淺析基于MG2455微處理器Zigbee的汽車無線黑匣子實(shí)

摘要：本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以MG2455微處理器為核心的基于Zigbee無線射頻技術(shù)的汽車黑匣子的功能。它可以存儲車輛行駛過程中不同時(shí)段的操作和狀態(tài)信息(如時(shí)間、溫度、胎壓等)，如果該指標(biāo)超過正常范圍則報(bào)警。需要使用行車數(shù)據(jù)時(shí)，可通過USB接口直接讀取數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)上。

0 引言

汽車黑匣子又稱汽車行駛狀態(tài)記錄系統(tǒng)，主要由汽車行駛狀態(tài)記錄儀、手持讀碼器和管理計(jì)算機(jī)組成。記錄儀安裝于汽車上，實(shí)時(shí)監(jiān)測并記錄車輛的行駛數(shù)據(jù);手持讀碼器由掌上電腦和應(yīng)用軟件組成，用于控制和操作記錄儀的運(yùn)行及通過RS232串行口對記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取;管理計(jì)算機(jī)用于對原始記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、存儲及查詢。

1 系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)利用MG2455微處理器為核心，基于Zigbee無線射頻技術(shù)設(shè)計(jì)了一款汽車無線黑匣子。胎壓和胎溫的檢測通過Zigbee技術(shù)與主機(jī)通信，該系統(tǒng)包括一裝設(shè)于輪胎鋼圈上的無線監(jiān)測傳送裝置及一可供裝設(shè)在車體駕駛座內(nèi)的數(shù)字接收一顯示裝置。當(dāng)胎壓和胎溫超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會發(fā)出警報(bào)。

本系統(tǒng)還具有疲勞駕駛的提示報(bào)警功能及記錄功能，從而有效遏制司機(jī)疲勞行車，保證長途運(yùn)輸行車的安全。

1.2 功能與指標(biāo)

(1)存儲車輛行駛過程中不同時(shí)段的操作和狀態(tài)信息(如溫度、胎壓等)并在LCD屏上顯示出來，存儲的頻率為30次/小時(shí)。

(2)可以任意地設(shè)定參考值，指標(biāo)超過正常范圍則報(bào)警。

(3)需要使用行車數(shù)據(jù)時(shí)，可通過USB接口直接讀取數(shù)據(jù)至PC或者PDA等個(gè)人終端上。USB接口為通用的USB2.0接口。

1.3 實(shí)現(xiàn)原理

在以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中，所有的汽車信號的處理及液晶顯示等都通過MG2455單片機(jī)來處理完成。胎壓、加速度等傳感信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后通過Zigbee無線通信傳輸給單片機(jī)。無線監(jiān)測傳送裝置包括：一個(gè)壓力感應(yīng)器、一個(gè)溫度感應(yīng)器、一個(gè)連接壓力器的差動放大器、一個(gè)連接溫度感應(yīng)器的衰減器，一個(gè)接收來自差動放大器的壓力信號及來自衰減器的溫度信號進(jìn)行運(yùn)算處理的微控制器，且通過一個(gè)發(fā)送器、一個(gè)濾波器將信號經(jīng)共振型天線傳輸至數(shù)字接收顯示器，以利駕駛員可隨時(shí)掌握輪胎壓力溫度狀況。單片機(jī)將I/O口接收到的時(shí)鐘信號、溫度信號與無線接收的胎壓、加速度信號一起存儲在flashROM中并在液晶模塊LCD6029上顯示出來，當(dāng)信號超標(biāo)時(shí)系統(tǒng)能主動報(bào)警。USB接口通過轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的串行口相連，可以將系統(tǒng)存儲的信息導(dǎo)出至PC機(jī)或者PDA等個(gè)人終端上。

1.4 硬件框圖

本系統(tǒng)從功能上可劃分為數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)存儲部分、通訊部分(USB通訊)、顯示部分、胎壓模塊、溫度模塊、時(shí)鐘模塊。硬件框圖如圖1所示。

