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一种汽车行驶记录仪的DSP实现

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0. 引言


汽车行驶记录仪俗称汽车黑匣子,是一种能够对车辆行驶速度、时间、里程以及其他状态信息进行记录的电子装置。行驶记录仪能够实时地记录车辆运行和驾驶员驾驶活动的有关信息,通过对车辆行驶速度、连续行驶时间、里程和其他运行状态等有关信息进行检查、监控、反馈和互动管理,能够有效地实现对驾驶员的行驶时间、行车速度、行车路线等进行全方位的约束和控制,遏制疲劳驾驶、车辆超速等严重交通违法行为,预防道路交通事故,规范车辆管理。统计资料表明,汽车黑匣子的使用,使交通事故率降低了37%-52%,大大减少了人员伤亡和财产损失,产生了显著的社会效益和经济效益。200310月,公安部交通安全产品质量监督检测中心发布了汽车行驶记录仪的国家标准GB1T19056-2003。汽车“黑匣子”无疑将成为一种新的规范,随着车辆的不断增多,交通不断拥挤,为了确保交通安全,将来会实施强制安装行驶记录仪。


1. “黑匣子”的分类


由于各研制生产厂家的出发点不同,因而产品的类型不同,产品结构形式也不尽相同。目前市场上的记录仪己形成了一个种类繁多、性能不一的产品格局。汽车行驶记录仪根据其功能不同可以分为单一型、事故型、管理型、综合管理型和3G型。


3G型是从软件、硬件和系统功能上进行了优化设计,以综合管理为主要目地而开发的新一代汽车行驶记录仪。主要特征是多通道数据采集处理,全程连续记录,大容量存储卡和强大的综合管理软件系统,实现资源共享。此类型记录仪利用多通道数据采集处理平台、GPS卫星定位仪、大容量数据存储卡、日趋成熟的地理信息系统和后台综合管理平台软件等强有力的现代化技术手段,重点针对营运和特种车辆的综合化管理目标,来完成车辆综合化管理进程。可通过在微机软件介面上重放的全程连续记录曲线和各开关传感器的连续状态,对车辆的营运、安全、质量等综合指标进行强有力的全程监控,根据需求打印统计图表,并采用动态分析方式,为驾驶员的安全驾驶提供极高价值的参考。本文介绍的就是基于DSP


 *基金项目:湖南省自然科学基金项目(03JJY5005


3G型汽车“黑匣子”的设计。


2. 系统总体设计


本系统包括记录仪车载端主机和监控软件组成。其中主机采用TI公司16位的定点DSP TMS320C6711作为主控制器,包括基本记录模块、显示模块、打印机模块、GPS模块、GPRS模块、数据通讯模块。系统整体设计框图如图1所示。


系统通过TMS320C6711对外部模拟信号输入、数字信号输入以及开关量输入三种信号分别进行采集。需要保存的数据经过处理后存储于内部大容量存储器中,实时数据(如实时车速、实时时问)及报警信号等可通过显示面板输出显示。GPS模块对经纬度,速度进行测量,通过GPRS实现远程监控和实时跟踪。



3.系统硬件设计


3.1 TMS320C6711简介


本文选择的 DSP 芯片为 TI 公司的 TMS320C6711,它属于 TI 公司 C6000 浮点系


TMS320C67xx 的一种,该芯片的特点为:(1CPU 内核采用超长指令字(VLIW)结构,在每个周期内可以提取和执行 8 32位类 RISC 指令;(2)高度独立的功能单元,它包括 4 个浮点/定点 ALU2 个定点 ALU2 个浮点/定点乘法器;(3)指令打包可以减小代码尺寸;(4 采用加载/存储体系结构,数据在多处理单元之间的传输依靠 32 32 比特通用寄存器;(5)所有指令可以条件执行;(632bit 寻址范围,支持 Byte 寻址;(7)硬件支持 IEEE 单精度和双精度指令;(8)字节寻址(8bit/16bit/32bit),指令集中有位操作指令,包括 bit 域抽取、设置、清除,以及 bit 计数、归一化等等;(9)两级存储结构,第一级为 4K 字节程序 Cache 4K 字节数据 Cache,第二级为64K 字节 RAM/Cache,可以灵活实现程序和数据分配;(10)具有 32 比特外部存储器接口,可以与 SDRAMSRAM,SBSRAMEPROM 等多种存储器无缝连接;(11)具有增强 DMA 控制器(16 个独立的通道);(121 16 位主机接口;(132 个多通道缓冲串行接口(McBSPs);(142 32bit 通用计数器;(15)内核采用 1.8V 供电,周边 I/O 采用 3.3V 供电;(16)支持 IEEE-1149.1JTAG)边界扫描接口。它是目前最适合高精度汽车行驶记录仪的一款DSP微处理器。


3.2 TMS320C6711MC33993之间的通信


    美国MOTOROLA公司推出的可编程多路开关检测接口集成电路MC33993可检测多达22路的开关量输入信号,并可将检测到的多路开关状态(三态)信号通过该芯片的SPI口传送给DSP。此外,该器件还具有22路模拟多路开关功能,可用以读取多路模拟输入信号。该模拟输入信号经缓冲器可由模拟多路开关输出以供DSP读取。并且MC33993可使得包括DSP在内的整个系统能在一个较低的静态电流下工作这对远程监控之类的系统非常重要,因为对它们而言,电流损耗是重要的设计考虑。因此,本设计选用MC33993作为多路开关检测接口电路。


