基于MSP430的汽车黑匣子的设计 毕业设计论文

1、本 科 毕 业 设 计（论文） 学 院 电子信息学院 专 业 电气工程及其自动化 学生姓名 班级学号 指导教师 基于MSP430的汽车黑匣子的设计The design of Vehicle black box based on MSP430毕业设计（论文）题目：基于MSP430的汽车黑匣子的设计一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等） 1 提供条件： MSP430开发板，KEIL、PROTEL99软件，936仿真器等； 2 设计内容与要求:(1) 调研收集分析有关资料，总结汽车黑匣子结构特点；(2) 确定汽车黑匣子结构设计总体原则; (3) 进行汽车黑

2、匣子结构规范计算;(4) 绘汽车黑匣子电路框图、程序流程图等；(5) 设计汽车黑匣子电路图和C原程序。 二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1. 毕业设计论文一份（不少于1.5万字）；2. 外文译文一篇（不少于5000英文单词）；3汽车黑匣子电路图和C原程序。 五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:1电子技术基础 高等教育出版社 1998。72模拟电子线路2 电子科技大学出版社 2004.73SP430系列16位超低功耗单片机原理与实践 沈建华 编著 北京航空航天大学出版社 2008.74MSP430单片机基础与实践 谢兴红 编著 北京航空航天大学出版社 2008.15MCS

3、-51单片机原理及应用实例 清华大学出版社 2004.36单片机应用系统设计 北京航空航天大学出版社 1996.127.8051单片机基础教程 科学出版社 2003.98.基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计 电子工业出版社 2004.7 系(教研室)主任： （签章） 年 月 日 学院主管领导： （签章） 年 月 日本科毕业设计（论文）摘 要根据飞机“黑匣子”的原理而研究的监控记录汽车实时运行状况的系统，俗称“汽车黑匣子”。汽车黑匣子，又称汽车行驶记录仪,是可以实时采集并记录汽车行驶状态的电子仪器,它对保证行车安全和发生道路交通事故后的责任分析等有着重要的作用。国内外对于汽车行驶记录仪的研究

4、开发已经有不下十余年的历史。20世纪90年代后随着科学技术的发展和汽车市场的逐渐普及，很多研究所和厂家开始了汽车行驶记录仪的研究和开发，曾经有五花八门的产被推向市场。为了加强对汽车行驶记录仪的规范，国家于2003年4月15日颁布了汽车行驶记录仪GB/T19056-2003标准，2003年9月1日起实施。应该说，实用性规范化的“汽车行驶记录仪”产品的研究由此拉开序幕。本系统完全依照汽车行驶记录仪的国家标准而开发的，以MSP430超低功耗单片机作为主控器件、以FM24C04铁电存储器作为实时存储器,能够对汽车行驶时的转向灯、制动、超速超时告警、轮速信号等信息进行采集、处理、记录。记录仪利用RS23

5、2串口与PC机连接通讯，将这些记录数据通过数据分析处理软件对实时记录的数据进行后处理分析。关键词：汽车黑匣子、MSP430、GB/T19056-2003国家标准Abstract According to the aircraft "black box" principle and the study of real-time monitor the operation of motor vehicle records of the system, commonly known as "car black box".Automobile black box

6、, also known as Vehicle Traveling Data Recorder,which can be collected and recorded in real-time vehicle status with electronic devices, it is to ensure traffic safety and road traffic accidents occurred in the responsibility of the post-analysis plays an important role.The study of the vehicle trav

7、eling data recorder is existed very early in inland and outland, 90 years of 20 centuries along with the fast development of technology and science and car market, a lot of graduate schools and company start to research and exploit the vehicle traveling data recorder, and many related production app

8、ear in the market. For enhancing the criterion of the vehicle traveling data recorder, Nation issued the standard of vehicle traveling data recorder GB/T 19056-2003 on April 15, 2003, and practice on September 1，2003.This system is exploited completely according to National standard of vehicle trave

9、ling data recorder,uses MSP430 ultra-low power single-chip microcomputer as the master device, FM24C04 ferroelectric memory as a real-time memory.It is able to record ,collect , process the information of car lights, braking, speeding time-out warning and wheel speed.Recorder using RS232 serial comm

10、unications with the PC connected to these records through data analysis data processing software for real-time data recorded in post-processing analysis.搜索Keywords: Automobile black box, MSP430，GB/T19056-2003 National standard. 目 录第一章 绪论11.1 课题的选题背景与意义11.2 国内外发展现状11.2.1 国外发展现状11.2.2 国内发展现状21.2.3 未来发

11、展动态31.3 课题的研究内容及解决方案41.3.1 课题的研究内容和目的41.3.2 课题的解决方案4第二章 系统芯片原理介绍62.1 主控制器简介62.1.1 概述62.1.2 特性62.1.3 主要框图82.2 ISD2560芯片简介82.2.1 DIP封装图及各引线端功能482.2.2 操作模式92.3 FM24C64芯片介绍102.4 时钟芯片简介112.4.1 概述112.4.2 特性112.4.3 功能框图12第三章 汽车黑匣子硬件系统设计133.1 汽车黑匣子硬件系统总体构架133.2 数据采集单元设计133.2.1 汽车速度信号采集133.2.2 汽车开关量的采集153.2.

