【摘要】本文首先结合国家最新出台的汽车行驶记录仪国标GB/T 19056-2012，对汽车行驶记录仪系统的功能、组成进行了分析，提出基于MC9S12XS128单片机的汽车行驶记录仪设计方案，并对各部分的器件进行选型。其次，本文又对系统的硬件与软件进行了设计和分析，系统包括上位机和下位机两部分。上位机是数据管理分析软件，通过它能够查看汽车行驶数据、事故疑点数据、GPS定位的曲线图，还可以查看其它数据列表。同时为了汽车行驶记录仪测试方便，专门设计了汽车仪表模拟测试软件。模拟汽车仪表来通过CAN总线向汽车行驶记录仪发送数据，能够高效、方便的对汽车行驶记录仪的整个系统进行测试。下位机部分集CAN总线通信、串口通信、身份识别、打印、屏幕显示、U盘存储、GPS定位、报警等功能为一体。

【关键词】汽车行驶记录仪；CAN总线；U盘存储；GPS

1.引言

汽车行驶记录仪俗称汽车黑匣子[1]，是对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置[2][3]。汽车行驶记录仪对遏止疲劳驾驶，车辆超速的违章、约束驾驶员的不良行为，提高交通的管理执法水平和运输管理水平、保障车辆运行安全有着重要的实际作用及意义[4][5]，也为交通管理部门准确了解界定交通事故发生原因和公正处理提供了科学、权威的依据[6][7]。

2.主机硬件结构

根据最新的汽车行驶记录仪国家标准GB/T19056-2012《汽车行驶记录仪》要求[8]，与2003年国标相比增加了行驶记录功能、定位功能，在行驶记录功能中增加了安全警示功能，并对一些功能指标进行了修改，其中GPS定位功能按照JT/T794-2011道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求设计。目前国内大多数的记录仪都通过信号线与汽车连接，本文应用CAN总线来接收汽车上的信息，较少布线，提高效率，并为测试方便专门针对CAN总线设计了汽车仪表模拟软件，模拟汽车上各个传感器通过CAN总线向记录仪发送数据，并结合汽车行驶记录仪功能设计了一个多功能汽车行驶记录仪，主要包括上位机和下位机两部分。系统硬件结构图如图1所示。

图1 系统硬件结构

2.1 CAN总线

CAN总线电路主要由控制器接口与总线接收器组成，本系统采用的飞思卡尔MC9S12XS128单片机内嵌MSCAN模块，作为控制器接口，总线接收器采用TJA1050芯片，TJA1050芯片是CAN控制器与物理总线间的接口，它可以为总线提供不同的差动发送性能，为CAN控制器提供不同的接收性能。它共有8个管脚，主要有两种工作模式，分别是高速模式和静音模式，其中高速模式是传统的工作模式，选择这种模式只需将S管脚接地，本系统就是应用这种工作模式。硬件电路如图2所示。

图2 CAN总线电路

2.2 存储器

本系统的存储芯片采用256K的非易失性铁电随机存储芯片FM24C256，它的结构容量为32768*8位，使用二线制串行总线双向传输；USB接口电路包含CH376S芯片和辅助元器件，晶体X1为标准12MHZ，电容C4用于内部电源节点退耦从而降低USB传输过程中的EMI，采用8位并口的信号端口，用于连接单片机的并口，并口的必要信号包括D0-D7、A0、RD#、WR#、CS#以及GND，而INT#是可选。其中D0-D7为八位数据信号线，A0判断信号是数据还是命令，为高时进行写命令，为低时进行读数据，RD#与WR#分别为输入写选通信号和输入读选通信号，低电平有效，CS#为片选控制信号，低电平有效。具体电路如图3所示。

图3 SD卡接口电路

2.3 身份识别

身份识别采用MFRC522高度集成非接触式读写卡芯片，采用SPI接口进行通信，SPI时钟M-MFSCK由单片机产生，M-MFSDA为主模式片选输出，数据通过M-MFMOSI由单片机发到RC522，数据通过M-MFMISO从MFRC522发回单片机，M-MFMOSI和M-MFMISO传输每个字节都是高位在前，M-MFSDA、M-MFSCK、M-MFMOSI、M-MFMISO分别对应于RC522的SDA、D5、D6、D7引脚，连接单片机的PA7、PA6、PA5、PA4引脚，电路如图4所示。

