1、 1 本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化汽车行驶记录仪系统设计 一、课题研究意义及现状汽车行驶记录仪（以下简称记录仪）的使用，对遏制疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、保障车辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用。国内外记录仪的使用情况表明，记录仪为国家行政管理部门提供了有效的执法工具、为道路运输企业提供了管理工具、为驾驶员提供了其驾驶活动的反馈信息，记录仪的使用对保障道路交通安全起到了直接的作用。针对我国“车辆安全标准”不够完善，在用车辆平均车况较差的现状，在机动车上安装智能安全指导监控记录仪是1项新的举措，是汽车工业中引入电子化、智能化的1次成功尝
2、试，对于我国汽车工业的发展、汽车安全行驶和交通管理体系的完善具有非常重要的实际意义。1934年,德国发明了世界上第一台纸盘式行驶记录仪，至今已有75年的历史。它可以将曲线画在圆形的记录纸上。由于技术的发展，纸盘式记录仪现在应用少。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。接着有出现了数字式汽车事故记录仪和电子式记录仪。随着半导体技术和集成电路的发展，容量大体积小的存储芯片层出不穷，而且相对磁盘来说，存储芯片具有抗震性能，更合适车辆的行驶环境，在车辆行驶记录装置上得到了广泛应用。在我国，广州市二汽公司率先试用NC-7000系列数字式行车记录仪。并于203年5月安装在车上。建议政府
3、科技行政部门、公安交通管理部门和道路交通运输部门联手宣传推广汽车行驶记录仪，同时根据科学发展观的要求、以科技进步推动普及工作向纵深方向发展，力争早日实现有车必有行驶记录仪。应当在汽车出厂或销售阶段就安装汽车行驶记录仪，将其纳入制造成本与汽车一起实行“三包”，建立有效的售后服务机制和完善及时的缺陷召回制度，乃是扩大销售和使用2 的基础。这是需要各级政府在政策上给予积极推动和大力支持的。以点代面，逐步推广应用。先长途客货车，先大型车，后小型车，继而在城市公交车、出租车和运营货车，进而是机关企事业单位用车、然后再普及家庭轿车，形成纵横交错的管理网络，实现资源共享。对于汽车行驶记录仪的设计方案有很多，
4、前人已给出了较好的设计思路与实现方法，比如：有基于嵌入式系统的、有基于ARM与linux的、基于CAN总线的和最熟悉的基于51单片机的等等。当然前几种是随着开源会越来越普及而成为主流，但基于51单片机的研究方案也有其突出的优点，主要在于其简单，容易实行。所以本次论文也主要采用单片机来研究实行。二、课题研究的主要内容和预期目标本课题以单片机为控制核心，主要由数据采集、键盘输入、液晶显示和数据存储4大块构成。要求实现如下基本功能：1 记录需要的行驶数据，包括：速度、里程、超速度及时间、停车次数及时间。2 存储的信息：驾驶员信息、汽车信息、发车时间和到站时间、起始站和终点站。3 还要具备汽车超速时的
5、报警功能。三、课题研究的方法及措施如何获取行驶状态信息无疑是设计行驶记录仪的关键所在，那么如何获取呢？其实记录仪记录汽车运行的两类状态信息：来自速度传感器的脉冲信号和包括制动信号在内的开关量信号。汽车行驶过程中轮子每转一周会通过内部的霍尔传感器送给系统一个差分信号，系统通过信号采集模块获得对应的一个脉冲信号，通过对脉冲信号计数以及已知轮子直径信息计算，得到车子的运行速度。然后根据速度就可以计算出行驶里程，速度超出设定的速度就是超速度，从速度大于零到等于零认为是一次停车。经过这些处理就可以得到较全面的行驶状态信息了。系统的总体结构图：3 供电单元单片机系统键 盘输 入信 号 采 集液 晶显 示信
6、息存储 可编程控制模块记录仪的供电用MC34063，DC/DC转换控制电路芯片来实现。单片机选用AT89S8252其某些P1口有特殊功能可以配置成SPI接口。可编程逻辑器件在本系统中也可到了广泛应用，如脉冲信号的技术、定时器和产生芯片选择信号等用EPM7032S44芯片实现。日历时钟芯片用DS12C887，它可在无外部供电的情况下保存数据10年以上。液晶显示模块用GXM12864实现。信息存储用AT45D041A芯片实现。但是这样成本比较高，所以本系统单片机主要采用STC89c52，记录仪供电用7085将12V电压转换成5V。时钟显示主要采用DS1302实现。存储用24c02。显示液晶用128