12、3 温度采集电路图163.2.4 语音采集电路173.3 数据存储单元设计183.3.1 数据存储芯片的选择183.3.2 FM24C64铁电存储器电路的实现8183.4 时钟电路设计193.5 LCD液晶显示203.6 数据通信的设计213.6.1 RS232标准223.6.2 MAX232芯片223.6.3 RS232接口硬件电路设计233.7 黑匣子系统的硬件抗干扰设计23第四章 黑匣子软件设计244.1 概述244.2 软件主流程244.3 数据采集264.4 信息显示284.5 报警模块284.6 存储模块294.7 时钟模块30结 论31致 谢33参 考 文 献34附 录 1 硬件

13、原理图35附 录 2 软件流程图38IV本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 课题的选题背景与意义随着交通的迅速发展，汽车已经成为现代社会的一种重要的交通土具，并且其数量仍在不断增加中。但这直接导致了交通事故的增加，以及对事故责任的鉴定越来越困难。据统计，近20年来，由于交通事故造成的死亡人数已达108万人以上。并且，许多重大、特大交通事故均是由于发现晚、报案迟等原因造成事故责任无法认定，同时也给国家和人民生命则产造成了巨大的损失。交通肇事的事故现场是事故责任认定的主要依据，由此引发了各种各样的人为及非人为的种种因素，致使交警断案的准确性、可信度等出现问题。由于没有先进的科学技术手段应用于该

14、领域，导致事故各方纷争四起，更有甚者伪造、破坏、转移事故现场，进行骗取保险金等不法行为。如何采取有效措施预防道路交通事故的发生，提高事故处理的准确性、公正性及快速性，是一个值得研究的问题。据统计资料显示，汽车驾驶员的超速行驶、违章抢道、疲劳驾驶、疏忽大意等是导致交通事故的主要原因，占交通事故量的80%以上。而另一个事实是，哪里有交通警察在场，哪里的交通事故就极少发生。这就提示我们，如果给每一辆汽车安装上“电子警察”，有效地监督驾驶人员的驾驶行为，必能预防或减少交通事故的发生:另一方而，在发生交通事故后，“电子警察”也能给我们提供数据和资料，提高事故处理的效率和准确性。这种“电子警察”就是“汽车

15、行驶状态记录仪”。行驶状态记录仪(Vehicle traveling data recorder)，亦称“汽车黑匣子”，是安装在车辆上，能够记录、存储、显示、打印车辆运行速度、时间、里程以及有关车辆运行安全的其他状态信息的数字式电子记录装置。它对防止疲劳驾驶，车辆超速和违章、约束驾驶员的不良行为、分析鉴定事故、提高交通的管理执法水平和运输管理水平、保障车辆运行安全等有着重要的实际作用及意义4。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外发展现状20世纪70年代后期，欧洲率先推出了机电模拟式驾驶记录仪:20世纪90年代初，美国和德国又开发了数字式汽车事故记录仪，用以监督汽车驾驶员的超速驾驶行为。由于汽

16、车黑匣子能真实记录事故过程中汽车驾驶员的操作和汽车运行情况，因而它既可作为事故分析依据，同时也是考核汽车驾驶员违规操作的重要监督手段。由于这种“监督”、“见证”的功能，大大提高了汽车驾驶员的安全责任感，从而大幅度降低了事故率。据德国TTS,、比利时WUSTBULGLUM公司使用汽车黑匣子前后事故率统计情况表明，事故率比没装汽车黑匣子前降低了34%一53%。6目前，发达国家的汽车生产厂家已在部分汽车上安装了汽车黑匣子，其功能和作用如下:1、记录器:能在汽车行驶中客观、精确地记录下多种工作状态。当遇到不测或被切断电源后，原先记录下的数据能被完好的保留，一般情况可保存10年之久。2、显示器:能及时显

17、示出汽车行驶时的动态数据，位于仪表板上，供驾驶员掌握车况并作纠控之用。3、数据采集处理卡:数据采集、存储、显示、存档、报警、受话的磁卡，插入记录器后用文字显示，并能记录下该车的采集的时间及各种状态下的工作数据:也可把采集到的若干数据送计算机存档进行图像处理和事故分析。磁卡还可作为汽车遭劫、被盗、报警时受话及解除警报之用。4,PC机处理软件系统:可直接采集设置记录器中的汽车参数、时间、速范围，还能以图线再现发生事故的汽车行驶轨迹。5、传感器:能够向记录器提供汽车行驶时的速度、信号、方向。1.2.2 国内发展现状在我国，生产汽车黑匣子的企业有l0余家，产品数十种，并不断有新产品推出，经过国家有关权

