1引言

      随着交通运输业的发展，交通事故发生率也不断上升，为快速、准确的认定事故的责任，就需要准确知道在事故发生前车辆的行驶状况。行车记录仪系统就是对车辆行驶速度、时间、里程以及司机疲劳驾驶时间等有关车辆行驶信息进行记录、存储、打印，数据可通过串行接口上传，并用PC机上基于LabWindows/CVI开发的数据分析软件对数据进行分析，为快速准确的认定事故的责任，提供有力的依据。同时监管部门可通过这一系统对营运车辆运行状况进行监控，约束司机，防止事故的发生。

      2系统构成原理

      行车记录仪系统主要由车速传感器、主机、数据分析软件三部分组成。车速传感器接在变速箱上，通过霍尔元件，车轮每转一圈，出一个脉冲；主机完成速度、里程、疲劳驾驶时间等有关车辆行驶信息的测量，能通过打印模块打印信息，通过RS-232和USB两种不同的串行接口把数据发给上位机；数据分析部分通过LabWindows/CVI开发数据分析软件，对数据进行汇总和处理。

      3主机硬件设计

      主机如图2所示，包括微处理器、电源模块、数据存储器、LED显示器、打印机模块、通信接口模块。

      3.1主机基本功能

      主CPU采用78E58，它的特点是：32k的FLASH ROM，256Byte的RAM，3个16位定时器，其它和MCS-51基本相同。大容量的FLASH ROM，给系统编程带来很大的方便。

      司机开始运营时，首先通过IC卡插口，插入司机卡，CPU读取卡上的信息，包括车牌号码、驾驶员代码、驾驶证号码，系统存储此信息，判断如果不是非法信息，就进入正常的工作状态。传感器来的脉冲信号通过光电耦合接在78E58的INT0引脚，CPU通过测试该引脚脉冲的宽度来计算速度，通过计数脉冲的个数计算里程。连接串行日历时钟芯片PCF8583，为系统提供实时时钟。把速度和总里程及时间显示在LED上。能存储每次停车前20S每间隔100mS的速度值，同时存储15天，360小时的每分钟平均速度和每次行车的里程。在停车的状态下，按下打印键，能打印出行车信息，插入U盘，能通过USB接口把数据传输到U盘，还可以通过RS-232接口把数据传入计算机。可以通过按键设置参数和查询2天内每一分钟的速度。

      3.2电源模块

      电源用车上的电瓶提供的12V直流电源。由于电瓶电压有一定的离散性，同时电瓶质量不好时12V电源较低，而且车行驶时有震动和电磁干扰，要求电源有很强的抗干扰能力和很宽的适用范围[2]。开关电源满足上述要求，且驱动能力较强，所以采用开关电源电路将输入的12V直流电源变为稳定的5V电源。同时在电路中设置掉电检测电路，检测12V电源的掉电，如果12V电源降到9V以下，就要在程序中进行掉电处理。

      3.3 打印模块

      打印模块由单片机AT89C2051做CPU,采用M-445型微型针式打印机，单片机AT89C2051和主CPU通过串行引脚TXD、RXD进行通信。在停车的状态下，主CPU检测到打印键按下，发打印的命令和数据给AT89C2051，AT89C2051接到命令和数据，启动打印机工作。打印的内容有车牌号码、车牌分类、驾驶员代码、驾驶证号码、打印实时时间、停车时刻前15min内每分钟的平均车速、疲劳驾驶记录。

      3.4 通信模块设计

      主机可以通过USB口和RS－232两种串行接口输出及载入数据，原理框图如图2所示。通信模块的CPU采用8051单片机，RS－232接口是为在现场使用笔记本电脑或把主机拿到检测管理中心时，读取数据方便设置的，用MAX232串行接口芯片完成电平的转换。而USB口是为用U盘读取数据设置的，用SL811HST接口芯片完成电平的转换和数据传输。通信的波特率都为9600bps。系统通过这两个通信接口可以对主机设定一些参数,比如车辆识别代号、车辆号码、驾驶员代码、驾驶证证号、实时时钟等；主机通过这两个通信接口可以输出到PC机或U盘事故疑点数据、最近360h内车辆行驶速度数据、对应实时时钟的车辆行驶里程数据等一系列数据，供数据分析软件使用。

