無(wú)線傳輸在汽車(chē)行駛記錄中的應(yīng)用

0 引 言

隨著道路交通的快速發(fā)展，道路交通事故率也在不斷地攀升，超時(shí)駕駛、超速駕駛成為交通事故的主要誘因。汽車(chē)行駛記錄儀（以下簡(jiǎn)稱：記錄儀）是對(duì)車(chē)輛行駛速度、時(shí)間、里程、以及有關(guān)車(chē)輛行駛的其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)并通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字式電子記錄裝置。汽車(chē)行駛記錄儀的使用，對(duì)遏制疲勞駕駛、車(chē)輛超速等交通違章、約束駕駛?cè)说牟涣夹袨椤⒈Ｕ宪?chē)輛行駛安全以及道路交通事故分析鑒定具有重要作用。

然而在現(xiàn)有汽車(chē)記錄儀實(shí)際使用過(guò)程中，交警部門(mén)往往不能夠即時(shí)地獲取超時(shí)超速等信息，從而不能有效地制止超時(shí)超速駕駛。因此研究和開(kāi)發(fā)無(wú)線汽車(chē)行駛記錄儀與無(wú)線檢測(cè)儀（以下簡(jiǎn)稱：檢測(cè)儀），用來(lái)快速地獲取超時(shí)超速記錄儀中的超時(shí)超速信息。無(wú)線檢測(cè)儀采用手持式終端設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)周邊無(wú)線汽車(chē)行駛記錄儀并和其通信，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線檢測(cè)儀移動(dòng)讀取汽車(chē)行駛記錄儀中超時(shí)、超速信息。

1 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸

1.1 無(wú)線數(shù)據(jù)幀

無(wú)線數(shù)據(jù)幀格式保留汽車(chē)行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)據(jù)幀頭，并且其基礎(chǔ)之上添加了六種數(shù)據(jù)幀僅供無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元使用的數(shù)據(jù)幀，其基本格式如圖1所示。新添加數(shù)據(jù)幀分別是：數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)應(yīng)答，超時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求，超時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)答，超速數(shù)據(jù)請(qǐng)求，超速數(shù)據(jù)應(yīng)答，分別用于探測(cè)記錄儀與記錄儀中詳細(xì)信息的獲取。

圖1 無(wú)線數(shù)據(jù)幀格式

1.2 無(wú)線傳輸方案設(shè)計(jì)

本文中無(wú)線傳輸基本原理如圖2所示，采用多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸模型，并且采用呼叫式數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)檢測(cè)儀i（i=1,2,3）發(fā)出數(shù)據(jù)采集信號(hào)時(shí)，記錄儀j（j=1,2,3,4）如果成功接收到信號(hào)，則t（t在500ms內(nèi)做隨機(jī)數(shù)）時(shí)間內(nèi)返回一個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)答幀給無(wú)線檢測(cè)儀。檢測(cè)儀便能夠采集到周遭記錄儀中的超時(shí)和超速信息標(biāo)志。檢測(cè)儀i如需要查看記錄儀j 中超時(shí)或超速的詳細(xì)內(nèi)容時(shí)，再次發(fā)送超時(shí)或超速數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文，并且等待記錄儀j的超時(shí)或超速數(shù)據(jù)應(yīng)答幀，從中獲取詳細(xì)的超時(shí)或超速信息。

圖2 無(wú)線傳輸基本原理圖

在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，檢測(cè)儀如果發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀，沒(méi)有收到任何應(yīng)答數(shù)據(jù)，則會(huì)重發(fā)當(dāng)前數(shù)據(jù)幀，直到最大次數(shù)N（N=3）。檢測(cè)儀和記錄儀檢查收到的數(shù)據(jù)幀中對(duì)應(yīng)的ID是否與本身的一致，如果不一致，則放棄對(duì)數(shù)據(jù)幀的處理。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 記錄儀無(wú)線接口電路設(shè)計(jì)

在MVR-E 型記錄儀硬件基礎(chǔ)之上，該產(chǎn)品以LPC2214型ARM7處理器為處理核心，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)記錄儀的功能，在此基礎(chǔ)之上，添加無(wú)線傳輸單元。無(wú)線模塊采用SWRF-1101，該款無(wú)線模塊自帶無(wú)線碰撞檢測(cè)機(jī)制，當(dāng)無(wú)線模塊在空中發(fā)生無(wú)線碰撞時(shí)，能夠自動(dòng)檢測(cè)碰撞，并且延時(shí)重發(fā)。SWRF-1101為檢測(cè)儀與記錄儀之間的數(shù)據(jù)通信載體，無(wú)線編解碼由無(wú)線模塊自動(dòng)完成。無(wú)線模塊采用串口與記錄儀交互，其連接圖如圖3所示。

圖3 記錄儀串口與無(wú)線模塊原理圖。[next]

2.2 檢測(cè)儀硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STM32F103VET6微處理器為控制核心，STM32 系列微處理器屬于16 位MCU,而STM32F103VET6則具有精簡(jiǎn)指令集和低功耗、高速度的特點(diǎn)，其頻率可達(dá)72MHz.STM32F103VET6具有512KB的FLASH 和64KB的RAM,可更好地實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議解析。系統(tǒng)硬件框圖如圖4所示。

圖4 檢測(cè)儀硬件電路系統(tǒng)框圖。

系統(tǒng)人機(jī)交互單元由防水按鍵與2.8吋彩色液晶顯示屏構(gòu)成。按鍵包括采集、確認(rèn)、返回、上翻、下翻共同組成檢測(cè)儀的輸入控制單元。顯示屏采用ADS7843芯片用硬SPI接口控制，ADS7843是TI公司生產(chǎn)的4線電阻觸摸屏轉(zhuǎn)換接口芯片，可實(shí)現(xiàn)觸摸輸入和彩屏顯示，在本系統(tǒng)中僅僅使用了彩屏顯示。