18、威部门检测合格后，汽车黑匣子开始在全国各省市推广使用。汽车黑匣子对提高车队的营运效率和降低事故率等方而的显著效果，受到物流运输、汽车租赁、企事业车队、保险公司和交通管理部门的欢迎。但由于汽车黑匣子安装配套成本较大，目前私家车用户安装使用的比较少。从国内研制的汽车黑匣子来看，基本上具备以下特点：1、可实时监测并记录汽车行驶的各种状态信息(包括:速度、制动、前照灯、小灯、左、右转向灯等)；2,在发生交通事故时，可提供事故分析功能，帮助有关部门快速确定事故原因；3,在正常营运中，又是管理部门加强监督和管理的强有力工具，帮助管理人员全面了解汽车的运行情况；4,在车辆发生故障时，它又可提供故障诊断功能，

19、成为汽车维修人员判断故障的得力助手:5、用户可按需求或有关规定设置三级限速，当车辆超速时，汽车黑匣子会按不同限速分级声光报警;6、可写入车牌号、车型号;7、汽车黑匣子管理软件可统计分析任何时段的行车速度、行驶里程、停车次数、停车时间、超速次数、超速时间以及收、发车时间等，提供汽车管理人员关心的种种数据。1.2.3 未来发展动态随着微电子与计算机技术的发展，汽车黑匣子的功能已经远远超过单纯事故记录的功能，从发展的趋势来看，汽车黑匣子势必将与汽车其它电子系统(如GPS定位、通讯、报警、测重、测温、故障诊断等)相结合，向大容量、模块化、系统化、数据无线传输和数据集成处理的方向发展。最终使它成为确保现

20、代道路交通运输安全和高效物流动态营运管理的不可或缺的记录处理、显示和数据传送的综合装置，也必将成为智能交通系统(ITS)的重要组成部分。日本计划于2015年前投入500亿美元用于发展全国的ITS系统，美国以及德国等欧洲国家在ITS领域的投入也都有相当大的规模，我国的ITS系统尚属起步阶段，但北京、上海、武汉和广州等大城市都已经把ITS的建设提到议事日程上来，对城市未来的ITS进行了构想，并有了发展规划。这一趋势，必然为汽车黑匣子的发展与应用提供广阔的空间。目前，在美国、欧洲已经出现了不少适合各种不同运输专业管理需要的汽车黑匣子。例如美国DCT公司专为HAVI公司开发的汽车驾驶记录仪就兼有油耗记

21、录和停车卸货量的记录。汽车驾驶记录仪还可以同目前国际上流行的专用近距离无线通讯技术(BLUETOOTH蓝牙)和电子标签(ELECTRONICTAG以及智能射频识别技术(RFID)相结合，将记录的数据快速、实时地传送到有关部门。总之，汽车黑匣子的全面性、包容性和适应性是实现汽车电子综合化、集成化的核心，并必将成为未来ITS系统的重要组成部分。1.3 课题的研究内容及解决方案1.3.1 课题的研究内容和目的目前，汽车黑匣子在国内的配套安装费用比较昂贵，本课题致力于研究具有自主知识产权的低成本的汽车黑匣子，其主要功能是进行汽车行驶状态信息的数据采集和存储。本课题的研究内容主要包括:1,黑匣子主控器件

22、的选型由于汽车黑匣子的土作环境是在汽车上，功耗不能太大，所以黑匣子的主控器件不能有太大的功耗，并能有强大的数据处理和操作的能力。2、外围数据存储器的选型和电路实现汽车黑匣子对汽车行驶状态的左转向灯、右转向灯、刹车、轮速信号进行实时采集并存储。由于汽车行驶状态是分析事故、明晰责任的重要数据，要求在发生事故之后存储器仍能保持数据完好，并且在掉电的情况下，能长期保存数据的完好。同时，历史数据需要大容量数据存储器来存储。这些就对外围数据存储器的选型提出了要求。3、左转向灯、右转向灯、刹车信号、轮速信号数据采集电路的设计与实现汽车行驶状态的左转向灯、右转向灯、刹车、轮速信号需要进行实时的采集。其中左转向

23、灯、右转向灯、刹车信号可以当作数字信号采集，轮速信号需要进行模拟量的采集，数据采集之后还需要进行相应的滤波处理。这些都需要外围电路的支持。4、硬件监控程序的设计与实现硬件电路设计和制作好以后，需要对其进行编程，以控制主控器进行各项数据的采集和存储的操作5,PC机汽车黑匣子信息分析软件的设计与实现在事故发生之后，我们需要对事故发生前的数据进行分析，于是我们需要在pc机上有一个配套的信息分析软件。6、硬件、软件抗干扰技术的实现汽车行驶的外界干扰很大，所以汽车黑匣子需要具有很强的抗干扰能力，这个在软件和硬件上都要做到抗干扰的处理。1.3.2 课题的解决方案本课题采用以MSP430单片机为核心的电路设

