引言

       汽車行駛記錄儀是傳統汽車儀表系統的技術革新產品，涉及許多技術領域。

     其核心概念及主要研究內容包括：儀表信息數字化、車內總線通訊與全車信息共享、整車統一調度以及基于全車信息的故障診斷等幾個方面。相信今后汽車將會越來越多地采用各種用途的電子化儀表，功能強大的電子儀表將成為發展趨勢。

       汽車行駛記錄儀的系統結構

       如圖1所示，本系統由主機和上位機管理分析軟件兩部分組成。其中主機部分包括：信號輸入、數據保存和處理、數據顯示、數據通信、復位電路和掉電保護電路等。上位機軟件實現數據統計、查詢、分析等功能。整個系統作為汽車CAN網絡的一個節點，可以實現與其他CAN節點之間的通訊及數據傳輸等。

        汽車行駛記錄儀的硬件設計

       主處理器的選擇

      目前汽車行駛儀表系統的微處理器一般采用8位MCS51單片機，此類單片機應用廣泛，價格相對較低，發展也較成熟，是記錄儀低端方案的。低端方案雖然能夠實現系統的基本功能，卻不能保證系統對實時性、大量數據的處理能力和擴展接口等各方面的要求，故考慮采用方案——32位RISC嵌入式處理器ARM。根據系統具體要求，選用Philips公司的LPC2292作為系統的主處理器。LPC2292基于ARM7TDMI內核、總線開放、144腳封裝、2個定時器、2路CAN、2路SPI接口、包含76個GPIO口、8路10位ADC以及多達9個外部中斷，是一款性價比較高的ARM芯片。

       數據存儲方案的確定

       本系統采用FRAM作為記錄儀存儲器，FRAM是美國Ramtron公司的產品，被稱為鐵電存儲器，其核心技術是鐵電晶體材料。這一特殊材料使得鐵電存貯產品同時擁有SRAM和非易失性存儲產品的特性：擦寫次數至少可達到1000億次，超過1000億次后還可作為SRAM使用。但是，目前市場上出現的FRAM芯片容量都不夠大，所以考慮再使用一塊大容量FLASH作為數據存儲器，而將FRAM作為數據轉存的中介。超過一定時間或者發生掉電時，則立即將FRAM中的數據轉存入FLASH中，這樣就能滿足存儲器大容量且能夠多次擦寫的要求，而且避免了因掉電發生的數據丟失現象。本系統采用兩塊256kbit FRAM （FM24C256）和一塊512kbit FLASH（W29C040）。

       信號采集方案的確定

      本系統的輸入信號較多，大致可分成三類：模擬信號、數字信號以及開關量信號。不同種類的信號采用不同的采集方式。

       模擬信號采集方案

      模擬信號包括：水溫、油量和油壓，共3路輸入信號。一般對模擬信號的采集和處理是采用A/D轉換器進行的，由于處理器LPC2292內置了4路10位精度的A/D轉換器，故無需擴展外圍電路即可滿足模擬信號的采集需求。

      數字信號采集處理方案

       數字信號包括車速和發動機轉速信號，這兩路信號通過各自相應的傳感器轉換成車速脈沖和發動機轉速脈沖輸出，由此可以利用LPC2292定時器的脈沖捕捉功能進行采集。通過記錄脈沖的輸出間隔，從而可以計算出里程、車速等實時數據，用以保存和報警輸出，無需外擴電路。

      開關量信號采集方案

      開關量信號包括：前門、后門、大燈、左燈、右燈、倒車燈、遠光燈、近光燈、點火、剎車、鳴號、雨刷以及中控鎖，共13路信號。每路信號的狀態發生變化時，均需要能被及時檢測到。LPC2292內部沒有采集開關量信號的部件，故需要外擴電路，本系統選用開關檢測芯片MC33993來實現此功能。MC33993除了具有22個開關輸入引腳之外，還有一個中斷引腳。當任一開關量輸入信號狀態發生變化時，可以通過中斷的方式通知主處理器，從而減輕了處理器頻繁查詢的負擔。芯片的接口方式為4腳SPI，能夠大大減少處理器需要提供的引腳數量。

       數據顯示方案的確定

       LCD（Liquid Crystal Display）為液晶顯示器，它使用兩片薄膜，利用通電與未通電時中間的液態晶體改變排列方向來造成透光與不透光效果，從而產生圖形。LCD液晶器具有圖像不失真、無閃爍、*等優點，所以LCD是本系統顯示面板的，所選型號為信利公司的MSC-G12864。

       實時時鐘方案的確定

      主處理器LPC2292具有內置實時時鐘，但是當處理器斷電后該實時時鐘所有寄存器的內容將全部丟失，因此系統需要使用外部實時時鐘。 Philips公司的PCF8563是符合這一要求的實時時鐘芯片，它具備掉電檢測器。當供電電壓低于某個值時，秒寄存器中的某標志位將置1，指明此后實時時鐘可能會產生不準確的時鐘/日歷信息，從而避免了記錄儀對錯誤時間的記錄。

