基于STM32的汽车行驶记录仪的设计与实现-本科毕业论文.doc

1、 本科毕业论文（设计）题目：基于 STM32 的汽车行驶记录仪的设计与实现姓 名： 学 号： 专 业： 院 系： 指导老师： 职称学位： 完成时间： 教务处制I基于 STM32 的汽车行驶记录仪的设计与实现摘 要汽 车 行 驶 记 录 仪 是 一 种 电 子 式 记 录 设 备 ， 它 对 车 辆 行 驶 的 时 间 、 速 度 、里 程 以 及 车 辆 行 驶 的 状 态 信 息 进 行 采 集 、 记 录 、 存 储 。 汽 车 行 驶 记 录 仪 的使 用 ， 对 疲 劳 驾 驶 、 超 速 行 驶 等 驾 驶 员 不 良 驾 驶 习 惯 能 够 起 到 约 束 作 用 ， 对保 障 车

2、 辆 的 安 全 行 驶 ， 分 析 和 鉴 定 交 通 事 故 原 因 上 具 有 重 要 的 作 用 。本 次 设 计 中 设 计 了 一 款 基 于 STM32 的 汽 车 行 驶 记 录 仪 ， 主 要 采 用STM32F103 单 片 机 为 主 控 单 元 ， 以 OV7670 摄 像 头 模 块 为 图 像 采 集 模 块 ，以 SD 卡 位 数 据 存 储 模 块 。 控 制 系 统 以 一 定 的 间 隔 收 集 摄 像 头 模 块 采 集 到的 图 像 数 据 ， 并 进 行 存 储 ， 实 现 实 时 的 图 像 收 集 ； 通 过 将 SD 卡 插 入 电 脑端 即 可

3、 对 系 统 实 时 拍 摄 并 存 储 的 图 像 信 息 进 行 查 看 。 除 此 之 外 ， 可 以 通 过串 口 工 具 实 时 监 控 系 统 的 数 据 传 输 过 程 ， 使 得 抽 象 的 数 据 采 集 、 数 据 存 储 、数 据 调 用 变 的 更 加 形 象 、 具 体 。 本 次 设 计 的 汽 车 行 驶 记 录 仪 具 有 实 时 性好 ， 可 靠 性 和 性 价 比 高 的 特 点 。关键词：汽 车 行 驶 记 录 仪 ； 实 时 监 控 ； STM32； SD 卡IIResearch On Vehicle Traveling Data Recorder Ba

4、sed On STM32AbstractVehicle traveling data recorder is an electronic recording device, its vehicle travel time, speed, mileage and vehicle status information collection, recording, storage. Bad driving habits vehicle traveling data recorder use, fatigue driving, speeding and so the driver can act as

5、 a restraint on the safe driving support vehicles, and has an important role in the analysis and identification of Accidents. The design based on the STM32 designed a vehicle traveling data recorder, mainly STM32F103 microcontroller as the main control unit to the camera module OV7670 image acquisit

6、ion module to your SD Card data storage module. Control systems at certain intervals to collect the camera module to capture image data, and store real-time collection of images, we can insert the SD card to the computer side of the system in real time and store the captured image information view.

7、In addition, through the serial data transmission system monitoring tool for real-time, making the abstract data acquisition, data storage, data call image becomes more specific. The design of the car recorder with a real-time, high reliability, and cost characteristics.Key Words：vehicle traveling d

8、ata recorder ，Real-time monitoring， STM32， SD card目 录1 绪论 .11.1 课题研究的背景和意义 .11.2 国内外研究现状及发展趋势 .11.3 本文的主要工作 .32 系统整体设计 .42.1 系统总体方案设计 .42.3 系统各模块的选型 .52.3.1 系统主控芯片的选型 .52.3.2 系统图像传感器模块的选型 .63 汽车行驶记录仪的硬件设计 .83.1 系统硬件原理图 .83.2 系统功能模块设计 .83.2.1 电源模块电路设计 .93.2.2 STM32 最小系统设计 .103.2.3 图像采集模块 .113.2.4 SD

