汽车行驶状态记录仪的研究与实现[毕业论文]

汽车毕业论文：汽车行驶状态记录仪的研究与实现含毕业论文

汽车行驶状态记录仪的研究与实现[毕业论文]

摘 要

汽车行驶记录仪是一种特殊的数字式电子记录装置，它可以对车辆行驶速度、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，然后通过USB和RS232接口实现数据输出。汽车行驶记录仪的使用不仅可以遏止交通违章、约束驾驶员不良驾驶习惯，而且可以有效地预防道路交通事故的发生，并为执法人员进行事故的分析、处理提供科学、忠实的原始数据，因此在交通运输管理中发挥着十分重要的作用。针对目前汽车行驶记录仪的研究现状，本文设计和实现了一种基于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、价格低廉等特点。

本文首先介绍了汽车行驶记录仪的研究背景和发展现状，并分析了记录仪系统需求，制定了记录仪由数据采集子系统、数据存储子系统和通信接口子系统三部分构成的总体结构。

然后介绍了记录仪系统的硬件总体结构设计，具体阐述了各个功能模块的硬件电路设计和实现方法。这些功能模块主要包括：电源，实时时钟，数据采集，数据存储，数据通讯和人机交互。

最后在软件设计部分，根据记录仪各个模块的功能，详细描述了记录仪系统各个任务的设计流程。重点描述了USB通信的实现：利用SL811HST实现USB HOST功能，通过优盘方便快捷地读取记录仪中数据，然后再由PC软件进行分析。对USB HOST中的关键技术：USB设备枚举、BulkeOnly传输协议以及FAT16文件系统的实现做了较详细的说明。

在整个系统的设计中，软硬件系统设计均采用了抗干扰措施，提高了系统的可靠性、稳定性和抗干扰能力。

在本文最后对所做的工作进行了总结，并提出本次设计需要改进之处及对汽车行驶记录仪未来的展望。

关键词：汽车行驶记录仪；单片机；C51；USB；固件编程

Abstract

Vehicle traveling data recorder (VTDR) is a special digital electronic recorder which used to acquire and store vehicle's traveling speed, time, distance and other related status information, and then transmit data via USB and RS232 interface. The use of vehicle traveling data recorder can not merely halt the break in trafic rules and regulations, restrain the drivers from being drive at bad habit, and can prevent the traffic accident effectively, it can also offer scientific, faithful initial data for the tipstaffs carries on the accidents. So it plays a very important role in transportation management. Aimming at the actuality of the VTDR research, a VTDR is designed in this paper which bases on the 51 MCU. It also has some characteristics such as real-time, high dependability and less cost.

First, VTDR's background and reseach actuality are introducted in the pape. By analyzed the system requirement of VTDR, the system is consisted of data acquisition sub-system, data storage sub-system and correspondence interface sub-system.
And then, hard ware framework is introduced in this paper. And the methods in which every function units of the recorder is designed are also discussed. Those function units mainly include power supply, real-time clock, data collection, data store, data communication, human and machine interface.

At last, in the part of software design, the flow of every task's software is described in the paper, based on the functions of VTDR. It makes use of SL811HS to realize USB HOST function, gets the data from recorder conveniently and swiftly through U disk. Have done more detailed explanation in the key technology of USB Host. Such as enumerating device, Bulk-Onlyt ransmit protocol and FAT16 files ystem. Otherwise, several measures of anti-jamming are adopted in the process of hardware and software designing.

Finally, summarize the all design, point out that needed improvement the prospect of the future of The Vehicle Traveling Data Recorde.

Keywords: Vehicle Traveling Data Recorder; Single Chip Microcomputer; C51; USB; Firmware Programming.

