1、基于单片机的汽车行驶状态记录仪 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页本科毕业设计基于单片机的汽车行驶状态记录仪摘 要汽 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。目前全国各地客运公司、物流公司、旅游公司及危险品运输公司、公交集团及企事业单位都在紧张有序地安装汽车行驶记录仪。本论文首先对汽车行驶状态记录仪进行了简单的介绍，分析了汽车行驶记录仪的研究背景及意义，说明了国内外的研究水平和发展趋势；其次提出了系统的方案设计；紧接着是对汽车行驶记录仪硬件电路的设计，其中包括了电源模块、信号采集模块
2、、单片机模块、键盘模块、存储器模块、显示模块、时钟模块、报警模块等；最后是汽车行驶记录仪几个主要软件的程序设计，包括信号采集程序、数据存储程序、停车预处理程序等。汽车行驶记录仪由于其便携性、可靠性、通用性，在行驶安全、交通执法、运输管理等方面有着重要的作用。随着我国开始建设智能交通系统的进程，汽车行驶记录仪将成为确保现代交通运输安全和高效物流动态运营管理不可或缺的一环。关键词：汽 车 行 驶 记 录 仪 ； 发 展 趋 势 ； 单 片 机 ； 模 块 设 计 ； 程 序 设 计基于单片机的汽车行驶状态记录仪 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页Based on SCM of automob
3、ile driving state recorderAbstractCar driving recorder, commonly known as the automobile black box, it is the vehicle speed, time, mileage and vehicles other status information recording and storage can be realized through the interface and the data output of the digital electronic recording device.
4、 At present all over the country passenger transportation companies, logistics companies, tourism companies and dangerous goods transport companies, bus group, and all enterprises and institutions in the nervous and orderly to install the car recorder. State in this paper, first of all, on the car r
5、ecorder has carried on the simple introduction, analyzed the research background and significance of vehicle data recorder, illustrates the research level and development trend at home and abroad; Secondly puts forward the system of scheme design; Followed by the hardware circuit design of the vehic
6、le data recorder, including the power supply module, signal acquisition module, MCU module, keyboard module, memory module, display module, clock module, alarm module, etc.; The last is the program design of several major vehicle data recorder software, including signal acquisition program, data sto
7、rage, parking preprocessing procedures, etc. Due to its portability vehicle data recorder, reliability, versatility, in road safety, traffic law enforcement, transportation management plays an important role. Start construction process of intelligent transportation systems, along with our country wi
8、ll become the vehicle data recorder to ensure that the modern transportation safety and efficient dynamic operation management an integral part of logistics. Keywords: Car driving recorder; Development trends; Single chip microcomputer; Module design; The program design 基于单片机的汽车行驶状态记录仪 辽宁科技大学本科生毕业设计
9、 第 III 页目 录摘 要.IAbstract.II1 绪论 .11.1 汽车行驶记录仪简介 .11.2 汽车行驶记录仪的应用背景 .11.3 国内外汽车行驶记录仪的发展状况 .21.3.1 国外汽车行驶记录仪的发展状况 .21.3.2 国内汽车行驶记录仪的发展状况 .21.4 本设计的研究内容及特点 .32 系统总体方案设计 .42.1 系统总体框图 .42.2 各模块功能需求 .43 汽车行驶记录仪硬件设计 .73.1 电源模块的设计 .73.1.1 设计方案的选择 .73.1.2 电路设计 .73.1.3 掉电保护 .93.2 信号采集模块 .103.2.1 车速信号的采集 .103.