9、卡数据存储模块 .123.2.5 程序烧录模块 .134 汽车行驶记录仪的软件设计 .144.1 汽车行驶记录仪的主程序设计 .154.2 子程序设计 .175 调试与测试 .195.1 硬件的调试 .195.2 软件调试 .205.3 系统实现 .216 结 论 .22致 谢 .23参考文献 .24附 录 .2511 绪论1.1 课题研究的背景和意义随着我国经济的持续发展，国民机动车保有量急剧增加，交通运输企业的规模和管理等级逐步扩大，而与此同时带来了大量疲劳驾驶、超速行驶等违章驾驶行为，使交通事故不断涌现，严重威胁了道路交通安全与驾驶人员的生命安全。因此，如何提高汽车的安全系数，避免车辆的

10、损失和人员的伤亡是未来汽车发展的方向。 1汽车行驶记录仪,俗称“汽车黑匣子”，来源于“飞机黑匣子”，安装在车辆上，记录车辆行驶速度，时间，里程等并通过接口实现数据传递。汽车行驶记录系统要求能够实时、完整、准确的记录车辆在行驶过程中的各种状态信息。2对疲劳驾驶，车辆超速等违章驾驶行为有约束作用。对分析鉴定交通事故，提高交通管理的执法水平，提高运输企业的管理水平，保障车辆运行的安全有重要作用。汽车行驶记录仪实时将车辆行驶信息反馈给为驾驶员，同时将信息提供给其所属的道路交通运输企业，使企业能够提高车辆使用效率。而且对道路安全有显著的提高。1.2 国内外研究现状及发展趋势汽车行驶记录仪的制造和运用最早

11、开始于欧洲，二十世纪二十年代，距现在已经有七十多年。随着道路交通安全运输要求的提高，德国政府对载货量大于 7 吨的货运汽车和客运汽车强制安装行驶记录仪。1970 年后，欧洲开始推广德国经验，其它各国开始强制执行行驶记录仪的安装 3。在 1990 年前，欧洲各国立法要求在商用汽车上必须安装汽车行驶记录仪,在未来的十年内给 900 万辆商用车安装汽车行驶记录仪。其中,9 座以上的巴士、3 吨以上的货运汽车是必须安装记录仪的。美、日等国和地区跟随欧洲的步伐，也开始推广汽车行驶记录仪。美国要求汽车制造商厂要给新车加装汽车行驶记录仪。GM 通用汽车公司为其生产的 600 万辆汽车在出厂的时候安装了汽车行

12、驶记录仪。而日本则是2通过立法，规定商业运营用的客运汽车、出租车、货车（载货量大于 5 吨）都要安装汽车行驶记录仪。来自交通部门的资料显示，在欧美各国强制推广汽车行驶记录仪后，交通事故率明显下降。如德国货车事故发生率由 1970 年的每 50 万公里/起，下降为2000 年的每 160 万公里一起，事故率减少了 220%；而客运汽车则 4 万公里/ 起，降为 100 万公里/故，事故率减少了 150%。国外最新的产品除了能实时记录车辆行驶信息，还具有 GPS 定位功能，还可以将这些信息传送给车队调度中心。 4家长们可以通过给车辆安装该系统，然后在互联网上监控，以保证驾车行驶的孩子的人身安全。我

13、国从 80 年末起，开始在一些地区试用国内有自主知识产权的电子式汽车行驶记录仪。截止 2004 年，国内已有 80 多家生产汽车行驶记录仪的厂家，通过公安部交通安全产品质量监督检测中心检测的有 68 家。据统计，全国 20 多个省、自治区、直辖市汽车行驶记录的推广工作取得极大的进展，有 350 多家运输企业安装使用了汽车行驶记录仪，共计 2 万多辆汽车。 5但是，我国汽车行驶记录仪的推广仍处于初期阶段，且全国各地的进展也不一样。目前，虽然市场上已经有 80 多家厂商的产品，但大多数产品功能单一，性价比低，不利于记录仪的普及。随着我国交管人员对记录仪在道路交通安全上的作用认识的提高。开始加大汽车