24、计，采用FM24C64存储器作为实时快速数据存储器。黑匣子硬件电路主要由主控器MSP430及其外围数据采集电路、FM24C64组成的数据存储系统两部分组成。MSP430的监控程序使用MSP430单片机专用C+语言编写制作而成,Black Box使用keilc51编写而成。第二章 系统芯片原理介绍2.1 主控制器简介2.1.1 概述 MSP430 系列是一个 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在 1996 年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。2.1.2 特性1主要特性l 低工作电压：1.83.6Vl 超低功耗

25、： （1）活动模式250A 1MHz,2.2V; （2）待机模式0.7A; （3）掉电模式（RAM 数据保持） 0.1A。 （4）5 种节电模式。l 从待机到唤醒的响应时间不超过1s。l 十六位精简指令结构，62.5n 秒的指令执行周期。l 基本时钟模块配置： （1）片内高频时钟源，频率高达16MHZ并存有四个已经校正的频率参数存在在FLASH的信息段A中，其误差在±1%以内。 （2）内部还有低功耗低频振荡器VLO （3）32KHZ晶振模块 （4）外部数字时钟源增强型UART。具有波特率发生器、间隔检测、帧错误检测和自动地址检测功能。400kHz字节方式I2C通信端口和SPI通信端口

26、。l 带有三个捕获/比较器的16 位定时器Timer_A，Timer_Bl 通用串行通讯接口： （1）增强型的异步通讯，支持波特率自动检测。 （2）红外编/解码器 （3）同步通讯SPI （4）I2C （5）LIN频率可进行很好的调节。l 10 位，200-ksps A/D 转换器带有内部参考源、采样保持、自动扫描特性和数据传送控制器l 22 个可编程的运放OA0，OA1。l 掉电检测（Brownout Detector)。l FLASH 存储器高达32KB，RAM 高达1KB。l 调试接口。l 串行在系统编程，无需外加编程电压，可选择烧断熔丝来保护代码。l 内置自启动引导程序（Bootstra

27、p Loader)。l 在线仿真模块： （1）Spy-Bi-Wire （2）4-Wire JTAG2.1.3 主要框图图2.1MSP430方框图2.2 ISD2560芯片简介美国ISD公司的2500芯片，按录放时间60秒、75秒、90秒和120秒分成ISD2560、2575、2590和25120四个品种。ISD2500系列和1400系列语音电路一样，具有抗断电、音质好，使用方便等优点。它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K(1400系列为128K)，所以录放时间长；有10个地址输入端(1400系列仅为8个)，寻址能力可达1024位；最多能分600段；设有OVF（溢出）端，便于多个器件级

28、联。2.2.1 DIP封装图及各引线端功能4图2.2 DIP封装图表2-1 各引线端功能引线端名称功能17A0/M0A6/M6地址810A7A9地址11AUX IN辅助输入12、13VSSD、VSSA数字和模拟地14、15SP+、SP-扬声器输出16、28VCCA、VCCD模拟、数字信号电源正极17、18MIC、MIC REF麦克风输入和输出参考端19AGC自动增益控制20、21ANA IN、OUT模拟信号输入和输出22OVF溢出23CE片选（低电平有效）24PD芯片低功耗状态控制25EOM录放音结束信号输出26XCLK外部时钟27P/R录/放控制选择2.2.2 操作模式当最高位地址(MSB)

29、A8,A9都为高电平时，地址端就作为操作模式选择端(高电平有效)表2-2 操作模式模式控制功能典型应用A0/M0信息检索快速检索信息A1/M1删除EOM标志在全部语音录放结束时，给出EOM标志A2/M2未用当工作模式 操作时，此端应接低电平A3/M3循环放音从0地址开始连续重复放音A4/M4连续寻址可录放连续的多段信息A5/M5CE电平触发允许信号中止A6/M6按钮控制简化器件接口使用操作模式时需要注意两点:1、所有操作模式下的操作都是从0地址开始，以后的操作根据模式的不同，而从相应的地址开始工作。当电路中录音转放音或进入省电状态时，地址计数器复位为0。2、操作模式位不加锁定，可以在MSB（A

30、8,A9）地址位为高电平时，CE电平变低的任何时间执行操作模式操作。如果下一片选周期MSB（AB,A9）地址位中有一个(或两个)变为低电平，则执行信息地址，即从该地址录音或放音，原来设定的操作模式状态丢失。2.3 FM24C64芯片介绍FM24C64是采用先进的铁电技术制造的64K位非易失性存储器。铁电随机存储器（FRAM）具有非易失性，并且可以象RAM一样快速读写，数据在掉电后可以保存10年，相对于EEPROM或其他非易失性存储器，FRAM具有系统可靠性更高，结构更简单等诸多优点。与EEPROM系列不同的是，FM24C64以总线速度进行写操作，无须延时。数据发到FM24C64后直接写到具体的

