基于Zigbee的汽車無線黑匣子設計與實現(xiàn)

　　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算機組成。記錄儀安裝于汽車上，實時監(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用軟件組成，用于控制和操作記錄儀的運行及通過RS232串行口對記錄儀進行數(shù)據(jù)讀取;管理計算機用于對原始記錄數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、報表、存儲及查詢。

　　1 系統(tǒng)原理與結構

　　1.1 系統(tǒng)介紹

　　本系統(tǒng)利用MG2455微處理器為核心，基于Zigbee無線射頻技術設計了一款汽車無線黑匣子。胎壓和胎溫的檢測通過Zigbee技術與主機通信，該系統(tǒng)包括一裝設于輪胎鋼圈上的無線監(jiān)測傳送裝置及一可供裝設在車體駕駛座內的數(shù)字接收一顯示裝置。當胎壓和胎溫超標時，系統(tǒng)會發(fā)出警報。

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

　　1.2 功能與指標

　　(1)存儲車輛行駛過程中不同時段的操作和狀態(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。

　　(2)可以任意地設定參考值，指標超過正常范圍則報警。

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

　　1.3 實現(xiàn)原理

　　在以單片機為核心的控制系統(tǒng)中，所有的汽車信號的處理及液晶顯示等都通過MG2455單片機來處理完成。胎壓、加速度等傳感信號經(jīng)過A/D轉換后通過Zigbee無線通信傳輸給單片機。無線監(jiān)測傳送裝置包括：一個壓力感應器、一個溫度感應器、一個連接壓力器的差動放大器、一個連接溫度感應器的衰減器，一個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行運算處理的微控制器，且通過一個發(fā)送器、一個濾波器將信號經(jīng)共振型天線傳輸至數(shù)字接收顯示器，以利駕駛員可隨時掌握輪胎壓力溫度狀況。單片機將I/O口接收到的時鐘信號、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，當信號超標時系統(tǒng)能主動報警。USB接口通過轉換芯片與單片機的串行口相連，可以將系統(tǒng)存儲的信息導出至PC機或者PDA等個人終端上。

　　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、時鐘模塊。硬件框圖如圖1所示。

　　1.5 軟件流程

　　主單片機MG2455在接收到從胎壓監(jiān)測模塊、溫度模塊、時鐘模塊發(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)的同時還要對該數(shù)據(jù)進行校驗和復雜的算法處理，并對處理后的結果進行判斷。若數(shù)據(jù)超出了預先預定的范圍(如超壓、超時、超溫等)，則立即啟

　　動報警，通過蜂鳴器提示駕駛員當前存在異常;否則提示汽車運行正常。此外，利用串口實現(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)實現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)的實時檢測和記錄，檢測到故障時報警。2)將記錄數(shù)據(jù)通過RS232口上傳到上位機，以便進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、開關量采集程序、脈沖量采集程序、數(shù)據(jù)存儲程序、時鐘處理程序、故障處理程序、故障報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)分析結果，胎內每升高1℃，輪胎磨損就增加2%，一般溫度不能超過80℃，當溫度達95℃，輪胎情況就非常危險。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)生內裂或爆破。同時，本系統(tǒng)加有疲勞駕駛(時間監(jiān)控)，所以當輪胎胎壓溫度超出預設值和駕駛時間超過4個小時時系統(tǒng)發(fā)出警報。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 實現(xiàn)功能

　　(1)它具有時間、日期及駕駛時間的采集、記錄、存儲功能。能對連續(xù)駕駛時間進行記錄，由于交通安全法規(guī)定駕駛員每行駛4個小時要休息不得少于20分鐘，因此它可以對駕駛員的疲勞狀態(tài)進行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)違例會有報警聲響起，同時會把該信息傳送到監(jiān)控中心。(2)車輛行駛時溫度，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)動機溫度進行檢測，并進行實時顯示，能夠對高溫的異常情況進行報警，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部的壓力和溫度數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并進行實時顯示，能夠對高壓、高溫、低壓的異常情況進行報警，從而提高行車的安全行。c.運行數(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)也可以連接到計算機上讀取。

　3 結論

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

　　監(jiān)測系統(tǒng)通過Zigbee無線射頻技術與主機實現(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)也可以連接到計算機上讀取;具有超時(疲勞)報警及記錄功能，從而有效遏制司機疲勞行車，保證長途運輸行車的安全。

　　本設計通過測試，系統(tǒng)運行良好，能滿足汽車黑匣子的基本使用要求。