淺析基于MG2455微處理器Zigbee的汽車(chē)無(wú)線(xiàn)黑匣子實(shí)現

0引言

汽車(chē)黑匣子又稱(chēng)汽車(chē)行駛狀態(tài)記錄系統，主要由汽車(chē)行駛狀態(tài)記錄儀、手持讀碼器和管理計算機組成。記錄儀安裝于汽車(chē)上，實(shí)時(shí)監測并記錄車(chē)輛的行駛數據;手持讀碼器由掌上電腦和應用軟件組成，用于控制和操作記錄儀的運行及通過(guò)RS232串行口對記錄儀進(jìn)行數據讀取;管理計算機用于對原始記錄數據進(jìn)行統計、報表、存儲及查詢(xún)。

1系統原理與結構

1.1系統介紹

本系統利用MG2455微處理器為核心，基于Zigbee無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)設計了一款汽車(chē)無(wú)線(xiàn)黑匣子。胎壓和胎溫的檢測通過(guò)Zigbee技術(shù)與主機通信，該系統包括一裝設于輪胎鋼圈上的無(wú)線(xiàn)監測傳送裝置及一可供裝設在車(chē)體駕駛座內的數字接收一顯示裝置。當胎壓和胎溫超標時(shí)，系統會(huì )發(fā)出警報。

本系統還具有疲勞駕駛的提示報警功能及記錄功能，從而有效遏制司機疲勞行車(chē)，保證長(cháng)途運輸行車(chē)的安全。

1.2功能與指標

(1)存儲車(chē)輛行駛過(guò)程中不同時(shí)段的操作和狀態(tài)信息(如溫度、胎壓等)并在LCD屏上顯示出來(lái)，存儲的頻率為30次/小時(shí)。

(2)可以任意地設定參考值，指標超過(guò)正常范圍則報警。

(3)需要使用行車(chē)數據時(shí)，可通過(guò)USB接口直接讀取數據至PC或者PDA等個(gè)人終端上。USB接口為通用的USB2.0接口。

1.3實(shí)現原理

在以單片機為核心的控制系統中，所有的汽車(chē)信號的處理及液晶顯示等都通過(guò)MG2455單片機來(lái)處理完成。胎壓、加速度等傳感信號經(jīng)過(guò)A/D轉換后通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)通信傳輸給單片機。無(wú)線(xiàn)監測傳送裝置包括：一個(gè)壓力感應器、一個(gè)溫度感應器、一個(gè)連接壓力器的差動(dòng)放大器、一個(gè)連接溫度感應器的衰減器，一個(gè)接收來(lái)自差動(dòng)放大器的壓力信號及來(lái)自衰減器的溫度信號進(jìn)行運算處理的微控制器，且通過(guò)一個(gè)發(fā)送器、一個(gè)濾波器將信號經(jīng)共振型天線(xiàn)傳輸至數字接收顯示器，以利駕駛員可隨時(shí)掌握輪胎壓力溫度狀況。單片機將I/O口接收到的時(shí)鐘信號、溫度信號與無(wú)線(xiàn)接收的胎壓、加速度信號一起存儲在flashROM中并在液晶模塊LCD6029上顯示出來(lái)，當信號超標時(shí)系統能主動(dòng)報警。USB接口通過(guò)轉換芯片與單片機的串行口相連，可以將系統存儲的信息導出至PC機或者PDA等個(gè)人終端上。

