基于GPS 和GPRS 的多功能汽車(chē)記錄儀的設計

　　2.6 語(yǔ)音模塊

　　系統在超速行駛、疲勞駕駛時(shí)，相應的高亮度LED 閃爍，同時(shí)啟動(dòng)語(yǔ)音報警功能，發(fā)出“超速，請減速”的警告語(yǔ)音，而且記錄儀能播放監控平臺發(fā)送的短信的內容即TTS（從文本到語(yǔ)音）。該記錄儀采用語(yǔ)音天下的第二代語(yǔ)音合成器OSYNO 6288。它兼容GB2312、GBK、BIG5 和Unicode 等4 種內碼格式文本的合成，可以在9 600，19 200、38 400 b/s 等波特率下正常工作，增加多種控制命令。比如合成、停止合成、暫停合成、繼續合成、改變波特率等，可以自動(dòng)識別詞組，多音字。語(yǔ)音通過(guò)PWM（脈寬調制）輸出至喇叭。為與監控軟件、數據庫和GPRS 模塊兼容， 采用通用性更好的Unicode碼，通信參數：波特率為4 800 b/s，數據位為8 bit，停止位為1 bit，無(wú)奇偶校驗，OSYNO 6288 內置有功放，軟件調節音量至11 級，外接8 Ω/0.5 W 喇叭，播放聲音洪亮、清晰，即使在較為嘈雜的環(huán)境下也可以清楚聽(tīng)到播放內容。

　　2.7 數據存儲器

　　汽車(chē)行駛記錄儀是在汽車(chē)行駛過(guò)程中對汽車(chē)各種狀態(tài)進(jìn)行記錄的電子裝置，各種狀態(tài)數據存儲是汽車(chē)行駛記錄儀的重要部分。此前大多設計均采用Flash 和鐵電存儲器并用的方式。但是對于實(shí)時(shí)操作系統Linux 只要采用一片Flash就可以滿(mǎn)足需要。目前Linux 操作系統可以很好支持NandFlash，AT91sam9260 支持Nand Flash 啟動(dòng)， 并且與之相應的yaffs2 文件系統已經(jīng)成熟，保證了數據的準確性。由于本系統需要保存大量數據：GPS 定位信息、疑點(diǎn)記錄、行駛記錄、斷電記錄、疲勞駕駛記錄、油位等，所以采用K9F1G08U0B 型128 M×2 K 頁(yè)NandFlash 存儲器。

　　2.8 油位傳感器

　　本系統加裝精確的油位傳感器，對油位實(shí)時(shí)記錄，并通過(guò)GPRS 傳輸至監控平臺，車(chē)輛運營(yíng)企業(yè)可以實(shí)時(shí)掌握車(chē)輛的油位情況，徹底杜絕司機偷油賣(mài)油，拉私活的情況發(fā)生。

　　車(chē)輛電環(huán)境復雜干擾多，因此采用電流型傳感器。本系統采用CR-606 型電容式油位傳感器， 當油進(jìn)入容器引起傳感器殼體和感應電極之間的變化， 適用于任何不導電的液體， 油位精度高， 油位液在采集小于1 mm， 測量誤差小于0.1％，標準輸出4～20 mA 的線(xiàn)性電流信號，經(jīng)過(guò)150 Ω 精密電阻轉換至0.6~3 V 電壓信號，通過(guò)AT91sam9260 的A/D 轉換模塊轉換為數字量并保存。

　　2.9 實(shí)時(shí)時(shí)鐘

　　主處理器AT91sam9260 雖內置時(shí)鐘，但是當處理器斷電后，該實(shí)時(shí)時(shí)鐘所有寄存器的內容將全部丟失。為此，系統需要外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘。PCF8563 符合這一要求，PCF8563 具有掉電檢測器，當供電電壓低于某個(gè)值時(shí)，秒寄存器中的某標志位將置1，指明此時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘可能會(huì )產(chǎn)生不準確的時(shí)鐘/日歷信息，從而避免了記錄儀對錯誤時(shí)間的記錄。此外，PCF8563可以工作在1～5.5 V 的寬電壓范圍內，具有體積小、外圍電路簡(jiǎn)單、運行穩定性、精度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，Linux 內核對其支持穩定可靠，滿(mǎn)足本系統的要求。