檢測(cè)儀將在采集數(shù)據(jù)時(shí)所記錄的的車(chē)牌以及對(duì)應(yīng)記錄儀的超時(shí)超速信息記錄下來(lái)。其中從記錄儀中采集上來(lái)的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)到移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中，其他一些信息存儲(chǔ)到斷電保護(hù)存儲(chǔ)設(shè)備中。因而檢測(cè)儀選用鐵電FM24V02芯片來(lái)存儲(chǔ)斷電保護(hù)數(shù)據(jù)，該芯片有256Kb容量，可讀取100萬(wàn)億次，能夠穩(wěn)定可靠地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。檢測(cè)儀使用STM32F103VET6本身的SDIO來(lái)驅(qū)動(dòng)SD卡，存儲(chǔ)需要導(dǎo)出的移動(dòng)數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 記錄儀軟件設(shè)計(jì)

MVR-E型記錄儀是以Keil3作為開(kāi)發(fā)工具，并用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)記錄儀功能。在此基礎(chǔ)之上，添加無(wú)線傳輸方案的實(shí)現(xiàn)，其基本流程圖如圖5所示。

圖5 記錄儀軟件流程圖。

記錄儀在記錄汽車(chē)當(dāng)前行駛數(shù)據(jù)的過(guò)程中，同時(shí)監(jiān)聽(tīng)無(wú)線模塊所收到的數(shù)據(jù)，當(dāng)成功收到數(shù)據(jù)幀以后，結(jié)合記錄儀當(dāng)前超時(shí)超速狀態(tài)以及信息，返回給檢測(cè)儀相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。其需要應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀包括：數(shù)據(jù)采集，超時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求，超速數(shù)據(jù)請(qǐng)求。應(yīng)答數(shù)據(jù)采集報(bào)文時(shí)，只需應(yīng)答超時(shí)超速標(biāo)志，而應(yīng)答超時(shí)數(shù)據(jù)和超速數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，則需要將具體違章數(shù)據(jù)發(fā)送給檢測(cè)儀。


檢測(cè)儀軟件系統(tǒng)框圖如圖6所示，分為驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層，驅(qū)動(dòng)層主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)硬件單元的驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能應(yīng)用，其開(kāi)發(fā)環(huán)境為Keil4,以C語(yǔ)言為編程語(yǔ)言。

圖6 檢測(cè)儀軟件框圖。

檢測(cè)儀軟件應(yīng)用流程圖如圖7所示。軟件流程主要是圍繞按鍵檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)到不同的按鍵根據(jù)現(xiàn)有目錄情況來(lái)執(zhí)行不同的功能。系統(tǒng)在任意界面下都可能按下采集鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)采集功能。[next]

檢測(cè)儀軟件實(shí)現(xiàn)能夠最多同時(shí)采集10輛車(chē)的應(yīng)答信息，并且將收到的車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)顯示在屏幕上，并且將超時(shí)、超速等標(biāo)志通過(guò)彩色信息直觀地顯示出來(lái)。再次按下確認(rèn)鍵之后，便再次收集數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息。并且會(huì)直觀地顯示在顯示屏上，并且能夠?qū)?dāng)前顯示的內(nèi)容存儲(chǔ)到SD卡中以便查閱。

圖7 檢測(cè)儀軟件流程圖。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

無(wú)線汽車(chē)行駛記錄儀和無(wú)線檢測(cè)儀在金龍客車(chē)上實(shí)測(cè)使用，得到很好的使用效果。使用結(jié)果如圖8所示。圖中為兩臺(tái)無(wú)線汽車(chē)行駛記錄儀讀取到的數(shù)據(jù)，其中一臺(tái)記錄儀連續(xù)行駛2.1h之后，與另外一臺(tái)沒(méi)有任何超時(shí)信息的記錄儀同時(shí)測(cè)試得到的結(jié)果圖。超時(shí)超速會(huì)用紅色表示，無(wú)違章信息則用綠色表示，左下和右下的圖分別是兩輛車(chē)的詳細(xì)信息的采集。

在規(guī)定的超時(shí)駕駛時(shí)間（為測(cè)試方便改為2h）內(nèi)，能夠準(zhǔn)確地記錄駕駛期間的超速數(shù)據(jù)，并且能夠通過(guò)檢測(cè)儀軟件無(wú)線讀取到，經(jīng)測(cè)試無(wú)線讀取距離可達(dá)100m.在連續(xù)駕駛時(shí)間滿2h時(shí)，檢測(cè)儀可以讀取到超時(shí)信息，并且將起始與結(jié)束時(shí)間顯示在屏幕上。

圖8 無(wú)線檢測(cè)儀檢測(cè)無(wú)線車(chē)載記錄儀結(jié)果圖。

5 結(jié) 論

本文提出了一種思路新穎的記錄儀數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)方案，市場(chǎng)上的汽車(chē)行駛記錄儀，不能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速上傳違章信息，而無(wú)線檢測(cè)儀與無(wú)線汽車(chē)行駛記錄儀相結(jié)合，解決了現(xiàn)有車(chē)載行駛記錄儀中數(shù)據(jù)上載滯后問(wèn)題，對(duì)預(yù)防交通安全事故以及及時(shí)遏制交通違章有很大幫助。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該產(chǎn)品有移動(dòng)采集，快速獲取記錄儀信息，采集有效距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。