31、单元地址， 下一个总线操作可以立即开始。FM24C64可以支持1万亿次读写次数，或者是EEPROM的1百万倍。以上的这些特性使得FM24C64对于某些非易失性应用场合非常理想，在这些场合，系操作频率及读写速度要求非常高。举例来说，数据采集应用中，系统对写周期的要求很高，EEPROM较长的写入周期可能会导致数据丢失，FM24C64的这些综合特性使系统具有更快的写操作速度和更少的系统开销。FM24C64 为使用串行EEPROM 的用户提供了便利， 它在硬件上可以直接替换EEPROM。FM24C64 使用工业标准两线接口，8 脚SOP 封装，操作温度范围为：-40至+85。图2.3 FM24C64C

32、引脚图该芯片的优点如下:写操作达到了总线速度，没有写入延时时间，所以可以实现实时信息存储，在汽车运行发生意外时，能够存储准确的信息。铁电工艺非常先进，不仅体积小，而且抗干扰能力强，掉电后没有数据的损耗，依然保持所有的信息。封装小，非常适用于嵌入式的电路板设计，使整个电路板小型化，集成化。该芯片与MSP430匹配，工作条件采用了低功耗，真工作电压只有5V,工作电流150uA.在汽车黑匣子使用中体现了良好的性能。基于低功耗，信息可以在常温下保留时间近10年。FM24C64铁电存储器与MSP430的接线简图如图2.4所示:图2.4 接线图2.4 时钟芯片简介2.4.1 概述PCF8583是一款带有2

33、56个字节的时钟/日历芯片。地址和数据通过I2C总线传输。在每次对数据字节的读或写操作后，内建的字地址寄存器自动增加。地址管脚A0用于编程硬件地址，这样在不增加硬件的情况下允许将两个器件连接到总线上。    内置的32.768KHz振荡器和RAM的前8个字节用于时钟/日历和计数器功能。接下来的8个字节可作为报警寄存器或当作RAM来使用。剩下的240个字节都作为RAM由用户自由支配供电电压为2.5V6V2.4.2 特性l 日历时钟工作电源和RAM数据保持电压为1V6Vl 工作电流最大为50mAl 4年日历时钟，可选24小时或12小时格式l 32.768kH

34、z或50Hz时基l 串行I2C总线接口l 256字节RAM，字节地址可自动增加具有可编程的闹钟、定时和日历功能2.4.3 功能框图图2.5 功能框图第三章 汽车黑匣子硬件系统设计3.1 汽车黑匣子硬件系统总体构架汽车黑匣子硬件电路主要由数据采集单元、数据处理单元(主控器)和数据存储单元等三部分组成，如图3.1所示。图3.1 系统总框图数据采集单元完成对汽车行驶状态最为关键的几个信号的采集，主控器协调各相关部件的协同工作并完成对信息的处理，数据存储单元以一定的存储方式存储数。3.2 数据采集单元设计3.2.1 汽车速度信号采集汽车车速表的工作流程如下:首先是固定于变速箱第二轴驱动的涡轮轴转盘上的

35、一对永久磁钢产生旋转磁场，因该磁场的作用在霍尔传感器中产生脉冲信号，其频率与车速成正比(对确定的车型，比例常数一定)。接着该脉冲信号经过放大，光电隔离和整形送至MCU定时计数。速度脉冲信号根据不同的汽车有不同的采集方法，如果汽车的速度表为机械式，则必须在汽车上安装一个新的速度传感器，用来把模拟信号转换为数字脉冲信号，系统终端就接收此速度脉冲信号;相反如果汽车本身的速度表就为数字式的，则系统终端可以直接采集汽车的速度传感器的脉冲信号，不需要另外配置速度传感器。速度脉冲信号是汽车在行使状态下发出的脉冲信号，车轮每旋转一圈就会发出一个脉冲信号，经检测此脉冲信号为比较规则的矩形波信号，经过简单的处理，

36、单片机可以非常方便的检测到此脉冲信号10。速度脉冲信号的检测电路如图3.2所示。图中速度信号接汽车速度传感器的输出，Pulse信号送MCU的外部中断口。图3.2汽车速度信号处理电路因为速度脉冲信号是直接从汽车发出的，由于汽车环境的恶劣，该速度脉冲信号会有非常多的抖动，脉冲信号会在不停的产生很多的尖峰电压，而且在汽车高速行驶时情况会更加恶劣，速度脉冲信号就会对电路产生更多的高频干扰，所以不能将此脉冲信号直接加载到系统上，必须进行隔离，抑制高频干扰。对此本系统使用的是TOSHIBA公司生产的光藕合器件TLP521,TLP521的前端的LED的开启电压最低只要1.0V，最大1.3V时便可以开启，使T