10、2.2 开关量信号的采集 .113.3 单片机模块 .123.3.1 单片机选型 .123.3.2 时钟电路设计 .133.3.3 复位电路设计 .143.4 键盘模块 .143.4.1 设计方案的选择 .143.4.2 电路设计 .143.5 存储器模块 .163.5.1 存储需求分析 .163.5.2 存储方案选择 .173.5.3 存储器选型 .193.6 驾驶员身份识别 .21基于单片机的汽车行驶状态记录仪 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 IV 页3.6.1 设计方案的选择 .213.6.2 电路设计 .223.7 车载主机和上位机之间的数据传输方式 .233.7.1 USB 技术的优
11、势以及 USB 接口在此设计中的应用 .233.7.2 USB 接口的硬件电路设计 .243.7.3 RS232 接口 .253.8 显示模块 .263.8.1 设计方案的选择 .263.8.2 电路的设计 .273.9 时钟模块 .283.9.1 设计方案的选择 .283.9.2 电路的设计 .283.10 热敏打印单元 .303.10.1 设计方案的选择 .303.10.2 接口电路的设计 .303.11 报警模块 .314 软件设计 .324.1 编写程序使用的语言的选择 .324.2 设计方案 .324.2.1 主程序 .324.2.2 信号采集模块子程序设计 .334.2.3 数据存
12、储程序设计 .344.2.4 停车预处理程序 .35结 论 .38致 谢 .39参考文献 .40附 录 .41基于单片机的汽车行驶状态记录仪 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 V 页辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页1 绪论1.1 汽车行驶记录仪简介汽车行驶记录仪是一种安装在车辆上且对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其它状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。它又称汽车工作信息记录仪 1、汽车综合信息记录仪，也有人将其形象地称为汽车电子警察，它能全程同步记录、监控车辆运行状态。利用汽车行驶状态记录仪，通过专用软件可以将汽车行驶轨迹在电脑上完整、准确的再现
13、。汽车行驶记录仪在汽车上已经得到广泛的开发应用，它由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括面板、单片机及辅助电器元件；软件部分包括控制、处理各种数据的仪表功能程序系统。该仪器可实现多种信息处理，显示汽车状况，进行自我诊断，对车速、发动机转速、水温、油压、燃油量、油耗和蓄电池电压等一系列参数进行有效监控。并通过控制发光二极管、液晶显示、蜂鸣器等报警手段，为司乘人员提供直接的汽车状况信息和发出各种超限情况的报警等，可有效防范和化解车辆事故的发生。1.2 汽车行驶记录仪的应用背景汽车行驶状态记录仪的使用，欧盟、日本等国家早在二十世纪70年代就开始以立法的形式在部分客运车辆及货车上强制安装使用记录仪，我国
14、从二十世纪80年代后期开始，在少数地区也曾试用过由国内一些科研机构及企业自主研制的数字式记录仪。目前我国各地正在积极推进汽车行驶记录仪安装使用和监管工作，上海、广州、深圳、西安、哈尔滨等地还将GPS卫星定位系统与汽车行驶记录仪组合使用，在网络的强大支持下，实现实时跟踪监控，使道路 交通事故逐年下降。汽车行驶记录仪由于其便携性、实时性、可靠性、通用性，在行驶安全、交通执法、运输管理等方面有着重要的实际作用和现实意义。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页1.3 国内外汽车行驶记录仪的发展状况1.3.1 国外汽车行驶记录仪的发展状况欧洲是最早制造也是最早强行推行使用汽车行驶记录仪的地区，同时也是目
15、前使用记录仪最多的地区。早在20世纪20年代，行驶记录仪便伴随着汽车里程表而诞生，当时是和汽车速度、里程表结合在一起的。1934年，德国发明了世界上第一台纸盘式行驶记录仪，并于1953年开始对载重超过7吨的车辆强制推行纸盘式行驶记录仪。1970年欧共体通过立法方式在德国、法国、意大利、比利时、卢森堡6个成员国强制推行使用纸盘式记录仪。这种纸盘式行驶记录仪它通过速度传感器测量车辆速度，以机械指针在圆形坐标记录纸上记录车辆的行驶速度、时间、行驶里程，记录结果直观，装置结构相对简单、使用方便。20 世纪70年代后，随着电子和集成模块技术 2、数据总线和一些电子设备（如显示屏、打印机等）的相继引入，汽
16、车行驶记录仪基本形成了电子记录仪样式。但是出于使用习惯和技术安全性方面的考虑，最初的电子式记录仪仍使用纸盘作为记录媒介，甚至直到现在欧盟普遍使用的还是电子式纸盘记录仪。随着电子存储（磁卡或优盘）和安全保障技术的逐步完善，欧盟积极准备更换和推行数字式电子记录仪。20世纪90年代初，德国首先开发了数字式汽车行驶记录仪，且率先规定自2006年5月起新车必须安装使用数字式汽车行驶记录仪。1.3.2 国内汽车行驶记录仪的发展状况我国从1984年就开始了汽车行驶记录仪的研究，并于80年代后期，在少数地区试用国内一些科研机构及企业自主研制的数字式记录仪。以后国内一度出现汽车行驶记录仪热，全国有十几个省市下达
