基于GPS和GPRS的多功能汽車(chē)記錄儀的設計

摘要：提出一種多功能汽車(chē)記錄儀的設計方案，系統采用AT91SAM9260型ARM處理器為控制器，Linux操作系 統，K91G08UOB型Nand Flash為存儲介質(zhì)，通過(guò)ET_318 SiRF StarⅢGPS芯片組接收GPS信號進(jìn)行定位，而GPRS模塊采用SIM300C傳輸數據。該汽車(chē)記錄儀能夠實(shí)時(shí)記錄監測汽車(chē)行駛狀態(tài)、位置，通過(guò) GPRS將行駛記錄及當前信息上傳至服務(wù)器，實(shí)現遠程監控，具備超速、疲勞駕駛報警功能。數據可以通過(guò)USB或RS-232串口上傳至上位機。經(jīng)測試該記 錄儀性能穩定可靠。
關(guān)鍵詞：ARM；GPS；GPRS；汽車(chē)行駛記錄儀

汽車(chē)行駛記錄儀(汽車(chē)黑匣子)是一種使用在汽車(chē)上的數字式電子記錄裝置，它可以對汽車(chē)的行駛速度、時(shí)間、里程及剎車(chē)等狀態(tài)信息進(jìn)行存儲并通過(guò)USB或串口 導出數據。汽車(chē)記錄儀對約束駕駛員的不良駕駛行為，分析、鑒定道路交通事故，提高交通管理執法水平和運輸管理水平，保障車(chē)輛運行安全具有重要作用。
當前的汽車(chē)行駛記錄儀技術(shù)比較成熟，低端產(chǎn)品一般采用8位或16位單片機作為主處理器，中高端則采用32位的ARM處理器，但這些產(chǎn)品一般只能做到對本車(chē) 的記錄及監控，車(chē)輛行駛記錄需逐車(chē)采集，不便于大型車(chē)隊和企業(yè)管理。這里提出一種基于GPS和GPRS的多功能汽車(chē)記錄儀的設計方案，該設計是在實(shí)現記錄 儀基本功能的基礎上，增加GPS和GPRS模塊，分別用于定位和數據遠程傳輸，結合數據庫技術(shù)和相應監控管理軟件實(shí)現對車(chē)輛和司機全方位監控、調度和管 理。

