汽车行驶记录仪的软件系统设计.doc

文章编号:1009-1130(2006)04-0055-04汽车行驶记录仪的软件系统设计江琴,朱晓梅,叶梓,胡钢(河海大学计算机及信息工程学院,江苏常州213022)摘要:采用32位嵌入式处理器,应用C/OS"II实时操作系统技术,设计了以ARM7TDMI为内核、由16/32位RISC处理器S3C44B0X构成的汽车行驶记录仪.测试结果表明,该记录仪与同类产品相比较,能更完整、更精确、更多样化地记录汽车行驶时的各种信息,对实际产品的设计具有一定的参考价值.关键词:汽车行驶记录仪;处理器;软件设计;数据通信中图分类号:TP311文献标识码:B汽车行驶记录仪(以下简称记录仪)是一种对车辆行驶速度、时间、里程以及与汽车行驶有关的状态信息进行记录、存储,并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置,俗称汽车黑匣子.汽车安装记录仪后,既便于企业科学管理车辆,又能为交管部门执法监督提供可靠依据;同时记录仪发出的超速报警信号能对驾驶员的实时操作起到有效的监督作用,防止和减少交通事故.在记录仪监控下科学合理行车不但能延长汽车的使用寿命,减少损耗,而且能降低汽车的维护成本1.据了解,记录仪已在世界范围内大量使用,但在我国的安装率还比较低.主要原因是汽车行驶记录仪的国家标准(GB/T19056)颁布的时间不长,通过国家权威部门检测合格的生产记录仪的企业不多,产品种类可选范围不大,性能还有待进一步完善.目前,市场上汽车行驶记录仪的品种不尽相同,但基本上都是由主机、车速传感器(采用电子传感器的车辆不用)、数据分析软件等3部分组成,其中,主机部分微处理器的选择决定了整个系统的性能.然而现有产品的微处理器功能不强,同类产品通用性差.为此本文作者依据国家标准,采用以ARM7TDMI为内核的32位嵌入式处理器,简化外围电路设计,提高了系统的数据处理速度和控制能力;同时应用C/OS"II实时操作系统技术2,简化系统的软件设计,增强了实时性,便于系统进行多任务调度和优先级分配.按照新的设计方案,作者模拟搭建了实际的测试模型.测试结果表明,测试模型与同类产品相比,能更完整、更精确、更多样化地记录汽车行驶时的速度与工况.1功能要求按照国家标准规定,记录仪应能记录汽车运行全过程的时间、速度、里程以及驾驶员的操作行为等信息,具备超速报警、违规记录、驾驶员身份识别、数据打印输出、数据通信、休眠及唤醒等功能.同时要求:a.记录仪在通电开始工作时,必须通过自检,如果记录仪不能正常工作,则发出红闪信号或在显示屏上显示故障信息;若各部分工作正常,则发出绿闪信号或在显示屏上显示“工作正常”.b.记录仪能为其具备的各项功能标注日期和时间.c.记录仪应能根据预先设置的高/低2种速度的门限值(高/低速度门限值通过计算机设定并能自动转换)发出不同的声、光报警信号.d.采用液晶显示屏,为驾驶员和管理员提供必要的车辆行驶信息.当车辆行驶后,实时显示车辆的当前速度和本次里程.汽车静止时,当插入驾驶员卡后能在显示屏的右上角显示驾驶员代码,否则显示当前时间.e.为方便使用和快速浏览车辆的实时及历史数据,记录仪具备按键和2级菜单操作功能.当速度为零时(速度大于零时按键无效),通过面板上的选择键和确认键,可快速地查看车辆信息,这些数据信息亦可通过外接打印机输出.2系统硬件结构为方便系统设计、调试和系统功能的扩展,将记录仪的硬件分为处理器、液晶显示、键盘、打印机、8路开关量检测、4路(2路)门信号开关量检测、汽车速度检测、汽车行驶里程检测、汽车连续行驶时间检测、数据通信、电源、报警等12部分,系统的硬件结构框架如图1所示.由于系统需要并行完成的任务较多,最多时可有8个以上的任务,因此,任务切换操作的频率较高.为方便软件设计,将所有任务交由操作系统统一管理,这样不但能大大降低程序设计的复杂性,而且缩短了系统的设计周期.本系统以S3C44B0X作为处理器,利用它全面、通用的片上外设和强大的内部功能,减少了外扩功能器件的数目;利用它只需编写少量的支持代码,就可完成部分功能器件的工作,用软件代替硬件,大大节省了成本.S3C44B0X是采用ARM7TDMI内核的16/32位RISC处理器.其存储电路包括8 kBcache、内部SRAM;功能模块包括LCD控制器、2通道UART(带有握手协议功能)、4通道DMA、5通道定时器(具有PWM功能)、系统管理器(片选逻辑,FP/EDO/SDRAM控制器)、PLL倍频器和具有日历功能的RTC;接口电路设有I/O端口、8通道10位ADC、IIC!BUS接口、IIS!BUS接口和同步串行接口SIO.3系统软件设计系统软件要求记录仪上电复位后,首先进行自检,对驾驶员身份进行核实(输入序列号);然后显示初始界面(包括当前时间、行驶速度、已行里程等);最后根据速度传感器传过来的脉冲个数以及持续时间判断汽车是否启动,若未启动则返回,若已启动则进入各数据量的检测.在汽车行驶中,记录仪对键盘的操作不予响应,只有当汽车停止后,才能根据键盘操作执行相应程序,完成对应任务.