1.5 軟件流程

主單片機(jī)MG2455在接收到從胎壓監(jiān)測模塊、溫度模塊、時(shí)鐘模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)后，由SPI口傳送給控制器，控制器在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)還要對該數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和復(fù)雜的算法處理，并對處理后的結(jié)果進(jìn)行判斷。若數(shù)據(jù)超出了預(yù)先預(yù)定的范圍(如超壓、超時(shí)、超溫等)，則立即啟動報(bào)警，通過蜂鳴器提示駕駛員當(dāng)前存在異常;否則提示汽車運(yùn)行正常。此外，利用串口實(shí)現(xiàn)與電腦之間的通信，便于查詢、分析記錄的數(shù)據(jù)，為優(yōu)化控制算法和分析交通事故提供依據(jù)。

系統(tǒng)軟件主要完成兩方面的功能：1)實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測和記錄，檢測到故障時(shí)報(bào)警。2)將記錄數(shù)據(jù)通過RS232口上傳到上位機(jī)，以便進(jìn)行日常管理和事故診斷。

程序主要包括：主程序、數(shù)字量采集程序、開關(guān)量采集程序、脈沖量采集程序、數(shù)據(jù)存儲程序、時(shí)鐘處理程序、故障處理程序、故障報(bào)警程序及串口通信程序等。

主程序流程圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)測試

2.1 測試數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)分析結(jié)果，胎內(nèi)每升高1℃，輪胎磨損就增加2%，一般溫度不能超過80℃，當(dāng)溫度達(dá)95℃，輪胎情況就非常危險(xiǎn)。而且氣壓過高，輪胎簾線過度伸張，胎體彈性降低，剛性增大，單位壓力增大，胎冠部接地面積減小，同時(shí)磨耗增加，胎面花紋易裂口，行駛中一旦受到障礙物沖擊，便會產(chǎn)生內(nèi)裂或爆破。同時(shí)，本系統(tǒng)加有疲勞駕駛(時(shí)間監(jiān)控)，所以當(dāng)輪胎胎壓溫度超出預(yù)設(shè)值和駕駛時(shí)間超過4個(gè)小時(shí)時(shí)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。在傳輸過程中誤差方面，胎壓測量精度為±0.5kpa，胎溫為±1℃。

2.2 實(shí)現(xiàn)功能

(1)它具有時(shí)間、日期及駕駛時(shí)間的采集、記錄、存儲功能。能對連續(xù)駕駛時(shí)間進(jìn)行記錄，由于交通安全法規(guī)定駕駛員每行駛4個(gè)小時(shí)要休息不得少于20分鐘，因此它可以對駕駛員的疲勞狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)違例會有報(bào)警聲響起，同時(shí)會把該信息傳送到監(jiān)控中心。(2)車輛行駛時(shí)溫度，胎壓的測量、記錄、存儲功能：a.溫度測量系統(tǒng)是對車的發(fā)動機(jī)溫度進(jìn)行檢測，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，能夠?qū)Ω邷氐漠惓Ｇ闆r進(jìn)行報(bào)警，從而提高行車的安全行。b.輪胎壓力、溫度檢測系統(tǒng)的主要功能是對輪胎內(nèi)部的壓力和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，能夠?qū)Ω邏骸⒏邷?、低壓的異常情況進(jìn)行報(bào)警，從而提高行車的安全行。c.運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲在大容量串行Flash存儲器中，即使掉電，數(shù)據(jù)也不丟失。d.配置了USB接口，可以用U盤直接讀取數(shù)據(jù)也可以連接到計(jì)算機(jī)上讀取。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)具有時(shí)間、日期及駕駛時(shí)間的采集、記錄、存儲功能;汽車輪胎壓力、溫度等。

監(jiān)測系統(tǒng)通過Zigbee無線射頻技術(shù)與主機(jī)實(shí)現(xiàn)通信;Flash存儲器存儲數(shù)據(jù)，即使掉電，數(shù)據(jù)也不丟失：配置了USB接口可以用U盤直接讀取數(shù)據(jù)也可以連接到計(jì)算機(jī)上讀取;具有超時(shí)(疲勞)報(bào)警及記錄功能，從而有效遏制司機(jī)疲勞行車，保證長途運(yùn)輸行車的安全。

本設(shè)計(jì)通過測試，系統(tǒng)運(yùn)行良好，能滿足汽車黑匣子的基本使用要求。