　　2.10 通信接口

　　根據GB/T19056-2003，標準記錄儀應至少配置2 種標準接口：USB 標準接口、標準RS-232 型9 針接口。通過(guò)RS-232串行口直接進(jìn)行數據傳輸比較容易實(shí)現， 可靠性高。

　　AT91sam9260 的串行口經(jīng)電平轉換器MAX232 轉換為EIA/TIA-232-E 電平，從而提供標準的RS-232 接口。AT91sam9260 支持USB 主從模式，也可直接外接USB 接口。

　　3 汽車(chē)記錄儀軟件設計

　　汽車(chē)記錄儀是無(wú)人控制的， 在汽車(chē)開(kāi)始運行時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，本系統采用Linux 操作系統，運行過(guò)程為：汽車(chē)上電記錄儀啟動(dòng)，開(kāi)始引導Bootstrap、Uboot，通過(guò)Bootloader 調用Linux內核，加載yaffs2 文件系統，自動(dòng)啟動(dòng)應用程序。

　　3.1 主程序

　　應用程序采用C 語(yǔ)言編寫(xiě)，主程序負責整個(gè)系統的初始化，硬件設備通過(guò)信號（軟中斷）與主程序交互數據，完成相應的操作，主程序流程如圖4 所示。

　　3.2 GPRS 數據發(fā)送

　　本系統設計記錄的數據包括行駛記錄， 上電至掉電之間，每3 s 保存一次時(shí)間、速度、狀態(tài)、GPS 定位信息和角度；疑點(diǎn)記錄，保存每次停車(chē)前20 s 內，每0.2 s 的速度和狀態(tài)信息；斷電記錄，保存系統斷電時(shí)的時(shí)間；疲勞駕駛記錄，保存司機連續駕車(chē)超過(guò)4 h 的起始時(shí)間。所有的記錄數據要求保存2 個(gè)月，因此保存數據量大，相應需要傳輸的數據量也大。

　　在GPRS 傳輸數據之前對數據進(jìn)行壓縮并且在系統出現新記錄時(shí)進(jìn)行傳輸。在編譯busybox 時(shí)選擇gzip 功能，通過(guò)gzip 對數據壓縮， 一般壓縮比可達9 ∶ 1。由于GPRS 透明傳輸要求每次傳輸數據最大不超過(guò)1 KB， 因此將需傳輸的數據分割為每包1 000 字節的數據， 并為每包數據標識ID 號。服務(wù)器接收端根據接收到的數據包ID 重新組合數據， 通過(guò)解壓縮軟件解壓得到記錄儀的記錄數據。

　　3.3 斷電記錄的實(shí)現

　　在大型車(chē)隊及運輸公司， 司機為免受記錄儀的約束，往往在運營(yíng)過(guò)程中對記錄儀非法斷電， 使記錄儀不能正常工作，以此躲避監控。因此本系統專(zhuān)門(mén)設計斷電記錄，對司機非法斷電的行為進(jìn)行監督。系統啟動(dòng)時(shí)將當前時(shí)鐘與上次停機時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行對比，Linux 從死機至重啟的時(shí)間應在5 min 以?xún)?，若對比時(shí)間超過(guò)5 min，說(shuō)明記錄儀長(cháng)時(shí)間斷電，將上次停機時(shí)間作為斷電記錄保存，并發(fā)送至服務(wù)器。

　　3.4 時(shí)間和速度校準

　　ARM 接收GPS 的RMC 信息。若GPS 時(shí)間與當前系統時(shí)間相差達到30 s， 則以GPS 時(shí)間為準并校準系統時(shí)間和硬件時(shí)鐘。當前速度與GPS 速度比較，若GPS 速度連續30 s 大于0，而速度采集電路接收始終為0，則判斷速度傳感器故障，并使用GPS 速度作為系統當前速度， 并向監控中心報警。