1.4硬件框圖

本系統從功能上可劃分為數據采集部分、數據處理部分、數據存儲部分、通訊部分(USB通訊)、顯示部分、胎壓模塊、溫度模塊、時(shí)鐘模塊。硬件框圖如圖1所示。

1.5軟件流程

主單片機MG2455在接收到從胎壓監測模塊、溫度模塊、時(shí)鐘模塊發(fā)送來(lái)的數據后，由SPI口傳送給控制器，控制器在接收數據的同時(shí)還要對該數據進(jìn)行校驗和復雜的算法處理，并對處理后的結果進(jìn)行判斷。若數據超出了預先預定的范圍(如超壓、超時(shí)、超溫等)，則立即啟動(dòng)報警，通過(guò)蜂鳴器提示駕駛員當前存在異常;否則提示汽車(chē)運行正常。此外，利用串口實(shí)現與電腦之間的通信，便于查詢(xún)、分析記錄的數據，為優(yōu)化控制算法和分析交通事故提供依據。

系統軟件主要完成兩方面的功能：1)實(shí)現汽車(chē)行駛狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測和記錄，檢測到故障時(shí)報警。2)將記錄數據通過(guò)RS232口上傳到上位機，以便進(jìn)行日常管理和事故診斷。

程序主要包括：主程序、數字量采集程序、開(kāi)關(guān)量采集程序、脈沖量采集程序、數據存儲程序、時(shí)鐘處理程序、故障處理程序、故障報警程序及串口通信程序等。

主程序流程圖如圖2所示。

2系統測試

2.1測試數據

數據分析結果，胎內每升高1℃，輪胎磨損就增加2%，一般溫度不能超過(guò)80℃，當溫度達95℃，輪胎情況就非常危險。而且氣壓過(guò)高，輪胎簾線(xiàn)過(guò)度伸張，胎體彈性降低，剛性增大，單位壓力增大，胎冠部接地面積減小，同時(shí)磨耗增加，胎面花紋易裂口，行駛中一旦受到障礙物沖擊，便會(huì )產(chǎn)生內裂或爆破。同時(shí)，本系統加有疲勞駕駛(時(shí)間監控)，所以當輪胎胎壓溫度超出預設值和駕駛時(shí)間超過(guò)4個(gè)小時(shí)時(shí)系統發(fā)出警報。在傳輸過(guò)程中誤差方面，胎壓測量精度為±0.5kpa，胎溫為±1℃。

2.2實(shí)現功能

(1)它具有時(shí)間、日期及駕駛時(shí)間的采集、記錄、存儲功能。能對連續駕駛時(shí)間進(jìn)行記錄，由于交通安全法規定駕駛員每行駛4個(gè)小時(shí)要休息不得少于20分鐘，因此它可以對駕駛員的疲勞狀態(tài)進(jìn)行監控，一旦發(fā)現違例會(huì )有報警聲響起，同時(shí)會(huì )把該信息傳送到監控中心。(2)車(chē)輛行駛時(shí)溫度，胎壓的測量、記錄、存儲功能：a.溫度測量系統是對車(chē)的發(fā)動(dòng)機溫度進(jìn)行檢測，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，能夠對高溫的異常情況進(jìn)行報警，從而提高行車(chē)的安全行。b.輪胎壓力、溫度檢測系統的主要功能是對輪胎內部的壓力和溫度數據進(jìn)行監測，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，能夠對高壓、高溫、低壓的異常情況進(jìn)行報警，從而提高行車(chē)的安全行。c.運行數據存儲在大容量串行Flash存儲器中，即使掉電，數據也不丟失。d.配置了USB接口，可以用U盤(pán)直接讀取數據也可以連接到計算機上讀取。

3結論

本系統具有時(shí)間、日期及駕駛時(shí)間的采集、記錄、存儲功能;汽車(chē)輪胎壓力、溫度等。

監測系統通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)與主機實(shí)現通信;Flash存儲器存儲數據，即使掉電，數據也不丟失：配置了USB接口可以用U盤(pán)直接讀取數據也可以連接到計算機上讀取;具有超時(shí)(疲勞)報警及記錄功能，從而有效遏制司機疲勞行車(chē)，保證長(cháng)途運輸行車(chē)的安全。

本設計通過(guò)測試，系統運行良好，能滿(mǎn)足汽車(chē)黑匣子的基本使用要求。