7、64。本课题的设计肯定会遇到如选用设备，材料的获取等等的问题，如果遇到此类问题我将会及时调整工作，首先寻求是否可用别的设备或材料代替，实在不行就及时更换模块的设计方案，以顺利完成本设计。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010 年 10 月 18 日至 2011 年 4 月 22 日。 2010 年 10 月 10 日至 2010 年 11 月 10 日:确定课题，明确任务，查找资料，和导师沟通并确定总体设计方案；2010 年 11 月 10 日至 2010 年 11 月 20 日:写文献综述，外文翻译；2010 年 11 月 20 日至 2010 年 12 月 1 日：完成开题报告，准
8、备开题答辩；2010 年 12 月 1 日至 2010 年 12 月 30 日：确定电路设计布局和元器件的选择；2011 年 1 月 4 日至 2011 年 1 月 20 日：完成电路焊接成型和测试；2011 年 3 月 1 日至 2011 年 3 月 30 日：撰写毕业论文，做好论文答辩的 PPT 资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。五、参考文献1 郑春华 .铁电存储器 FRAM 及其与 MCU 的接口技术J.单片机与嵌入式系统应用，4 2002，1.2 曾谊晖.汽车电子技术的应用与发展趋势J.中国机电工业，2002,6.3 董辉.汽车电子技术与传感器M.北京：北京理工大学出版社，199
9、5.4 陆文昌.汽车行驶记录仪的现状与发展趋势J汽车电器,2005,5.5 马忠梅.单片机的 C 语言应用程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2003,7.6 陈元电.基于单片机的车辆行驶记录仪J.传感世界，2006，12.7 戴佳，苗龙，陈斌.51 单片机应用系统开发典型实例M.中国电力出版社，2005,9.8 张三.基于 ARM 与 Linux 的汽车行驶记录仪的研究EB/OL,2009-5-15.http:/ 赵伟章，马新国 .基于数据采集系统芯片的新一代汽车行驶记录仪J.汽车电器2008,8.10 庞昌乐.汽车行驶记录仪在交通事故再现分析中的应用J.拖拉机与农用运输车 2008,
10、1.11 李四.汽车行驶记录仪的原理与应用EB/OL,2009-8-12.http:/ 付百学，马彪，潘旭锋.现代汽车电子技术M.北京理工大学出版社，2008，8.13 Thomas W. Ferguson. VEHICLE CRASH DATA RECORDERP.54861 HighRidge Rd.Bellaire, OH (US) 43906. US6185490 B1. Feb. 6, 2001.14 周立功,等.ARM 微控制器基础与实战M.北京航空航天大学出版社，2003,3.15 Raymond Anthony Joao. VEHICLE CRASH DATA RECORDER
11、P.122 BellevuePl,Yonkers NY (US) 10703. US6542077 B2. Apr. 1, 2003.5 6 毕业论文文献综述电气工程及自动化基于单片机的汽车行驶记录仪开发摘要：文章对汽车行驶记录仪的设计方法做了较为全面的介绍。概括了行驶记录仪的设计思路，包括硬件设计和软件设计。先介绍国内外的记录仪的历史及现状，还分别通过比较分析最佳设计方案。然后对行驶记录仪的现状以及发展的走势进行了展望。关键词：行驶记录仪；黑匣子；开关型霍尔传感器;单片机；1 引言汽车行驶记录仪,俗称汽车黑匣子,是对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并可通过
12、接口实现数据输出的数字式电子记录装置。汽车行驶记录仪是新一代高科技产品,可实时、准确地记录汽车行驶过程中的各种状态参数,并通过 IC 卡将记录仪采集的数据传送到系统微机里,通过专用的分析软件对采集到的数据进行分析,可以再现汽车行驶过程中的各种状态.一方面,便于交通管理部门以及汽车运营单位对汽车进行管理 【1】 ;另一方面,记录仪记录的信息还可以为交通事故发生的原因和公正处理提供了科学、权威的依据车行驶记录仪的使用,对遏止疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、保障车辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用。针对目前汽车行驶记录仪的研究现状，文章设计和实现了一种基于
