基于LPC2104型CPU的汽車(chē)行使記錄儀

　　摘要：介紹基于LPC2104型CPU的汽車(chē)行駛記錄儀。該記錄儀采用大容量閃速存儲器作為存儲載體，利用定時(shí)器中斷方式來(lái)實(shí)現秒間隔的數據采集與存儲，用利串行口中斷方式實(shí)現與微機的數據通信。

    關(guān)鍵詞：汽車(chē)行駛記錄儀；LPC2104；閃速存儲器

引言

　　隨著(zhù)汽車(chē)擁有量的增加，發(fā)生交通事故的概率也隨之增加，發(fā)生事故后用傳統的方法進(jìn)行分析、判斷、維修有一定的困難。這樣，就給人們提出了一個(gè)問(wèn)題，怎樣及時(shí)、準備地分析故障的存在，客觀(guān)地分析事故的責任。由此聯(lián)系到飛機上裝的“黑匣子”，一旦飛機失事，“黑匣子”里的資料是判斷失事原因的重要依據。因為它的造價(jià)高、技術(shù)復雜，在普通汽車(chē)上使用有一定的難。本文介紹一種價(jià)格低，功能較齊全且能擴展的汽車(chē)行駛記錄儀。

　　本記錄儀采用帶ARM7內核的LPC2104型CPU作為主控機，大容量閃速存儲器作為存儲載體，帶有精確的時(shí)鐘電路，利用高精度A/D轉換器采集汽車(chē)傳感器轉換的模擬量，并直接記錄汽車(chē)信號燈等的各種開(kāi)關(guān)量。同時(shí)利用串口實(shí)現與微機的數據通信，把汽車(chē)行駛記錄低度的信息以二進(jìn)制文件的形式存儲到硬盤(pán)上。

1 系統的硬件設計

　　系統的總體框架如圖1所示。帶ARM7內核的LPC2104型CPU是汽車(chē)行駛記錄儀的核心，整個(gè)系統由信息采集模塊、信息處理及存儲模塊和串口通信模塊組成。

　　LPC2104是Philips公司生產(chǎn)的一款支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU，內部集成有與片內存儲器控制器接口的ARM7局部總線(xiàn)、與中斷控制器接口的AMBA高性能總線(xiàn)（AHB）和連接片內外設功能的VLSI外設總線(xiàn)（VPB，ARM，AMBA總線(xiàn)的兼容超大規模集成電路），并嵌入了128KB高速Flash存儲器。LPC2104將ARM7TDMI-S配置為小端（Iittle-endian）字節順序，具有封裝小、功耗低、多個(gè)32位定時(shí)器、多種總線(xiàn)接口及多達9個(gè)外部中斷等優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為汽車(chē)行駛記錄儀的主控CPU。同時(shí)，LPC2104還具有128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構，從而使得32位代碼能夠在最大時(shí)鐘頻率下運行。

2 信息采集模塊設計

　　汽車(chē)行駛記錄儀要求實(shí)時(shí)記錄車(chē)輛行駛的各種狀態(tài)信息，因此本系統將信息采集模塊分為開(kāi)關(guān)量數據采集模塊、模擬量數據采集模塊、時(shí)鐘數據采集模塊。

2.1 開(kāi)關(guān)量數據采集模塊

　　該模塊利用74LS165型并行輸入8位移位寄存器擴展16位并行輸入口，其硬件電路如圖2所示。其中利用LPC2104的3根I/O口線(xiàn)擴展為16位的輸入口線(xiàn)，圖中由2片74LS165串接擴展16位的輸入線(xiàn)，CLK為時(shí)鐘脈沖輸入端，D0-D7為并行輸入端，前級的數據輸出端QH與后級的信號輸入端SIN相連，S/L為低電平時(shí)，允許并行置入數據，S/L為高電平時(shí)允許串行移位。這樣左右方向燈、前車(chē)燈、開(kāi)門(mén)信號、剎車(chē)燈信號等16路開(kāi)關(guān)量經(jīng)過(guò)光電耦合器隔離后并行輸入到2片74LS165中，再經(jīng)74LS165轉換后，串行輸出給LPC2104進(jìn)行處理。

2.2 模擬量數據采集模塊

　　在進(jìn)行模擬數據采集時(shí)，水溫、水位等8路傳感器采集的信號先經(jīng)過(guò)模擬信號調理環(huán)節，將其整定在A(yíng)/D轉換器參考電壓Vref決定的滿(mǎn)量程輸入電壓信號以?xún)?，然后?jīng)過(guò)A/D轉換器進(jìn)行A/D轉換。該模塊采用美國德州儀器公司推出的TLC0838型8路8位逐次逼近型模、數轉換器，采樣頻率為100kHz，與外部通信采用SPI總線(xiàn)接口。LPC2104通過(guò)其內嵌的SPI總線(xiàn)接口與TLC0838進(jìn)行通信，其硬件電路如圖3所示。其中SCK為SPI主機輸入或從機輸入的時(shí)鐘，MOSI為SPI主機到從機的數據傳輸，MISO為SPI從機到主機的數據傳輸，SSEL為SPI從機選擇。

　　汽車(chē)速度的測量是通過(guò)計數速度傳感器產(chǎn)生的脈沖信號實(shí)現的。本系統利用AT89C2051型單片機來(lái)計數速度脈沖信號。該單片機可設定一個(gè)守量器來(lái)計數速度脈沖信號，并將其轉換成汽車(chē)的實(shí)際量程。同時(shí)根據行程和時(shí)間可計算汽車(chē)的速度，并通過(guò)串口UART0將數據傳送給LPC2104。

