPC1788。在单线程存储已满的情况下，会出现响应中断或者数据丢失的情况，比如，LPC1788在照片上传处理中，需要及时将M10录音数据保存。要想解决这些问题可以以双向确认方式进行连接，但是此过程较为复杂并且运行效率较低。可以使用非连接协议使发包更加直接，但需要增加流量控制，以为LPC1788留出更多的时间对数据进行处理，能够使数据传送的可靠性增强。

可以将北斗数据接收中断作为设置最高级，将M10设置在前面，使前面的面板尽量低一些，M10与LPC1788使用GPIO对RTS进行模拟，也可以同时接收数据，并允许数据发送。每次发送数据时，都要对本地的CTS进行查询，主要是查看数据是否发送成功。如果M10与LPC1788接收的数据超出了阈值范围则要对本地RTS进行设置，设置对方发送数据的禁止；完成处理以后就要对本地的RTS允许接收数据清楚，因为通信采取非连接协议，会增加误码的出现几率。解决这一问题可以通过命令补包或者平台补包的方式，将上传平台效率提高。如果突然出现CTS过高状态，则要将多媒体ID与末端上传到分包序列中，将与M10数据发送流程退出。通过监控平台发包或者对命令补包，也可以自行补包将上传效率提高，增强上传感受。以某多媒体分包传送数据为例，将缓冲发送队列开启，如果出现CTS过高，退出序列与数据发送流程，在主涵上依次访问CTS。如果CTS过低，则可以对参数进行排列，重新对数据传送的M10执行，按照临时文件分包序号地址发送数据文件。

4 结束语

综上，本文主要对北斗行车记录仪功能与硬件设计思路等进行了分析，并探讨了研发当中存在的一些问题基于这些问题提出了几点方案优化对策。当前，北斗卫星导航已经成为最新的导航系统，稳定性与精确性较高，将其作为行车仪记录的研发技术支持能够获得更好的研究效果，推进行车记录仪的不断进步与发展。

参考文献

[1]李飞龙，李广侠，李志强等.基于多层分簇的北斗卫星导航系统拓扑结构与路由策略[J].通信学报，2014，35（10）：31-41.

[2]刘江，蔡伯根，王剑等.地图辅助北斗/惯导组合的列车轨道占用估计方法[J].铁道学报，2014（3）：49-58.

[3]龚航，杨文可，刘增军等.卫星双向与单向载波联合的北斗星载钟短稳评估方法[J].国防科技大学学报，2013，35（3）：158-163.

[4]靖守让，李柏渝，刘文祥等.地球静止轨道粗定位的北斗系统接收机快速定位方法[J].国防科技大学学报，2015（4）：77-81.

[5]古全美.基于行车记录仪的港口物流统计检测系统设计[J].物流技术，2014（11）：446-447，450.

[6]杨敬锋，苏奎，方秋水等.基于带卫星定位功能行车记录仪的重点营运车辆信息化动态安全监管模式研究[J].测绘与空间地理信息，2013，36（12）：28-30.

[7]梁景裕.汽车电子高度集成化路畅畅安导航内置行车记录仪体验评测[J].消费电子，2014（17）：64-65.

[8]钟佳德.台湾制造1080P高清画质TOPMORE高清行车记录仪HR3体验评测[J].消费电子，2014（21）：69-69.

作者单位

深圳市京华电子股份有限公司 广东省深圳市 518031