1 系統組成和主要功能
本系統主要包括汽車(chē)記錄儀終端、服務(wù)器和監控管理軟件。其中汽車(chē)記錄儀終端包括信號采集、數據記錄、GPS和GPRS等部分。服務(wù)器接收記錄儀通過(guò)GPRS發(fā)送的數據并保存。監控管理軟件對服務(wù)器的數據進(jìn)行統計、分析，得到超速駕駛、疲勞駕駛和行駛里程等信息。
記錄儀終編是整個(gè)系統的基礎，其主要功能為：
1)實(shí)時(shí)定位功能 能夠實(shí)時(shí)采集記錄車(chē)輛當前所處的位置數據，并把位置數據發(fā)送到監控中心管理平臺，在監控平臺上顯示出車(chē)輛的行駛軌跡；監控中心(監控站)也可以發(fā)出指令尋找目標車(chē)輛所在位置數據；
2)運營(yíng)限制區域設置功能 利用監控平臺可以對運營(yíng)車(chē)輛的行駛區域范圍做出限定，車(chē)輛一旦超出限定區域，監控平臺就會(huì )發(fā)出報警；
3)泊車(chē)防盜功能 停車(chē)后按下泊車(chē)防盜按鈕，車(chē)輛就進(jìn)入泊車(chē)防盜狀態(tài)。如車(chē)輛非法移動(dòng)，監控平臺立即發(fā)送短信至主控手機上，并報告當前的車(chē)輛位置；
4)緊急求助報警 當車(chē)輛遇劫或需要求助時(shí)，駕駛人員可通過(guò)按鍵向中心報警，同時(shí)向監控中心發(fā)送車(chē)輛的經(jīng)度、緯度、行駛速度、方向、時(shí)間等信息；
5)車(chē)輛全程行駛數據記錄 車(chē)載終端全程采集、記錄車(chē)輛行駛和司機操作的全部數據并發(fā)給數據中心。其中包括：車(chē)輛的時(shí)間、速度、里程、狀態(tài)、位置、發(fā)動(dòng)機轉速等數據。利用一體機記錄 下的全程行駛數據，監控平臺提供每條行駛記錄全程時(shí)間一速度一狀態(tài)曲線(xiàn)和里程一速度一狀態(tài)曲線(xiàn)。通過(guò)這些曲線(xiàn)查看司機的全部駕駛過(guò)程；
6)超速報警和超速記錄 車(chē)載終端可以按預先設置的速度限制進(jìn)行超速報警。當車(chē)輛行駛速度超過(guò)設定值時(shí)，車(chē)載終端就以聲／光方式報警，提醒司機及時(shí)減速。同時(shí)把車(chē)輛超速信息發(fā)送到監控中心；
7)司機疲勞駕駛報警和記錄 車(chē)載終端能記錄駕駛員連續駕駛時(shí)間超過(guò)4 h的所有疲勞駕駛數據；
8)事故疑點(diǎn)記錄 車(chē)載終端以0．2 s的時(shí)間間隔記錄車(chē)輛停車(chē)前20 s時(shí)間段內和實(shí)時(shí)時(shí)間相對應的車(chē)輛行駛的速度值、剎車(chē)信號和其他車(chē)輛狀態(tài)信號作為事故疑點(diǎn)數據。存儲最近2個(gè)月的所有事故疑點(diǎn)數據；
9)車(chē)輛油位監控功能 車(chē)載終端可以對油箱油位進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。當油位發(fā)生異常變化時(shí)，車(chē)載終端可以實(shí)時(shí)記錄變化量并向監控中心發(fā)送異常變化數據；
10)視頻監控功能 可外接兩路攝像頭，將車(chē)內外情況抓拍照片后傳送到監控中心；
11)駕駛員身份識別功能 車(chē)載終端利用IC卡方式實(shí)現駕駛人員身份識別功能。使用和車(chē)載終端配套使用的管理軟件可以把駕駛員基本信息設置在IC卡中，其中包括：“駕駛員姓名”、“駕駛員代碼”、“駕駛證號碼”。把設置好的IC卡插入記錄儀，記錄儀自動(dòng)對司機進(jìn)行識別；
12)數據通信功能 車(chē)載終端通過(guò)內置GPRS通訊模塊實(shí)現和監控中心的數據互通；車(chē)載終端設有標準USB接口，使用U盤(pán)可以把車(chē)載終端記錄的全部數據取出；通過(guò)車(chē)載終端的USB口可以對車(chē)載終端進(jìn)行參數設置也可以對車(chē)載終端進(jìn)行程序裝載；
13)讀取短信功能 讀取監控平臺發(fā)送的任意短信內容。

2 記錄儀硬件設計
記錄儀總體結構框圖如圖l所示，主要包括ARM處理器、GPS模塊、GPRS模塊、信號采集電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、語(yǔ)音報警電路及數據存儲電路。

2．1 主處理器
為了滿(mǎn)足系統對實(shí)時(shí)性、大量數據處理、GPS信號接收、GPRS發(fā)送數據控制等各方面的要求，選用32位ARM處理器AT91SAM9260。AT91SA-M9260采用ARM926EJ-S內核，外部總線(xiàn)接口包含諸多控制器，用于控制SDRAM以及包括NAND Flash和Compact Flash在內的靜態(tài)存儲器，7路US-ART、1個(gè)雙線(xiàn)接口(TWI)以及4通道10位A／D轉換器。
2．2 電源電路
目前汽車(chē)電瓶電壓在9～36 V之間，而且由于車(chē)輛本身環(huán)境影響，汽車(chē)供電電壓不穩定，存在各種干擾，所以本系統采用三級電壓轉換電路，如圖2所示。外部電源分別經(jīng)LM2576HVT-ADJ、LM2940-5．0和LMlll7轉換為7、5和3 V，供給相應模塊。其中第一級LM2576HVT-ADJ將7-40 V電壓轉換至7 V，使本系統可以應用到任何車(chē)輛。在電源輸入電壓轉換模塊前通過(guò)LC濾波，可以有效地濾除交流干擾，各電源轉換器后端均通過(guò)100和O．1μF電容并聯(lián)接地消除紋波電壓，保證系統供電穩定。經(jīng)過(guò)測試該電路可以穩定輸出5和3．3 V電壓。