      4主机软件设计

      由于系统有多个CPU，无论是打印还是上传数据，都涉及到和主CPU间的通信。同时系统又要存储大量的数据和设置参数，所以软件比较复杂，主要考虑以下几个方面。

      4.1 速度、里程的测量

      系统的传感器使用霍尔元件传感器，车轮每转一周，主CPU的INT0引脚有一个脉冲，CPU用定时器0外部中断0测试该脉冲的宽度来得到速度，通过计数脉冲的个数得到里程。系统设置外部中断0下跳沿触发，计时标志FLAG设为0。初始化后，开放外部中断0的中断，每来一个脉冲，产生一个中断。在外部中断0的中断服务子程序中，判断开始计时标志，如果FLAG=0,则设置定时器T0的初值为0，开放定时器T0的中断，同时FLAG=1；如果FLAG=1，停止定时器，同时计数里程单元的脉冲数加1，设FLAG=0，计算速度标志FLAG1=1。在定时器T0的中断服务子程序中，计数单元Count1、Count2加1计数。在主程序如果FLAG1=1，则根据公式(1)计算脉冲的宽度，算出一小时的脉冲数，用此脉冲数除以车辆特征系数（即每公里的脉冲数），即求出速度。根据计数里程单元的脉冲数，除以车辆特征系数，即得到里程。

      4.2 数据的存储

      设计要求存储停车前的20S的速度数据，每隔100mS存储一次速度值，总共200个速度值作为事故疑点分析数据。在内存中设置一段200个字节的数据区，如图2所示。从首字节开始，每100mS存储一次数据，20S之后，存储区满，存下一个100mS的数据时，使首字节首溢出，后面字节依次前移，空出末字节，存当前的速度值。这样。保证200个字节的数据区的数据总是最新的值。在检测到停车的时候，当前数据区的内容就是停车前的20S的速度数据。

      系统还要求存储15天，360小时每分钟的平均速度。为节省内存空间，存储时设置索引表的结构，即以时间为索引，只存每次行车的开始时间和结束时间，对应时间的速度值从开始时间往下查单元即可。

      图3速度存储数据区结构

      4.3多机通信的设计

      系统中打印模块和通信模块都是带CPU的子模块，主CPU和两个模块通信都使用串行口TXD和RXD两条线，所以采用多机通信的方式，用串行口的方式3，波特率为9600bps[1]。在停车的状态下，如果要求打印，则先发打印模块的地址，打印模块接到地址后，确定是自己的地址，接收要求打印的数据。而同时，通信模块的CPU8051也接收到了打印模块的地址，它和自己的地址比较，确认不是自己的地址，不接收数据。

      主机和通信模块之间传输数据时，采用的方式和打印模块相同。通过USB口传输数据时，通信模块检测到有U盘插入，给主CPU发要数据的命令。主CPU接到要数据的命令后，先发本车的车号和驾驶员代码、驾驶证证号，通信模块接到上述信息后，首先建立一个以车号为文件名的数据文件，文件头即为上述信息，然后传输事故疑点数据和存储的15天的每分钟的平均速度等一系列的数据。为提高传输的速度，采用块传输的方式。

      4.4 数据的保护

      为防止由于环境及车况和路况的变化，记录仪运行时出现一些不正常情况使数据丢失，系统随时把当前的状态及各种数据保存。在出现异常情况后，不丢失数据，同时复位后，能从原来的状态运行。

      5 数据分析软件的设计

      记录仪的数据分析软件采用LabWindows/CVI编写，全部使用中文界面。具有原始数据读取、查询、统计、图表生成、参数设置、操作权限管理等功能。LabWindows/CVI是美国NI公司开发的32位面向计算机测控领域的软件开发平台。它将C语言平台与数据采集、分析和表达等测控专业工具有机地结合起来。它的集成化开发平台、交互式编程方法、丰富的功能面板和库函数大大增强了C语言的功能，是当今市场上最为流行的软件开发工具之一[3]。

      在本系统中，利用LabWindows/CVI提供的强大函数库，用户可以通过主机上的虚拟仪器面板，对主机的车辆特征系数、车辆识别代号、车辆号码、车牌分类、驾驶员代码、驾驶证证号、实时时钟、记录仪主机可识别的唯一性编号及初次安装日期进行设置。在事故疑点数据读入后，形成事故疑点数据曲线图和一般行驶速度记录曲线图。其横坐标为实时时间，纵坐标为与实时时间对应的车辆形式速度值和制动状态信号或客户所要求的其他信号，曲线图上同时还包含车牌号码、车牌分类、驾驶证号码等内容。还形成—个数据列表。列表给出停车前15分钟的每分钟的速度值。

      数据分析软件还能实现对修改权限的识别，图表的打印、以图表及文本形式浏览数据等功能。

      6 结束语

      为使记录仪在不同的环境和路况下，都能可靠稳定的运行，除在软件和硬件上采取了一系列抗干扰措施外，元器件尽量选择适应范围宽的芯片。外壳用铁壳，能对电磁干扰起到一定的屏蔽作用，同时抗震和不易变形。本记录仪系统现已在部分地区使用，用户反映良好。