37、LP521的后端三极管导通。由于不同汽车的速度传感器发出的速度脉冲信号的值及波形完全不同，经现场实车测试发现有的汽车发出的速度脉冲信号的幅值只有2.4V左右，而有些汽车发出的速度脉冲信号的幅值却可能达到8V左右，所以电路中就必须对此有所考虑使得电路对不同的车型、不同的脉冲信号都可以准确检测到。经实验，本系统使用的速度检测电路在输入脉冲的幅值大于2.0V时，便可以使TLP521导通，MCU就可以检测到完整的脉冲波形。而且经多次反复实验优化电路，本电路具有很强的抗干扰能力，在进行实车测试时，无论在低速的状态或者在110km/h的高速状态下，系统都可以稳定工作，可以非常准确的检测到速度信号。经过速度

38、检测电路的速度脉冲信号被送到MCU的一个中断口，采用中断计数。经反复测试速度脉冲信号经过图3.4所示的速度检测电路后，频率没有任何的改变，送给MCU的脉冲信号与输入系统的脉冲信号的频率完全一样，送给MCU的速度脉冲信号是标准的方波信号，其幅值最大为5V左右，最小为0.3V左右，MCU完全可以准确的检测到此脉冲信号。本系统中设置有一个汽车系数值(K值)，它表示的是汽车行驶一公里所发出的脉冲数，每一个脉冲表示车轮转过一圈。不同的车型对应着不同的K值，比如，在实车测试时，上海大众生产的PASSAT2.0所测得的K值为4190，东南汽车生产的FREECA车所测得的K值就为5120，而上海通用生产的别克

39、君威所测得的K值为6640。K值测试的方法非常简单，将该系统正确接入汽车之后，让汽车行驶一段里程，该系统会在行使的过程中记录这一段历程中汽车发出的总的脉冲数，然后用这个总的脉冲数除以里程数，就可以计算出该车的K值。当然这个过程都是由该系统自动完成的，不需要人工进行计算。在测试K值时由于每次都会产生一些误差，所以应该多测试几次取平均值，这会使得取得的K值更加准确。系统计算速度和里程时都是使用该K值进行计算的。速度和里程的计算方法如下可以定时一段时间(比如5分钟，本系统使用的10分钟)计算一次里程，中断会不停的对速度脉冲进行计数，用5分钟内计数到的脉冲总数除以该车的K值，就是汽车在这段时间内所行驶

40、的历程数，然后再把这个值累加到总里程中进行存储就可以了。速度的计算方法如下，本系统中LCD上的速度显示是每秒钟刷新一次(MCU的实际处理速度是每0.2S计算一次速度)，这就可以利用每秒钟所计得的速度脉冲数来计算速度，公式如下:速度=每秒钟的速度脉冲数*3600/K值每秒钟的速度脉冲数乘以3600表示汽车一个小时能发出的脉冲数，而K值表示汽车每公里发出的脉冲数，相除之后正好就是此时的汽车速度，单位是km/h。3.2.2 汽车开关量的采集本系统中要采集的汽车开关量包括刹车、左转向、右转向、近光灯、远光灯、雾灯、喇叭、倒车灯等8个开关量。由于这些开关量同速度脉冲信号一样直接由汽车发出，同样如果把这些

41、信号直接加载给系统的MCU来处理就会产生很多的干扰，而且由于不同型号的车辆这些开关量信号的不同，所以必须向处理速度传感器信号一样要对这些开关量信号进行隔离处理，然后再发送给MCU来处理。汽车开关量信号的处理电路如下图3.3所示。本电路依然使用TLP521来对开关量进行隔离，因为有8路开关量信号需要采集，而本系统又扩展了两路采集电路保留用来满足不同客户的需求，所以一共就有11路开关量需要采集，本系统中是将8路开关量经过TLP521后连接到一个TPIC6B595N，然后由TPIC6B595N送到处理器MSP430的P29口进行处理。LCD的数据总线也通过一个TPIC6B595N连接到MCU，MCU

42、通过片选两个TPIC6B595N来分别处理LCD和8路开关量。本系统对汽车开关量的记录是在在记录汽车停车前20S速度数据时与速度一起记录的。停车前20S的数据是每个0.2S记录一次速度，同时要记录此时的汽车开关量，这就可以方便的知道汽车在停车前司机进行了哪些相关的操作，是否踩了刹车，汽车是否在转向等，这就可以让监管人员做相应的处理时有了充分的事实依据。·图3.3开关量信号采集处理电路3.2.3 温度采集电路图电热调节器和硅温度传感器被广泛地使用在模拟输出温度传感器中。说明了电压和温度成线性关系的必要性,与电热调节器相比,硅温度传感器是更好的选择,但在比较狭窄的温度范围内,电热调节器也