13、51 单片机的汽车行驶记录仪，该汽车行驶记录仪具有实时性好、可靠性高、扩展能力强等特点。文章还以记录仪的主机为主要研究对象，选用开关型霍尔传感器采集车速信号。设计车速采集电路、车辆特征系数的测试方法、车速和里程的计算方法 【2】 ；重点研究事故疑点数据和历史数据的存储格式；自主研发打印控制板；自定义液晶显示器和热敏打印机的字库。分析记录仪主机系统的总体方案和系统框图。详细论述驾驶员身份识别、实时时钟、车速、里程等数据采集单元的具体实现方法。阐述数据存储格式、液晶显示器的设计。完成相关底层驱动程序的设计与编写，给出相应软件设计的流程图。 对本文的设计内容进行了实验测试，记录仪主机能够实现数据采集
14、、存储、显示功能。2 研究历史及现状2.1 国外汽车行驶记录仪应用概况汽车行驶记录仪制造和应用的发源地在欧洲。早在 20 世纪 20 年代，行驶记录仪便伴随着汽车里程表而诞生，当时是和汽车速度、里程表结合在一起的。随着汽车工业的快速发展，记录仪开始在汽车运营中得到自发性的广泛应用。1934 年，德国发明了世界上第一7 台纸盘式行驶记录仪，至今已有 70 年的历史 【3】 。为了保障道路交通安全运输，1953 年，德国政府开始对载重超过 7 吨的货车和客车强制推行纸盘式行驶记录仪。自 1970 年起，当时的欧共体开始推广德国的经验，在德国、法国、意大利、比利时、卢森堡 6 个成员国强制推行行驶记
15、录仪。1992 年欧盟成立，原欧共体有关记录仪应用的各项法规继续有效。目前，欧盟已制定颁布了分别规范驾驶员驾驶时间、纸盘式记录仪技术性能、数字式记录仪技术性能、监督企业和实施路面执法的 5 个主要法规，15 个成员国 500 多万辆商用车安装了纸盘式行驶记录仪，是世界上使用纸盘式行驶记录仪最多的地区 【4】 。2003 年，欧盟颁布新的规定：自 2004 年 8 月起，在欧盟注册的毛重超过 3.5 吨以上的商用车强制安装使用IC 卡技术、有打印功能的数字式行驶记录仪。而在美国、巴西等国，商用车若没安装行驶记录仪则不可以使用公共道路。欧美国家使用行驶记录仪后，交通事故显著下降。从 1970 年欧
16、共体开始全面强制使用记录仪以来，德国客运、货运车辆道路交通事故发生率一直呈下降趋势。如德国 1970 年货车平均每 50 万公里发生一起事故，到 2000 年下降为每行驶 160 万公里发生一起事故，事故发生率降低了 220%；客车从 1970 年的每 40 万公里发生一起事故，到 2000 年下降为每100 万公里发生一起事故，事故发生率降低了 150%.2.2 汽车行驶记录仪在我国的应用情况自上世纪 80 年代后期，我国开始在少数地区试用国内一些科研机构及企业自主研制的数字式记录仪。到 2004 年 7 月底，全国生产汽车行驶记录仪的企业已达 80 多家，已经公安部交通安全产品质量监督检测
17、中心检测，通过国家标准检测的 68 家。据不完全统计，全国有广东、四川、吉林、湖南、上海、浙江、广西、江西、河南、新疆、黑龙江等 20 多个省、自治区、直辖市汽车行驶记录的应用工作取得进展，已安装使用行驶记录仪的客运、货运企业约 350 多家，车辆约 2 万辆。目前，全国各地交通运输企业营运车辆安装使用汽车行驶记录仪工作仍处于起步阶段，且各地的工作进展不一。从目前我国汽车行驶记录仪的应用情况分析，车辆安装汽车行驶记录仪有以下使用效果：一是汽车行使记录仪能真实、准确反映车辆运行中的实际状况，记录相关的监控数据。其存储的数据为企业加强对车辆的使用、运行、调度的科学管理，为安全行车管理和事故的分析，
18、以及今后路面执法监督提供了可靠的依据。二是车辆超速行驶时能发出报警声警告司机减速，督促司机安全行车，起到防止和减少交通事故的作用。三是由于安装了汽车行驶记录仪，司机在行驶中能保持车辆中速行驶，对延长车辆使用寿命、节约燃料、减轻轮胎耗损都起到重要的作用，可减少企业经营管理成本。四是汽车行驶记录仪记录的数据，对交通事故的原因和责任分析，有一定的作用 【5】 。8 3 设计方案的比较3.1 基于嵌入式系统的汽车行驶记录仪当前，嵌入式系统已经广泛地应用到人们生活的各个领域。同时，随着嵌入式处理器性能的不断增强，特别是 32 位高性能嵌入式微处理器的广泛使用，嵌入式操作系统逐渐成为嵌入式系统中最重要的组