记录仪软件设计包括显示、键盘操作、速度采集、实时时钟、信号量采集、数据传送等,其结构如图2所示.3.1速度采集通过处理器内部自带的定时器5和外部中断2的相互配合便可完成速度采集.定时器5用于0.2 s定时,外部中断2用于对速度传感器输入的脉冲计数.若车轮转动一圈驱动传感器产生的脉冲个数为N,车轮半径为R(m),则汽车的行驶速度v=36Rn/N(km/h)(1)式中,n为由计数器统计的传感器产生的脉冲数.速度检测函数启动时,同时启动定时器5和外部中断2.在0.2 s定时期间,计数器统计传感器输入的脉冲数;0.2 s定时结束,关闭外部中断2,由式(1)计算出汽车的行驶速度并显示.如果需要再次检测,可将计数器清零,重复上述操作.速度采集流程如图3所示.3.2信号量采集记录仪在汽车行驶时需要获取点火器、气压计、报站器、车灯、喇叭、刹车、门开关等设备是否正常工作的信息.为了节省I/O接口,将所有数据分为2部分,一部分为8路开关量,这8路开关量分别来自点火器、气压计、报站器、大灯、叭、刹车、右灯、左灯;另一部分为4路(2路)门信号量.4路(2路)门信号量直接由4路I/O接口采集,利用并转串芯片CD4021实现8路开关量的检测.图4为信号量采集流程图.检测函数启动时,处理器控制P/S口从高电平跳转到低电平,转换使能;此后,C/S口每从高电平向低电平跳转一次,就依次从8路输入口中读取1路数据,通过Q8传送到处理器中,并保存在寄存器eight switch中;当C/S跳转8次后,8路数据转换完毕.3.3数据传送按照国家标准规定,记录仪应能提供用于上位机和下位机通信的标准RS232CD型9针接口,通信内容包括参数配置和信息提取.具体设计时通过键盘按键选择实现参数配置和信息提取.参数配置是对车辆的特征系数(如每公里驱动速度传感器的脉冲数、车辆识别代码、车牌号码、车牌分类、驾驶员代码、驾驶证号码等)、实时时间、可识别编号(唯一性)和初次安装日期的配置.信息提取包括疑点速度数据、车辆特征系数、最近360 h内车辆累计行驶里程、最近2 d内同一驾驶员连续驾驶超过3 h的数据、最近360 h对应的车辆行驶速度等.图5所示为上位机对记录仪进行数据配置的流程图,当从键盘选择配置记录仪菜单后,系统响应中断,调用相关子程序,首先启动配置记录仪程序ConfigVDTR,然后再启动串口.上位机负责向记录仪发送数据配置数据帧,记录仪收到数据帧后,按照规定格式解析接收的数据帧,提取数据,并按照命令字列表将数据配置到相应的寄存器中.如果需要继续配置记录仪,重复上述操作.图6为记录仪向上位机上载数据的流程图.当需要向上位机传送数据时(键盘输入选择),系统首先启动程序Upload Data,然后启动串口.上位机向记录仪发送准备接收数据帧,记录仪收到命令帧后,同样按规定进行解析,并按命令字列表要求将数据上载.如果需要继续上载数据,重复上述操作.4结束语对按照国家标准要求研制的、以32位嵌入式处理器及uCLinux嵌入式操作系统技术为基石3的新型汽车行驶记录仪的测试结果表明:记录仪的软件程序能较完整、精确地记录汽车行驶时的车速与工况,能有效约束驾驶人员不良的驾驶行为,起到了保障车辆安全行驶的作用;其完整的实时数据采集和数据存储功能,能为交通事故的分析鉴定提供可靠依据.参考文献:1王力争.国内外汽车行驶记录仪应用概况J.劳动保护,2004(9):66-67.2Labrosse J J.嵌入式实时操作系统C/OS!M.2版.邵贝贝,译.北京:北京航空航天大学出版社,2003.3杜春雷.ARM体系结构与编程M.北京:清华大学出版社,2003.System Design of Automobile Travel!record InstrumentJIANG Qin,ZHU Xiao!mei,YE Zi,HU Gang(College of Computer&Information Engineering,Hohai Univ.,Changzhou 213022,China)Abstract:Based on the 32!bits embedded processor andC/OS!embedded OS,a new vehicle travel!record instrument is designed by using S3C44B0X(16/32 bits RISC processor)and ARM7TDMI.Thesoftware system for the instrument is described in detail.Experiment shows that the system is moreintegrated,accurate and multiplex,compared with congener products.It is helpful for designing a recorderfor commerce.Key words:vehicle travel!recorder;processor;software design;data communication58河海大学常州分校学报2006年12月