2.3 時(shí)鐘數據采集模塊

　　為了記錄行車(chē)的時(shí)間，使行駛記錄儀能夠實(shí)時(shí)記錄汽車(chē)狀態(tài)，采用專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘模塊提供時(shí)間信號，本系統選用DS12887時(shí)鐘電路。DS12887是跨越2000年的時(shí)鐘電路，采用4位數表示年度的日歷系統。電路的晶體振蕩器、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的止方，組成一個(gè)加厚的集成電路模塊。DS12887能夠自動(dòng)存取并更新當前的時(shí)間，LPC2104可通過(guò)讀DS12887的內部時(shí)標寄存器得到當前的時(shí)間和日歷，也可通過(guò)選擇二進(jìn) 進(jìn)碼或BCD碼初始化電路的10個(gè)時(shí)標寄存器。

3 信息處理及存儲模塊設計

　　由于Flash的存儲結構適宜是固態(tài)存儲，EPROM的存儲結構適宜于動(dòng)態(tài)存儲，因此，本系統根據實(shí)際需要，有用Flash固態(tài)存儲和EPROM動(dòng)態(tài)存儲相結合的方式進(jìn)行數據存儲和記憶，即用Flash固態(tài)存儲采集的汽車(chē)狀態(tài)數據，用EPROM動(dòng)態(tài)存儲Flash最新存儲的扇區號和存儲地址。閃速存儲器選用美信公司生產(chǎn)的MX29F800BTC型，EPROM選用Microchip公司的24C32型，同時(shí)利用LPC2104內嵌的I2C總線(xiàn)接口與24C32進(jìn)行通信。

　　本系統工作時(shí)，首先由LPC2104主控CPU從24C32中讀取Flash最近存儲的扇區號和存儲地址，然后以此地址為參照，以這個(gè)地址的一個(gè)地址值為Flash的起點(diǎn)地址，以這個(gè)地址的下一個(gè)地址值為Flash的起點(diǎn)地址，按順序進(jìn)行存儲。Flash需要存儲的數據有16路開(kāi)關(guān)量信息、8路模擬量信息有及時(shí)鐘信息。本系統利用二字節（共16位）存儲16路開(kāi)關(guān)量信息，利用8個(gè)字節的存儲空間存儲8路模擬量信息。為了節省存儲空間，系統并非每次存儲采集數據時(shí)都存儲時(shí)間標志。由于數據采集以固定的秒間隔來(lái)進(jìn)行，因此，系統只是在剛開(kāi)始運行時(shí)和每個(gè)扇區的起始位置采集并存儲時(shí)鐘信號作為時(shí)間標記，而后面數據的采集時(shí)間則以這些時(shí)間標記為參照。

　　系統存儲的軟件流程如圖4所示。在本系統重裝上電運行時(shí)，需要記錄開(kāi)始采集的時(shí)間信息。由于系統電源是由汽車(chē)電源提供的，所以開(kāi)始采集的時(shí)間也就是汽車(chē)啟動(dòng)的時(shí)間，以此作為汽車(chē)開(kāi)始行駛的時(shí)間標記。在程序運行中，由主程序設定一個(gè)汽車(chē)啟動(dòng)標志，在第一次寫(xiě)數據之前汽車(chē)啟動(dòng)標志有效，然后首先判斷當前存儲地址是否有某個(gè)扇區的首地址，如果是，則根據寫(xiě)扇區的要求在第七個(gè)字節開(kāi)始處存儲當前的時(shí)鐘信號，否則，在當前存儲地址處開(kāi)始用10個(gè)字節存儲當前的時(shí)鐘信號，記錄汽車(chē)開(kāi)始運行的起始時(shí)間，然后清除汽車(chē)啟動(dòng)標志。扇區開(kāi)始地址處記錄的時(shí)間信息是否是汽車(chē)開(kāi)始運行的起始時(shí)間，可根據前一個(gè)扇區記錄的時(shí)間信息進(jìn)行判斷。若前后兩個(gè)扇區記錄的數據是連續的，則后一個(gè)扇區頭記錄的時(shí)間信息不是表示汽車(chē)開(kāi)始運行的起始時(shí)間，否則情況相反。

4 串口通信模塊設計

　　計算機可以通過(guò)串口隨時(shí)讀取行駛記錄儀存儲的數據。行駛記錄儀與計算機之間的串口通信遵循RS232協(xié)議。串行通信時(shí)，LPC2104依次將Flash中存儲的數據讀出并經(jīng)UART0串口發(fā)出，然后經(jīng)過(guò)MAX232電平轉換器送給計算機，再由計算機通過(guò)串口接收該數據。

5 結束語(yǔ)

汽車(chē)行駛記錄儀利用微機通過(guò)串口接收汽車(chē)行駛的數據，并對數據進(jìn)行分析處理；利用Visual C++ 6.0作為開(kāi)發(fā)工具，編寫(xiě)微機數據分析處理程序，模擬顯示汽車(chē)運行時(shí)的狀態(tài)；利用圖形顯示各分量的波形，如前向燈開(kāi)關(guān)情況、左右方向燈開(kāi)關(guān)情況、開(kāi)門(mén)信息、剎車(chē)信號、水溫變化情況（范圍為0℃~100℃）等。將該行駛記錄儀安裝在汽車(chē)上進(jìn)行測試，結果也較理想，能夠滿(mǎn)足設計要求。其測試結果如圖5所示。