19、成部分。在实际的应用中 ARM 以其高性能低功耗的特性成为目前使用最广泛的 32 位嵌入式处理器，嵌入式 Linux 也凭借其功能强大、免费以及开发资源丰富等优势占据了嵌入式操作系统的主导地位。文章对基于 ARM 和 Linux 操作系统的汽车行驶记录仪的实现进行了研究，采用的是三星公司的 S3C2410 处理器和 Linux 的 2.6 内核。从软硬件两方面，详细论述了汽车行驶记录仪的设计。在硬件方面首先介绍系统的总体组成，然后按功能模块的划分来介绍该系统的硬件，以及一些关键的技术细节 【6】 ；在软件方面，首先，详细介绍了主机开发环境的建立过程。其次，研究和建立了一个实际可用的嵌入式系统，
20、包括对 Boot Loader 的原理的研究，实现了一个最小功能的 BootLoader，完成了 U-Boot、Linux2.6 内核在目标系统上的移植，构建了根文件系统 【7】 。最后，实现了基于 MiniGUI 的嵌入式系统的图形用户界面，以及为记录仪编写了底层驱动程序和上层应用程序 【8】 。3.2 基于 51 单片机的汽车行驶记录仪由于汽车行驶记录仪要实现的是以下几个方面的功能：1 能够实时监测并记录汽车行驶的各种状态信息，包括速度、里程、超速度、发车时间和到站时间、起始站和终点站等重要数据。2 为每个驾驶员提供单独的可移动存储卡式设备，用于记录驾驶员信息（如姓名、工号）和汽车信息（如
21、车号等） ，为有关部门检查提供必要的信息 【9】 。文章介绍了详细的设计思路，系统的总体结构如下：供电单元单片机系统键 盘输 入信 号 采 集液 晶显 示信息存储 可编程控制模块在图中，单片机系统是整个系统的核心，通过硬件和内部软件的配合控制整个系统的运行。单片机用了 AT89S8252 芯片，与单片机相比，AT89S8252 有一些增强性功能，如它的某些P1 口可以配置成特殊的功能来使用，P14、P15、P16、和 P17 可以配置成 SPI（Serial 9 Programming Interface）接口。对软件的设计也给出了详细的介绍。4 前景总结与展望综上所述对于我们来说选用基于 5
22、1 单片机来设计整个系统比较可行，且符合论文要求。对于汽车行驶记录仪来说，随着汽车的普及，它必将在生活中扮演重要的角色，发挥着举足轻重的作用。对于汽车行驶记录仪的设计也会更加先进化、人性化 【10】 。记录仪在中国沉浮了 10 年，随着整个行业对记录仪产品及其作用的不断认识，行业加强了相互了解沟通，明确了记录仪的主导思想，行业主流厂家开始理性对待记录仪市场。基于此，我们相信记录仪市场培育阶段基本告一段落，应该进入初步发展阶段 【11】 。目前，哈尔滨航天风华、TCL 集团、新飞集团、西门子等大公司开始实质上介入记录仪行业，对记录仪行业已发生重大影响，市场必将重新洗牌 【12】 。5 参考文献1
23、 曾谊晖.汽车电子技术的应用与发展趋势J.中国机电工业，2002,6.2 陆文昌.汽车行驶记录仪的现状与发展趋势J汽车电器,2005,5.3 张三.基于 ARM 与 Linux 的汽车行驶记录仪的研究EB/OL,2009-5-15.http:/ ThomasW.Ferguson.VEHICLECRASHDATARECORDERP.54861 HighRidge Rd,Bellaire,OH (US) 43906. US6185490 B1. Feb. 6, 2001.5 Raymond Anthony Joao. VEHICLE CRASH DATA RECORDERP.122 Bellevu
24、ePl,Yonkers, NY (US) 10703. US6542077 B2. Apr. 1, 2003.6 马忠梅.单片机的 C 语言应用程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2003,7.7 陈元电.基于单片机的车辆行驶记录仪J.传感世界，2006，12.8 赵伟章，马新国.基于数据采集系统芯片的新一代汽车行驶记录仪J.汽车电 2008,8.9 戴佳，苗龙，陈斌.51 单片机应用系统开发典型实例M.中国电力出版社，2005,9.10 庞昌乐.汽车行驶记录仪在交通事故再现分析中的应用J.拖拉机与农用运输 2008,1.11 李四.汽车行驶记录仪的原理与应用.EB/OL,2009-8-12.http:/ 付百学，马彪，潘旭锋.现代汽车电子技术M.北京理工大学出版社，2008，8.10 毕业设计（20_ _届）汽车行驶记录仪系统设计