43、能提供合理的线性度和灵敏度。硅温度传感器可以有不同的输出刻度和偏移量。例如,有些硅传感器的传输函数正比于绝对温度K,有些则正比于摄氏温度或华氏温度u。一些正比于摄氏温度的芯片在使用单电源电压时也能用于检测负温。在大多数应用中,这些器件的输出被送至比较器或模数转换器,以将温度数据转换为数字格式。然而尽管需要附加器件,电热调节器和硅温度传感器以它的低价格和使用简单的优势继续为大众所采用。图3.4 温度采集处理电路73.2.4 语音采集电路数码语音芯片选用的是ISD2500系列单片语音录放集成电路ISD2560，它具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。录音时间为60 s，能重复录放

44、达10万次。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了A/D、D/A转换器。每个采样值直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。ISD2560与单片机MSP430的接口电路以及外围电路如图 2 所示。单片机的P1口、P3.2和 P3.3别与ISD2560的地址线相连，用以设置语音段的起始地址。P3.0P3.3用以控制录放音状态。P3.7连接一按键，供录音时使用。图3.5 语音采集处理电路3.3 数据存储单元设计3.3.1 数据存储芯片的选择由于汽车行驶状态数据需要保存到汽车出现交通

45、事故后，因此数据存储芯片应具有掉电长时间保存数据的功能，并自身具有很高的可靠性。铁电存储器(FRAM)的核心技术是铁电晶体材料。它的工作原理是:当把电场加到铁电晶体材料上，晶阵的中心原子会沿着电场方向运动，到达稳定状态。这一特殊材料使得铁电存储产品同时拥有随即存取存储器(ram)和非易失存储产品的特性，并提供了一个崭新的储存器产品：一个非易失性的RAM。理想的存储器产品应该是高集成度、快速读写、低成本、具有无限读写周期的非易失存储器，本课题采用FM24C64铁电存储器比较符合这些特点。3.3.2 FM24C64铁电存储器电路的实现8铁电存储器FM24C64，是一种64k非易失性的存储器，该芯片

46、具有速度快、可靠性高、保存时间长的优点。FM24C64铁电存储器可以和其他RAM存储器一样，自由储存信息，掉电后依然可以保持数据，数据可以保持10年以上，反复擦写10万次。另外，不同于普通的存储器，它通过数据总线传输数据，基本没有延时，可以以最快的速度0.2毫秒把信息保留，读写的寿命可达10'。次。它的体积小，在集成小型化的电路设计中非常实用，芯片是8引脚，实际使用了2引脚进行输入输出信息。存储空间如果已满，就会通过接口把铁电存储器所有信息传给大容量存储器。基于这种性能，FM24C64存储器给用户提供了非常实用的功能，这些功能是很多其他硬件所不能替代的，因此我们把FM24C64作为实时

47、数据的直接存储介质。同时，FM24C64铁电存储器是支持I2C总线协议的数据存储器。FM24C64的A1,A2为芯片的地址引脚(FM24C64的容量为512*8位，没有用到此2个引脚，在系统中将其接地，WP位写保护线，如果与Vdd相连，则对上半部分存储器的写操作就被封锁，而对下半部分存储器的读/写操作可以正常进行，这时被保护部分可以作为串行只读存储器使用。如果不需要写保护功能，必须将其接地:SDA、SCL、为12C总线的数据线和时钟线。图3.6 存储器电路3.4 时钟电路设计PCF8583的结构框图如图3.7所示。如图所示，PCF8583内部含有0-256字节的RAM，自动增量的地址寄存器，3

48、2.768kHz振荡器，分频器，上电复位电路和I2C总线接口。RAM的头8个字节单元(OOH-07H)作为可寻址的寄存器，其中地址为OOH的单元为控制/状态寄存器，01H-07H单元为时钟计数器，地址为08H-OFH的单元可以编程为空闲单元或时钟寄存器。本系统中我们只使用了PCF8583的时钟功能和RAM，闹钟功能没有用。通过置位控制/状态寄存器的相应位来选择32.768kHz时钟方式，50Hz时钟方式或计数器方式。在日历时钟方式中，百分之一秒、秒、分、时、日、月、年和星期都是以BCD码存放的，定时计数器存储的最大数为99天。加电时，I2C总线接口、控制/状态寄存器和时钟计数器均被复位，复位以

49、后为32.768kHz时钟方式，24小时格式，初始时间为1月1日零点中断线开路。当电源电压低于一定值时(典型值为1.9V)产生对I2C接口的复位信号，但该复位信号对控制/状态寄存器和计数器没有影响。PCF8583在系统中与MCU的硬件连接电路如下图所示。图中SDA,SCL为I2C总线的数据线和时钟线，它们与MCU的I/0口相连。如图所示，本系统使用的晶振是32.728kHz石英品体，为系统供电分为两部分，一部分是利用系统电源VCC供电，另一部分是使用3.6V的镍福CNi-Cd电池供电。当电源电压VCC大于3.6V时，芯片会选择VCC供电，当VCC掉电时，各用电池BT1会自动为芯片供电，而且当电

