基于GPS 和GPRS 的多功能汽車記錄儀的設計

摘要： 提出一種多功能汽車記錄儀的設計方案， 系統(tǒng)采用AT91SAM9260 型ARM 處理器為控制器，Linux 操作系統(tǒng)，K91G08U0B 型Nand Flash 為存儲介質，通過ET-318 SiRF Star Ⅲ GPS 芯片組接收GPS 信號進行定位，而GPRS 模塊采用SIM300C 傳輸數(shù)據(jù)。該汽車記錄儀能夠實時記錄監(jiān)測汽車行駛狀態(tài)、位置，通過GPRS 將行駛記錄及當前信息上傳至服務器，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，具備超速、疲勞駕駛報警功能。數(shù)據(jù)可以通過USB 或RS-232 串口上傳至上位機。經(jīng)測試該記錄儀性能穩(wěn)定可靠。

　　汽車行駛記錄儀（汽車黑匣子）是一種使用在汽車上的數(shù)字式電子記錄裝置，它可以對汽車的行駛速度、時間、里程及剎車等狀態(tài)信息進行存儲并通過USB 或串口導出數(shù)據(jù)。

　　汽車記錄儀對約束駕駛員的不良駕駛行為，分析、鑒定道路交通事故，提高交通管理執(zhí)法水平和運輸管理水平，保障車輛運行安全具有重要作用。

　　當前的汽車行駛記錄儀技術比較成熟，低端產品一般采用8 位或16 位單片機作為主處理器[2]，中高端則采用32 位的ARM 處理器， 但這些產品一般只能做到對本車的記錄及監(jiān)控，車輛行駛記錄需逐車采集，不便于大型車隊和企業(yè)管理。這里提出一種基于GPS 和GPRS 的多功能汽車記錄儀的設計方案，該設計是在實現(xiàn)記錄儀基本功能的基礎上，增加GPS 和GPRS 模塊，分別用于定位和數(shù)據(jù)遠程傳輸，結合數(shù)據(jù)庫技術和相應監(jiān)控管理軟件實現(xiàn)對車輛和司機全方位監(jiān)控、調度和管理。

　　1 系統(tǒng)組成和主要功能

　　本系統(tǒng)主要包括汽車記錄儀終端、服務器和監(jiān)控管理軟件。其中汽車記錄儀終端包括信號采集、數(shù)據(jù)記錄、GPS 和GPRS 等部分。服務器接收記錄儀通過GPRS 發(fā)送的數(shù)據(jù)并保存。監(jiān)控管理軟件對服務器的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析[3]，得到超速駕駛、疲勞駕駛和行駛里程等信息。

　　記錄儀終編是整個系統(tǒng)的基礎，其主要功能為：

　　1）實時定位功能能夠實時采集記錄車輛當前所處的位置數(shù)據(jù)，并把位置數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心管理平臺，在監(jiān)控平臺上顯示出車輛的行駛軌跡；監(jiān)控中心（監(jiān)控站）也可以發(fā)出指令尋找目標車輛所在位置數(shù)據(jù)；

　　2）運營限制區(qū)域設置功能利用監(jiān)控平臺可以對運營車輛的行駛區(qū)域范圍做出限定，車輛一旦超出限定區(qū)域，監(jiān)控平臺就會發(fā)出報警；

　　3）泊車防盜功能停車后按下泊車防盜按鈕，車輛就進入泊車防盜狀態(tài)。如車輛非法移動，監(jiān)控平臺立即發(fā)送短信至主控手機上，并報告當前的車輛位置；

　　4）緊急求助報警當車輛遇劫或需要求助時，駕駛人員可通過按鍵向中心報警， 同時向監(jiān)控中心發(fā)送車輛的經(jīng)度、緯度、行駛速度、方向、時間等信息；

　　5）車輛全程行駛數(shù)據(jù)記錄車載終端全程采集、記錄車輛行駛和司機操作的全部數(shù)據(jù)并發(fā)給數(shù)據(jù)中心。其中包括：

　　車輛的時間、速度、里程、狀態(tài)、位置、發(fā)動機轉速等數(shù)據(jù)。利用一體機記錄下的全程行駛數(shù)據(jù)，監(jiān)控平臺提供每條行駛記錄全程時間-速度-狀態(tài)曲線和里程-速度-狀態(tài)曲線。通過這些曲線查看司機的全部駕駛過程；

　　6）超速報警和超速記錄車載終端可以按預先設置的速度限制進行超速報警。當車輛行駛速度超過設定值時，車載終端就以聲/光方式報警，提醒司機及時減速。同時把車輛超速信息發(fā)送到監(jiān)控中心；

　　7）司機疲勞駕駛報警和記錄車載終端能記錄駕駛員連續(xù)駕駛時間超過4 h 的所有疲勞駕駛數(shù)據(jù)；

　　8）事故疑點記錄車載終端以0.2 s 的時間間隔記錄車輛停車前20 s 時間段內和實時時間相對應的車輛行駛的速度值、剎車信號和其他車輛狀態(tài)信號作為事故疑點數(shù)據(jù)。存儲最近2 個月的所有事故疑點數(shù)據(jù)；

　　9）車輛油位監(jiān)控功能車載終端可以對油箱油位進行實時監(jiān)控。當油位發(fā)生異常變化時，車載終端可以實時記錄變化量并向監(jiān)控中心發(fā)送異常變化數(shù)據(jù)；

　　10）視頻監(jiān)控功能可外接兩路攝像頭，將車內外情況抓拍照片后傳送到監(jiān)控中心；

　　11）駕駛員身份識別功能車載終端利用IC 卡方式實現(xiàn)駕駛人員身份識別功能。使用和車載終端配套使用的管理軟件可以把駕駛員基本信息設置在IC 卡中， 其中包括：“駕駛員姓名”、“駕駛員代碼”、“駕駛證號碼”。把設置好的IC 卡插入記錄儀，記錄儀自動對司機進行識別；

　　12）數(shù)據(jù)通信功能車載終端通過內置GPRS 通訊模塊實現(xiàn)和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)互通； 車載終端設有標準USB 接口，使用U 盤可以把車載終端記錄的全部數(shù)據(jù)取出；通過車載終端的USB 口可以對車載終端進行參數(shù)設置也可以對車載終端進行程序裝載；

　　13）讀取短信功能讀取監(jiān)控平臺發(fā)送的任意短信內容。

　　2 記錄儀硬件設計

　　記錄儀總體結構框圖如圖1 所示， 主要包括ARM 處理器、GPS 模塊、GPRS 模塊、信號采集電路、實時時鐘電路、語音報警電路及數(shù)據(jù)存儲電路。

　　2.1 主處理器

　　為了滿足系統(tǒng)對實時性、大量數(shù)據(jù)處理、GPS 信號接收、GPRS 發(fā)送數(shù)據(jù)控制等各方面的要求， 選用32 位ARM 處理器AT91sam9260。AT91SAM9260 采用ARM926EJ-S 內核，外部總線接口包含諸多控制器， 用于控制SDRAM 以及包括NAND Flash 和Compact Flash 在內的靜態(tài)存儲器，7 路USART、1 個雙線接口（TWI）以及4 通道10 位A/D 轉換器。