基于GPS和GPRS的多功能汽车记录仪的设计

摘要：提出一种多功能汽车记录仪的设计方案，系统采用AT91SAM9260型ARM处理器为控制器，Linux操作系 统，K91G08UOB型Nand Flash为存储介质，通过ET_318 SiRF StarⅢGPS芯片组接收GPS信号进行定位，而GPRS模块采用SIM300C传输数据。该汽车记录仪能够实时记录监测汽车行驶状态、位置，通过 GPRS将行驶记录及当前信息上传至服务器，实现远程监控，具备超速、疲劳驾驶报警功能。数据可以通过USB或RS-232串口上传至上位机。经测试该记 录仪性能稳定可靠。
关键词：ARM；GPS；GPRS；汽车行驶记录仪

汽车行驶记录仪(汽车黑匣子)是一种使用在汽车上的数字式电子记录装置，它可以对汽车的行驶速度、时间、里程及刹车等状态信息进行存储并通过USB或串口 导出数据。汽车记录仪对约束驾驶员的不良驾驶行为，分析、鉴定道路交通事故，提高交通管理执法水平和运输管理水平，保障车辆运行安全具有重要作用。
当前的汽车行驶记录仪技术比较成熟，低端产品一般采用8位或16位单片机作为主处理器，中高端则采用32位的ARM处理器，但这些产品一般只能做到对本车 的记录及监控，车辆行驶记录需逐车采集，不便于大型车队和企业管理。这里提出一种基于GPS和GPRS的多功能汽车记录仪的设计方案，该设计是在实现记录 仪基本功能的基础上，增加GPS和GPRS模块，分别用于定位和数据远程传输，结合数据库技术和相应监控管理软件实现对车辆和司机全方位监控、调度和管 理。

1 系统组成和主要功能
本系统主要包括汽车记录仪终端、服务器和监控管理软件。其中汽车记录仪终端包括信号采集、数据记录、GPS和GPRS等部分。服务器接收记录仪通过GPRS发送的数据并保存。监控管理软件对服务器的数据进行统计、分析，得到超速驾驶、疲劳驾驶和行驶里程等信息。
记录仪终编是整个系统的基础，其主要功能为：
1)实时定位功能 能够实时采集记录车辆当前所处的位置数据，并把位置数据发送到监控中心管理平台，在监控平台上显示出车辆的行驶轨迹；监控中心(监控站)也可以发出指令寻找目标车辆所在位置数据；
2)运营限制区域设置功能 利用监控平台可以对运营车辆的行驶区域范围做出限定，车辆一旦超出限定区域，监控平台就会发出报警；
3)泊车防盗功能 停车后按下泊车防盗按钮，车辆就进入泊车防盗状态。如车辆非法移动，监控平台立即发送短信至主控手机上，并报告当前的车辆位置；
4)紧急求助报警 当车辆遇劫或需要求助时，驾驶人员可通过按键向中心报警，同时向监控中心发送车辆的经度、纬度、行驶速度、方向、时间等信息；
5)车辆全程行驶数据记录 车载终端全程采集、记录车辆行驶和司机操作的全部数据并发给数据中心。其中包括：车辆的时间、速度、里程、状态、位置、发动机转速等数据。利用一体机记录 下的全程行驶数据，监控平台提供每条行驶记录全程时间一速度一状态曲线和里程一速度一状态曲线。通过这些曲线查看司机的全部驾驶过程；
6)超速报警和超速记录 车载终端可以按预先设置的速度限制进行超速报警。当车辆行驶速度超过设定值时，车载终端就以声／光方式报警，提醒司机及时减速。同时把车辆超速信息发送到监控中心；
7)司机疲劳驾驶报警和记录 车载终端能记录驾驶员连续驾驶时间超过4 h的所有疲劳驾驶数据；
8)事故疑点记录 车载终端以0．2 s的时间间隔记录车辆停车前20 s时间段内和实时时间相对应的车辆行驶的速度值、刹车信号和其他车辆状态信号作为事故疑点数据。存储最近2个月的所有事故疑点数据；
9)车辆油位监控功能 车载终端可以对油箱油位进行实时监控。当油位发生异常变化时，车载终端可以实时记录变化量并向监控中心发送异常变化数据；
10)视频监控功能 可外接两路摄像头，将车内外情况抓拍照片后传送到监控中心；
11)驾驶员身份识别功能 车载终端利用IC卡方式实现驾驶人员身份识别功能。使用和车载终端配套使用的管理软件可以把驾驶员基本信息设置在IC卡中，其中包括：“驾驶员姓名”、“驾驶员代码”、“驾驶证号码”。把设置好的IC卡插入记录仪，记录仪自动对司机进行识别；
12)数据通信功能 车载终端通过内置GPRS通讯模块实现和监控中心的数据互通；车载终端设有标准USB接口，使用U盘可以把车载终端记录的全部数据取出；通过车载终端的USB口可以对车载终端进行参数设置也可以对车载终端进行程序装载；
13)读取短信功能 读取监控平台发送的任意短信内容。

2 记录仪硬件设计
记录仪总体结构框图如图l所示，主要包括ARM处理器、GPS模块、GPRS模块、信号采集电路、实时时钟电路、语音报警电路及数据存储电路。

2．1 主处理器
为了满足系统对实时性、大量数据处理、GPS信号接收、GPRS发送数据控制等各方面的要求，选用32位ARM处理器AT91SAM9260。AT91SA-M9260采用ARM926EJ-S内核，外部总线接口包含诸多控制器，用于控制SDRAM以及包括NAND Flash和Compact Flash在内的静态存储器，7路US-ART、1个双线接口(TWI)以及4通道10位A／D转换器。
2．2 电源电路
目前汽车电瓶电压在9～36 V之间，而且由于车辆本身环境影响，汽车供电电压不稳定，存在各种干扰，所以本系统采用三级电压转换电路，如图2所示。外部电源分别经LM2576HVT-ADJ、LM2940-5．0和LMlll7转换为7、5和3 V，供给相应模块。其中第一级LM2576HVT-ADJ将7-40 V电压转换至7 V，使本系统可以应用到任何车辆。在电源输入电压转换模块前通过LC滤波，可以有效地滤除交流干扰，各电源转换器后端均通过100和O．1μF电容并联接地消除纹波电压，保证系统供电稳定。经过测试该电路可以稳定输出5和3．3 V电压。