用于混凝土搅拌车的行驶记录仪的设计与实现

2022-06-03韦晶童晓斌唐美娟

工程建设与设计 2022年9期

韦晶，童晓斌，唐美娟

（湖南三一智能控制设备有限公司，长沙 410100）

1 引言

随着建筑行业的不断发展，混凝土的用量不断增加。利用混凝土搅拌车运送混凝土不仅能够保证混凝土浇筑质量，节省水泥综合费用，降低工程成本，还可以减少噪声、粉尘、残留物对环境的污染[1]。混凝土搅拌车在给现代化建设带来极大便利的同时，混凝土搅拌车的交通事故也在逐年增多，其中约90%的交通事故是由超速和疲劳驾驶引起的。为了减少人员伤亡和财产损失，研发了适用于混凝土搅拌车的行驶记录仪，它是一种对车辆行驶速度、时间、里程以及车辆状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置[2]。混凝土搅拌车行驶记录仪的使用，对遏止疲劳驾驶、车辆超速等交通违章行为以及对道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用[3，4]。

2 总体设计

根据GB/T 19056—2012《汽车行驶记录仪》，设计了一款基于ARM LPC1778 微处理器的行驶记录仪，它不仅能采集、记录车辆的行驶数据（行驶速度、时间、里程等），还能实时采集搅拌车的工况数据（油位、水温等），对疲劳驾驶、超速等违规行为进行语音报警，并将采集的数据定时上报其对接的货运平台。

系统以微处理器为核心，包括数据采集模块、数据存储模块、GPS 和GPRS 模块、显示和打印模块、语音报警模块和电源模块，系统方框如图1 所示。

图1 系统方框图

3 系统硬件设计

系统核心处理器采用的是NXP 公司的LPC1778 处理器，该处理器主要用于工业控制领域，内置512 kB 的FLASH 存储器存放程序代码，当任务运行时，程序直接在FLASH 中运行，执行速度快。外扩了128 M NorFLASH 和256 kB MRAM作为存储模块。

数据采集模块使用微处理器内置的GPIO 采集汽车行驶过程中的开关量（近光灯、远光灯、右转向、左转向，开车门、喇叭、制动、点火状态、鱼雷罐转动方向）和模拟量（车速、油位等）。

GPS 模块采用的是BD-83 双模接收机模块，支持GPS 和BD2 的单系统定位和双系统联合定位，内置天线检测及天线短路保护功能。GPRS 模块采用的是G610 模块，支持全球通用的850/900/1 800/1 900 MHz 四频，内置TCP/IP 协议栈。语音报警模块采用SYN6288 语音合成芯片，通过异步串口（UART）的通信方式，实现文本到语音的转换。打印模块采用JX-705-48R 系列热敏打印机，通过微处理器的PWM 输出驱动。

电源是整个系统的关键点，关乎系统运行的稳定性，由于记录仪用于混凝土搅拌车，根据工业现场标准，采用24 V 稳压直流源。电源模块采用降压调整器LM2596S-5.0 将24VDC输入转为5 VDC 输出。采用线性稳压器LP3872EMP-3.3 将4.2 V 转为3.3 V，给微处理器供电。如图2 所示。

图2 电源原理图

4 系统软件设计

本系统软件采用模块化的方式，基于UCOS-II 多任务实时操作系统，对系统中建立的任务分配优先级，任务间的通信主要采用共享全局变量的方式，利用宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()，确保在访问变量的时候，不会有其他的任务或中断同时访问这个变量，软件主流程图如图3 所示。

图3 软件主流程图

记录仪与货运平台的数据交互，采用GPRS 无线通信方式，记录仪作为客户端，货运平台作为服务器。无线通信采用GPRS 模块的AT 指令编程，首先GPRS 模块初始化，自适应传输波特率，然后检查SIM 卡和网络注册情况，注册成功就配置网络套接字（Socket），开启一个Socket，建立与货运平台的TCP 或UDP 连接。连接成功后通过串口中断接收服务器端数据，进行相应的数据处理，并定时通过AT+MIPSEND 指令发送位置等工况信息到货运平台，流程图如图4 所示。