图4 身份识别电路

2.4 GPS定位电路

GPS采用ATK-NEO-6M-V23高性能GPS定位模块，模块采用U-BLOX NEO-6M模组，体积小巧，性能优异，模块自带陶瓷天线及MAXIM公司20.5dB高增益MAX2659芯片，可通过串口进行各种参数设置，并可保存在 EEPROM，使用方便，自带IPX接口，可以连接各种有源天线，适应能力强，采用U-BLOX NEO-6M模组，可通过串口进行各种参数设置，并可保存在EEPROM。

3.上位机软件

上位机软件主要包括两部分，一是汽车仪表模拟软件；二是数据分析软件。这两个软件都是通过Visual Basic语言来实现。

汽车仪表模拟软件用来模拟汽车各个节点的数据量，比如油量、转速、速度、水温、制动信息等，通过CAN总线发送到汽车行驶记录仪中。仪表软件显示界面如图所示，首先打开设备，配置成功后，通过拖动指针下面的滑轴来使指针转动，点击刹车ON键来模拟制动信息，点击周期发送可向记录仪中发送相应数据，同时可以调节发送间隔。如图5所示。

图5 汽车仪表模拟软件

数据管理软件首先进入的是登录界面。输入驾驶员的卡号和密码进入菜单界面，需要先配置串口号和波特率，打开端口后便可以查看其它界面，如图6所示，具体如下：

1.行驶数据界面。行驶数据界面可以看到驾驶证号和开车、停车时间，并且有横坐标为时间、纵坐标为速度的曲线；

2.事故疑点界面。事故疑点界面可以看到停车时间，并且有横坐标为时间、纵坐标为速度的事故疑点曲线，绿线代表速度，红线代表制动信号；

3.GPS定位界面。进入到GPS定位界面可以看到定位曲线，横坐标为经度，纵坐标为纬度；

4.数据列表界面。这里能看到驾驶证号、开车时间、停车时间、秒平均速度、事故疑点速度、事故疑点刹车、汽车经纬度、油量、转速、水温等数据信息。

图6各显示界面

4.结论

本文根据最新的汽车行驶记录仪国家标准GB/T19056-2012《汽车行驶记录仪》要求，结合目前对汽车行驶记录仪的实际需求，并在国标的基础上又增添了一些功能的汽车行驶记录仪，主机以飞思卡尔MC9S12XS128为核心的汽车行驶记录仪的整体方案，应用了CAN总线技术，提高了系统通信的效率和可靠性。硬件部分主要包括主控及电源部分、显示部分、存储部分、通信部分。软件主要包括下位机软件和上位机软件。对记录仪系统的功能及精准度进行测试，每一部分都通过的了测试，达到了预期的标准。

参考文献

[1]高玉民.中外汽车黑匣子的现状与发展动态[J].汽车电器，2009（1）.

[2]Rinkes Dan. The Black-box Embedded Recorder. IEE Electronics Systems and Software. 2012， 3（3）.

[3]J. C. Steiner. Event Data Recorder Pre-Crash Data Sources for General Motors Vehicles. 2005 ASME International Mechanical Engineering Congress， Washington ， DC， United States. American Society of Mechanical Engineers，2003.

[4]B. Zdenek. Monitoring and Data Recorder System for the Underground. Microprocessing and Microprogramming. 2003， 39（2）.

[5]崔焱，余成波.基于ITS车辆行驶安全驾驶辅助系统的研究[J].现代电子技术，2012（3）.

[6]侯树梅，王世震.汽车车身总线应用现状及发展趋势[J].汽车电器，2010.

[7]钟明.基于车载网络的汽车行驶记录仪主机模块研究与设计：〔硕士学位论文〕.武汉：武汉理工大学.2011.

[8]国家质量监督检验检疫总局.汽车行驶记录仪中华人民共和国国家标准GB/T19056-2012，2012.

作者简介

姓名：李东博，性别：男，出身年月：1989.10.9，籍贯：黑龙江，学历：研究生，毕业院校：哈尔滨理工大学，现有职称：初级职称，研究方向：测控与仪表，作者单位：哈尔滨航天恒星数据系统科技有限公司。