14、行驶记录仪在交通运输管理上的应用,而国内汽车行驶记录仪的研发也越来越成熟，技术指标越来越接近国外的产品。有鉴于此，国家于 2003 年 4 月15 日颁发的国标 GB/T19056-2003，2003 年 9 月 1 施行。目前，推广记录仪的应用存在的困难主要有以下：一、缺乏宏观立法的支持；二、交通运输企业还没有意识到汽车行驶记录仪对企业管理和节省运营成本上的作用，而且市场上汽车行驶记录仪的性能指标参差不齐，价格也各不相同，售后服务也不完善。导致企业不愿意使用汽车行驶记录仪作为管理工具,影响企业使用的积极性。三、交通管理部门对汽车行驶记录仪的推广宣传工作不到位，对汽车行驶记录仪在防范事故发生和

15、增强道路行车安全意识上的作用认识不足。31.3 本文的主要工作本课题研究的主要内容包括以下几个方面：第一章 绪论，主要介绍了课题研究背景及意义，国内外汽车行驶记录仪的研究现况及发展趋势，并提出了课题研究的主要内容。第二章 系统整体设计，核心模块的选型。第三章 系统硬件设计，各个功能模块的电路设计。第四章 系统软件设计，各个功能模块的软件设计。第五章 系统调试，本章是对这个系统运行状态的总结和概括，并通过软硬件调试完善系统功能，同时对于可能出现的干扰问题进行分析和解决。第六章 总结。42 系统整体设计本章介绍了汽车行驶记录仪需要达到的各项性能指标，以及针对这些指标提出总体的设计方案，并介绍系统主

16、控芯片的选择原则。2.1 系统总体方案设计系统通过对外部模拟信号（图像信号）的实时采集，并将原始数据送入STM32，经处理后，将需要保存的数据存入系统内部大容量储存器中。需要显示的数据则通过人机接口模块显示。在车辆正常运行时，系统电源采用汽车发电机输出的经变换后的电源。由于发电机输出电压不稳定，所以，系统需要电源监控电路来保证系统的稳定性。为了保证不丢失数据，需要有掉电保护电路，掉电保护电路在监控到系统供电电源低于阈值时，产生掉电中断，通知 STM32 将内存中需保存的数据写入到FLASH 中，同时将系统电源切换到备用电源，STM32 进入睡眠模式，只有片上实时时钟模块的内核正常工作，降低系统

17、功耗。 6STM32 芯片内部自带实时时钟模块，通过外接 32.798kHz 的晶振，可产生准确的 1 秒定时，时钟模块的内部有一个 32 位的寄存器，通过计数器累加，最长可记录 136 年的时间信息。本设计中的系统主要由微处理器模块，图像采集模块，电源模块，SD 卡存储模块四个模块组成。本设计中的汽车行驶记录仪系统的整体设计框图如图 2.1 所示。5STM32F103微 处 理 器图 像 信 号 输 入SD卡 存 储 器备 用 电 源时 钟电 路 复 位电 路电 源电 路图 2.1 系统框图2.3 系统各模块的选型2.3.1 系统主控芯片的选型汽车行驶记录仪以 STM32F103（STM32

18、）为核心处理器，搭配外围电路实现对车辆行驶信息的实时采集、处理和储存。STM32 是意法半导体公司开发的基于 CortexM3(CM3)内核的 32 位 RISC 处理器，CM3 内核与传统 51 内核的冯诺伊曼结构不同，CM3 采用拥有独立指令总线和数据总线的带分支预测的三级流水线哈佛结构。搭载 CM3 内核的 STM32，工作频率最高能达 72MHz，在存储器的 0 等待周期访问时可达 1.25DMips/MHz。而且支持单周期乘法和硬件除法，极大提高数据处理能力。 7自带上电 /断电复位(POR/PDR)、可编程电压监测器(PVD)，3个 12 位模数转换器，1s 转换时间，转换范围： 0 至 3.6V，12 通道 DMA 控制器，支持的外设：定时器、ADC、DAC 、SDIO 、I2S、SPI 、I2C 和 USART，多达112 个快速 I/O 端口，片上集成 4 个 16 位定时器，每个定时器有 4 个用于输入捕获/ 输出比较/PWM 或脉冲计数的通道和增量编码器输入，2 个看门狗定时器