       打印輸出電路

       微型打印機M-1926有串口和并口兩種接口，系統采用其串口功能，與LPC2292的DART1接口連接，實現對微機的控制輸出。

       汽車行駛記錄儀的軟件設計

      本系統軟件部分的設計都是在ADS開發環境下進行的，并通過JTAG仿真器進行軟件調試。ADS（ARM Developer Suite）集成開發環境是ARM公司推出的ARM核處理器集成開發工具。 JTAG（Joint Test Action Group）是一種通過ARM芯片的JTAG邊界掃描口進行調試的仿真設備，它比在線實時仿真器要廉價簡單，是現在較為流行的一種仿真器。本系統采用的EasyJTAG是廣州周立功單片機發展有限公司開發的LPC2000系列ARM7微控制器的JTAG仿真器。

       本系統軟件部分的程序流程圖如圖2所示。軟件部分主要包括以下幾個模塊：

       A/D采樣模塊

       LPC2292內置有8個模數轉換器ADC，其控制器只有2個，即ADCR、ADDR。本系統使用3個ADC分別采集 、轉換3路模擬信號。首先將ADC設置為向量IRQ中斷，為其中斷通道分配一個優先級，并設置中斷服務程序地址向量，此后將ADCR的START位置1來啟動ADC轉換。每當ADC完成一次轉換，ADDR寄存器（A/D Data Register）的DONE位置1，從而引起中斷，轉入中斷處理程序，在該處理程序中從ADDR寄存器的6-15位讀取轉換結果，再將二進制數轉換成十進制數予以保存并顯示。

        FLASH數據存儲模塊

       為了調用方便，系統軟件部分對FLASH操作做了函數封裝，主要有如下兩個函數接口：

       1、頁寫操作：將一字節數據寫入FLASH的某個特定地址。當命令下發完之后延時一段微秒級的時間，然后把被寫數據所在頁整頁讀出，將被寫數據所在地址的數據值替換為被寫數據，其余地址的數據值不變，然后整頁寫入FLASH，完成頁寫操作。

       2 、整片擦除操作：對FLASH存儲陣列中的內容進行整片擦除。通過給FLASH下發特定地址的特定六個字 節的命令字來完成FLASH整片擦除操作，數據下發完畢后需要等 待50mS，或等待內部toggle/plling操作完成。

       RS232串口通信模塊

       本系統利用兩個UART，一個用于提供主機與上位機軟件的通信接口，另一個用于提供微型打印機與主機的連接接口。主機和上位機軟件的RS232串口通信協議如下：通信波特率為15200， 8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗。

       軟件為RS232串口通信提供的函數接口有：

        1、串口發送一個字節數據：將要發送的數據裝載到串口發送寄存器中，等待串口狀態字變1，則表示數據發送完畢。

       2、串口初始化：根據串口通信協議對波特率、奇偶校驗、數據位和停止位進行設置。

       LCD液晶顯示模塊

       主要包括的函數模塊如下：

       1、 LCD“忙”檢查：對LCD操作很重要的部分就是進行時序模擬，而時序模擬zui重要的是LCD“忙”檢查。程序代碼如下：
uint32 rb;
I02DIR&=LCD_DO_D7; //P2口連接的D0到D7口設為輸入方式，然后讀取狀態命令

IO1CLR=LCD_RS;
IO1SET=LCD_RW;
if（rb!=0）
{IO1SET=LCD_E;
rb=（I02PIN&0x80000000）;
IO1CLR=LCD_E;
}; //忙等待
IO2DIR=LCD_DO_D7; //將LCD數據位重新設為輸出方式

       2、向LCD下發命令：若LCD“不忙”，在LCD的管腳E的下降沿鎖存命令字節完成命令的發送。
       3、LCD初始化：對LCD內部“忙”操作狀態進行檢查，設置顯示的起始行，然后開顯示。
       4、LCD液晶寫一組漢字：函數寫漢字的時候實際上是將漢字字模寫入LCD。
       5 、LCD液晶畫圖：LCD畫圖和寫字其實很類似，將相應的字模寫入規定的LCD屏幕的位置即可。LCD液晶畫圖用于報警信號的顯示。

       CAN-BUS通信模塊

       CAN通信與一般的串口通信類似，在數據通信前要對CAN總線進行初始化操作，包括CAN控制器的選擇、數據寄存器的設置以及通信波特率的設置等。初始化完成后，則需要設置雙方的通信協議，建立彼此的連接。只有在同一協議下工作的雙方才能正確進行數據的交換。軟件提供的CAN-BUS通信函數接口包括初始化CAN、CAN總線發送數據以及CAN總線接收數據等。

       結束語

       該汽車行駛記錄儀結合了計算機技術、嵌入式技術以及現場總線技術等多項*技術，具有高實時性、抗*力強、可靠性高、數據精度高以及系統擴展方便等特點，可以在車輛實時警告與稽核、**部門的事故處理等方面發揮一定的作用。