系统中MC33993采用SPIDSP实现硬件连接,如图2所示:当外部有开关量输入,状态发生改变时,MC33993会发出中断信号 TMS320C6711TMS320C6711响应中断读取开关量输入状态,从而提高DSP的工作效率。



3.3 TMS320C6711FM24L256之间的通信


在汽车行驶记录仪行业中,数据安全保存是最重要的。随着记录仪的发展,保存的数据量越来越大,这就需要大容量的存储器,而大容量的EEPROM指标不是很高,尤其是擦写次数和速度影响电能表自身的质量。FM24L256是由RAMTRON公司研制的新型存储器,它的核心技术是铁电晶体材料,拥有随即存取记忆体和非易失性存贮产品的特性。FM24L256AT24C256容量等同,总线结构兼容,但FM24L256的性能指标远大于AT24C256


FM24L256的通讯方式是双向两线协议,脚位少,占用线路板空间小。图3描述了FM24L256DSP硬件连接方式。   



3.4 TMS320C6711SL811HS之间的通信


本系统中USB的主机通过主机控制器与USB设备进行数据传输。USB主机应当具有:检测USB设备的插拔;管理USB主机与USB设备之间的控制流;管理USB主机与设备间的数据流和收集USB主机的状态等功能。


SL811HSCYPRESS公司生产的、可支持全速数据传输的USB控制芯片,且内含USB主从控制器,支持全速、低速数据传输,并能自动识别低速或全速设备。SL811HS所提供的接口遵从USB1.1标准,可与TMS320C6711微处理器相连。SL811HS的数据接口与微处理器进行接口可提供8位数据I/O或双向DMA通道,并能以从机操作方式支持DMA数据传输。SL811HS内部有一个256字节的RAM,可用做控制寄存器或数据缓冲器。SL811HSTMS320C6711的硬件连接方式如图4所示。



3.5 TMS320C6711HOLUXGR-85之间的通信


HOLUXGR-85智能型卫星接收模组,采用美国瑟孚公司所设计的第二代卫星定位接收芯片,是一个完整的卫星定位接收器。具备全方位功能,能满足专业定位的严格要求与个人消费需求。适用范围从汽车导航、保安系统、地图制作等。HOLUXGR-85通过RS-232TTL与其它电子设备沟通,并以内建充电电池,存贮卫星资料。其耗电量低,且能同时追踪12颗定位卫星的讯号,每0.1秒接收一次,每秒更新一次定位信息。


HOLUXGR-85TMS320C6711均为3.3V供电,故无需电平转换便可通过串行通讯口实现数据交换。硬件连接如图5所示。



3.6 TMS320C6711Benq M22之间的通信


    Benq M22是一款内嵌TCP/IP协议栈,支持GSM/GPRS CLASS4,可工作在EGSM900MHzDCS 1800MHzPCS 1900MHz,可以支持数据业务的透明和非透明传输。从封装上来说,M22使用连接座式接口,模块上自带天线MMCX接头。由于支持GPRS甚至拥有嵌入式的TCP/IP,可以用于实时性要求较高,数据量相对较大,传输速度相对较快的汽车行驶记录仪中。


Benq M22和上位机的通讯数据接口为UART,电平为TTL/CMOS,波特率为标称的300


115200bps的自适应波特率,只要是这个区间的标称波特率,模块自动识别,无须用户去干预,可以接成全串口或者半串口通讯。所谓的全串口,是指DB9的九条线都需要接上,所谓的半串口则只接RXDTXDGND就可以进行通讯了。本系统采用半双工模式,则模块的RXD可以直接连接TMS320C6711TXD,模块的TXD可以直接连接TMS320C6711RXD,如图6所示。



4.系统软件设计


系统上电后,首先对系统进行初始化。然后进行自检,自检范围包括数据存储器、时钟和I/O口,自检后根据自检结果在显示器上显示相关信息。如果自检不通过,显示“自检不正常”和错误代码。自检通过后,然后进入驾驶员身份认证,通过后,LCD显示相关数据,等待数据刷新。系统主程序流程图如图7所示。









4.1 数据采集


记录仪读取到原始数据后,根据脉冲量和车辆特征系数等能够计算出总累计行驶里程、最近2个日历天的累计行驶里程、最近360小时内的累计行驶里程、每200毫秒的速度和每分钟的速度。


记录仪采集的脉冲来自于速度传感器,该速度传感器每转产生8个脉冲,而车辆在每公里使速度传感器旋转的转数由车辆特征系数决定。记录仪根据所记录的脉冲数,可以得到车辆行驶的里程。








结束

由脉冲数计算出行驶速度,只要先由脉冲数计算得到里程数,再除以时间,即可得到速度。


4.2 GPRS设计


M22支持GPRS CLASS4,即下行速度42.8Kbps,上行速度21.4Kbps。同时,M22也支持嵌入式的TCP/IP协议。这个嵌入式的TCP/IP协议解决了从命令模式连接到数据传输模式的一个比较复杂的过程。


    因为有了嵌入式的TCP/IP,所以可以实时的传输大量汽车记录数据,实现实时监控车辆的运行情况。使用TCP协议进行数据通信时,必须要经过三个阶段,第一个阶段是连接


建立阶段,第二个阶段是数据收发阶段,第三个阶段是连接释放阶段。


    本系统中发送短消息采用而PDU模式,因为它不仅支持中文短信,也能发送英文短信。PDU模式收发短信可以使用3种编码:7-bit8-bitUCS2编码。


5. 结束语


本设计是在传统记录仪上,添加GPSGPRS模块,实现精确定位、远程监控、短信报警及数据传输等功能,实现了基本记录仪与GPS导航一体化。

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