17、了安装汽车行驶记录仪的通知，同时也出现了近百家记录仪生产企业。但由于当时技术水平的制约，特别是当时没有出台相应的技术标准和配套法规，记录仪在使用过程中出现了许多问题，并没有充分发挥它应有的作用，这一热潮很快就冷却下去了。随着我国经济的快速发展，我国道路交通事故也呈上升趋势，尤其是长途客运车辆的重、特大交通事故频发，给国家财产和人民生命财产带来了巨大损失。为了规范我国汽车行驶记录仪产品的生产和标准，落实公安部、交通部、国家安全生产监督管理局关于长途客运车辆逐部安装行车记录仪的通告，保障车辆运行辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页安全，到2003年4月，由公安部、国家标准化管理委员会、国家经贸委
18、起草审定，国家质量监督检查检疫总局发布了汽车行驶记录仪国家标准(GB/T190562003，于2003年9月1日正式实施。从此我国汽车行驶记录仪的研发生产进入了标准化的时代。此后，全国各地也相应出台安装汽车行驶记录仪的文件，记录仪市场掀起了新的热潮。到2004年7月底，全国生产汽车行驶记录仪的企业已达80多家，经公安部交通安全产品质量监督检测中心检测、通过国家标准检测的68家。据不完全统计，全国有广东、四川、吉林、湖南、上海、浙江、广西、江西、河南、新疆、黑龙江等20多个省、自治区、直辖市汽车行驶记录的应用工作取得进展，已安装使用行驶记录仪的客运、货运企业约350多家，车辆约4万辆。1.4 本
19、设计的研究内容及特点本设计针对国内目前的情况，在充分理解国家标准，学习和借鉴国内外车载电子领域已有的成熟经验的基础上，设计开发了一个完整的汽车行驶记录仪统。记录仪模块的处理器 3选用STM32F103，它具有强大的性能、良好的稳定性、方便的扩展性及丰富的通信接口，它通过与外围电路进行合理的配合主要来完成如下功能：1、自检功能；2、实时时间及驾驶时间的采集、记录、存储功能；3、车辆行驶速度、行驶里程的测量、记录、存储功能；4、驾驶员身份记录功能；5、数据显示；6、操作功能；7、数据打印输出功能；8、数据通信功能；9、实时报警功能；10、掉电保护功能。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页2 系统
20、总体方案设计2.1 系统总体框图本课题的目的是制作一个现实中操作性强、价格低廉、运行可靠、能够使学习者直接开发或调试的独立式汽车行驶状态记录仪，使它能够实时监控并记录汽车行驶的各种状态信息，对汽车的运营状况进行全程监控并记录。汽车行驶状态记录仪主要由 11 个模块组成：供电单元、信号采集模块、键盘输入模块、单片机模块、液晶显示模块、驾驶员信息记录模块（IC 卡） 、打印模块、通信模块、存储模块、时钟模块、报警模块等。系统总体框图如图 2.1 所示。图 2.1 系统总体结构框图2.2 各模块功能需求1、自检功能：记录仪通电工作后，应启动开机自动检测 4程序，如果有故障，应有信号提示；如果没有故障
21、，则进入默认显示状态，并以信号提示工作正常。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页2、实时时间及驾驶时间的采集、记录、存储功能：记录仪要求能够提供北京时间日期和时钟，该日期和时钟被用于为记录仪实现所有功能(记录、输出、显示、数据通信等)标注日期和时间。记录仪应能对连续驾驶时间进行记录，连续记录24h数据，记录时间允许误差在5s以内。3、车辆行驶速度、行驶里程的测量、记录、存储功能：记录仪应当能够以不大于0.2s的时间间隔持续记录并储存停车前 20s实时时间对应的车辆行驶速度值及车辆制动状态信号、记录次数至少是10次。速度记录单位是km/h，测量范围为0km/h220km/h，测量分辨率等于或优
22、于lkm/h 。无论车辆在行驶状态还是在停止状态，记录仪均应当能够提供实时时间对应的车辆行驶速度信息。记录仪应能以不大于lmin的时间间隔持续记录并储存车辆在最近360个小时内的行驶状态数据，即车辆在行驶过程中与实时时间相对应的每分钟间隔内的平均行驶速度值。记录仪应能持续记录车辆从指定统计时间开始的累计行驶里程。车辆行驶里程的记录单位是km，行驶里程的测量范围是 0999999.9km，分辨率应等于或优于0.1km。4、驾驶员身份记录功能：记录仪应能实现驾驶人员身份记录功能，应能记录驾驶员代码和公安交通部门核发的机动车驾驶证证号。驾驶员代码为阿拉伯数字，最大长度不超过7位，代码设置方法由使用者根据需要自定；在同一记录仪的数据记录中，某一驾驶员的代码应与机动车驾驶证证号唯一相对应。在每次开车前，驾驶人员应首先确认自己的代码，确认方式由制造商自定。5、数据显示：当无按键操作时，可默认显示车辆的实时行驶速度、实时时钟或驾驶员代码。通过操作按键应能实现如下显示：(1)最近15min内每分钟的平均车速记录；(2)最近2个日历天内同一驾驶员连续驾驶时间超过3h的所有数据记录；(3)车辆特征系数。6、操作功能：操作按键设置应能满足使用要求，并且应在对应的位置标出各按键名称。仅