50、池容量不足时VCC还可以为电池供电，这就保证了PCF8583无论在什么情况下都可以安全稳定的工作，绝不会因为掉电而使保存的数据丢失。图3.7 时钟产生电路3.5 LCD液晶显示随着信息技术、计算机和电子技术的飞速发展，各种仪器仪表逐渐趋于智能化和多功能化。人们要求仪器不仅能显示常规的数字，还应具有非常友好的人机对话界面。由于低功耗、高品质、轻巧、平板型结构、不眩光、不刺激眼睛、无电磁辐射和X射线等诸多优点，液晶显示器已经在平板显示领域中占据了主导地位，更由于它显示字符规范、可汉字化、能显示各种图形、曲线等丰富的内容，作为一种其他显示器件无法比拟的理想显示终端，通过与计算机有机地结合，在低功耗和

51、便携仪器仪表等领域中已得到广泛的应用。液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件，英文名称叫“LCDModule”,简称“LCM”，中文一般称为“液晶显示模块”。本系统使用的液晶模块拥有非常简单的接口，使得它可以非常方便的与MCU进行连接，而且模块操作非常简便，程序实现起来也比较简单。该LCM与MCU的硬件连接如下图所示。在本系统中，LCM的使用是为了将汽车在行驶过程中的相关数据进行实时显示，可以让司机清楚的看到当前的状况。在默认状态下LCD屏上显示的信息包括:当前汽车速度(km/h>,实时时钟，温度。通过以上的这些介绍我们可以看出，

52、系统中使用的LCM可以在低成本高性能上完全满足系统的要求，可以在这个操控屏上实现国标所规定的所有行车记录仪LCD应该达到的功能。而且该LCM经过了高低温测试，可以在低温-20度高温70度条件下正常工作，这已经完全可以达到国标的要求。LCD屏在系统中最主要的功能就是菜单操作简单明了，并且配合LED及蜂鸣器来提醒司机正确驾驶，实际使用中可以看到这些功能都完成的非常好，客户对此比较满意2。图3.8 显示芯片接线电路3.6 数据通信的设计“事故”发生后，在通过“黑匣子”分析“事故”原因前，必须先将其内部存储的历史数据导入至PC中。这里我们采用了串行通信技术。串行通信是指数据一位一位顺序传送的通信方式，

53、它的突出优点是只需一对传送线，这样就大大降低了传送成本。尽管串行通信的速率相对于并行通信来说较低，但在黑匣子传输数据的过程中，对速率要求不高，故串行通信是比较合适的选择。从数据传输方向来看，串行通信可分为单工通信，半双工通信和全双工通信。单工通信只有一根数据传输线，只允许数据向一个方向传送;半双工通信也只有一根数据传输线，允许数据向二个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个站发送，另一个站接收:全双工通信有两条传输线，允许两个方向的同时进行数据传输。本设计中，汽车行驶记录仪通过RS232口和上位机串行通信，实现与上位机的数据交换。通信接口使用标准RS232C9针接口，通信过程符合RS-232C

54、标准3.6.1 RS232标准目前最常用的串行通信总线接口是美国电气工业协会(EIA)1969年推荐的RS-232C，其全称是“使用二进制进行交换的数据终端设各和数据通信设备(DEC)之间的接口”。此标准中逻辑“0”电平规定为+5V-+15V,逻辑“1”电平规定为-5V-15V，与一般微处理器、单片机的逻辑电平是不一致的。因此，在实际使用中需要进行电平转换，其过程如图3.7所示。考虑到低功耗的要求，我们选用了MAXIM公司生产的MAX232芯片来完成这一转换。3.6.2 MAX232芯片MAX232芯片是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器。该芯片适用于符合RS-232C

55、标准的通信接口。MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源变换成RS-232输出电平所需的士l0V电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V电源就可以。MAX232外围需要4个电解电容，这是内部电源转换所需的电容。其取值均为1F/25V，使用时应尽量靠近芯片。MAX232的引脚T1IN,T2IN,RlOUT,R20UT为接TTL/CMOS电平的引脚，引脚T10UT,T20UT,R1IN,R2IN为接RS-232电平的引脚。图3.9 串行通信中电平转换示意图3.6.3 RS232接口硬件电路设计图3.10 RS232硬件电路3.7 黑匣子系统的硬件抗干扰设计印制板是黑匣子系统中器件、信号线、电源线的高度复合体，在设计过程中一定要有相应的抗干扰设计，否则对其性能有一很大的影响甚至不能正常工作。故印制板的设计决不仅仅是单纯的器件、线路的简单布局安排，我们在设计的印制板中采取了以下抗干扰措施。1.合理布置印制板上的器件印制板上的器件布置应符合器件之间电气干扰小且易于散热的原则。我们设计的印制板上同时有一模拟器件和数字逻辑器件，为了减少干扰，我们将模拟器件集中布置，数字逻辑器件作为另一类集中布置，且这二类器件保持一定的距离。模拟部分