目 录

题目：汽车行驶状态记录仪的研究与实现 0
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1国内外汽车行驶记录仪发展的状况 1
1.2本课题的目的和意义 2
1.3本课题的目标和主要研究内容 2
1.3.1 课题的总体目标 2
1.3.2 研究的主要内容 3
第二章 汽车行驶记录仪总体方案设计 4
2.1仪器的功能要求及技术性能指标 4
2.1.1电气性能要求 4
2.1.2记录仪的功能要求及技术性能指标 4
2.1.3数据安全性 5
2.1.4气候环境适应性 5
2.1.5机械环境适应性 5
2.1.6抗汽车电点火干扰 5
2.2 系统结构 5
2.2.1 主板的功能与设计 6
2.2.2 面板的功能与设计 7
第三章 汽车行驶记录仪硬件设计与实现 8
3.1电源模块 8
3.1.1 电源模块设计概述 8
3.1.2 电源方案的选择与论证 8
3.1.3 电源模块的设计 10
3.2实时时钟模块 12
3.2.1 SD2301B的硬件电路设计 13
3.2.2 SD2301B的内部寄存器 14
3.2.3 SD2301B的软件编程 14
3.3数据采集 18
3.3.1 信号的调理设计 18
3.3.2 车辆状态信号的采集 20
3.4中央处理器 20
3.4.1 中央处理器的选择 21
3.4.2 复位系统 21
3.5 CPU的IO扩展 22
3.6 数据存储模块 23
3.6.1 存储需求分析 23
3.6.2 存储器的选择 24
3.6.3 铁电存储器FM1808介绍和应用电路设计 25
3.6.4 数据闪存AT45DB041的电路设计和应用编程 26
3.7 人机交互模块 32
3.7.1 LCD液晶显示器 33
3.7.2 键盘 36
3.7.3 声光提示 37
3.8 通信模块 37
3.8.1 RS232接口 38
3.8.2 USB接口 38
3.9 抗干扰措施 43
3.9.1硬件抗干扰设计 43
3.9.2印刷电路板的抗干扰设计 44
第四章 汽车行驶记录仪软件设计与实现 47
4.1 控制软件功能简介 47
4.2 控制软件的设计与实现 48
4.2.1 主机软件的总体架构 48
4.2.2 数据采集程序的设计与实现 49
4.2.3 显示子程序的设计与实现 54
4.2.4 主菜单的设计与实现 55
4.2.5 主程序的设计与实现 57
4.2.6 串行通信程序设计与实现 58
4.3 USB的设计与实现 59
4.3.1 USB主机设计与实现 60
4.3.2 USB从机设计与实现 70
4.4系统软件的抗干扰设计 72
第五章 汽车行驶记录仪的调试 73
5.1静态调试 73
5.2硬件调试过程中遇到的问题和解决方法 73
5.3软件调试过程中遇到的问题和解决方法 74
5.4整体调试 74
第六章 总 结 75
参 考 文 献 76
致 谢 77
作者简历 78

第一章 绪论

随着我国交通建设持续快速的发展，社会车辆的急剧增多，道路交通安全形势相当严峻，运输企业规模与管理等级的进一步提高，道路交通安全管理及运输企业内部管理问题越来越成为行业关注的焦点。
汽车行驶记录仪（Vehicle travelling data recorder），亦称“汽车黑匣子”，是安装在车辆上，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。

汽车行驶记录仪能完整、准确地记录汽车行驶状态下的有关情况，能将汽车行驶轨迹完整记录，并通过专用软件在电脑上再现，对遏止疲劳驾驶，车辆超速的违章、约束驾驶员的不良行为，分析鉴定事故，提高交通的管理执法水平和运输管理水平、保障车辆运行安全也有着重要的实际作用及意义。

1.1国内外汽车行驶记录仪发展的状况

早在20世纪80年代，发达国家就开始安装使用汽车行驶记录仪。其中，欧共体己在1975年就通过了在汽车上安装汽车行驶记录仪的立法，要求3.5吨以上货车、9座以上客车必须安装行车记录仪；欧盟在第3825/85号法规《关于公路运输车辆的记录设备》的第三款中规定：“记录设备应在欧盟成员国使用的客货运输车辆上安装和使用。”这一立法要求欧洲的15个成员国在10年内，给在用的900万辆卡车和轿车安装这一装置。这一作法很快在美国引起效仿。

1998年，马来西亚内阁会议决定，强制使用汽车行驶记录仪。以日本为例，日本的法律规定，拥有5辆以上汽车的运输单位必须配备一名专职安全管理人员，以后每增加20辆汽车必须增加1名安全管理人员。这些安全管理人员的一个重要职责，就是监督使用汽车行驶记录仪。安全管理人员通过定期釆集和分析行驶记录仪的各种数据，可以完整、准确地判定每辆车在每一时刻的运行状况，以此加强企业的安全生产管理。

2001年10月24日，交通部、公安部、国家安全生产监督管理局共同发布了《关于加强公路客运交通安全管理的通告》，为明确长途客车应当使用行驶记录仪奠定了坚实的基础。

自2001年以来，交通部交规划发[2001]268号发布的公路行业产业政策、交公路发[2002]226号和交公路发[2002]418号文件等分别要求利用全球定位系统(GPS)以及行车记录仪对运输全过程进行跟踪，尤其是长途客运车辆、危险品运输车辆和旅游客运车辆要逐步采用GPS行车记录仪，以确保运输安全。

2003年国家质量监督检验检疫总局发布并实施了GB/T19056-2003《汽车行驶记录仪》国家标准。 该标准对汽车行驶记录仪的各项性能、试验方法、检验规则及安装作了详细的规定。

2004年12月10日，在第二届中国智能交通论坛期间，11家汽车行驶记录仪厂家于深圳正式签字成立中国汽车行驶记录仪联盟。联盟初步成立后，行业内一些具有实力的厂家继续加盟。未来将在在适当时间、适当地点召开正式成立大会。行业联盟首先将在联盟成员内解决产品的互联互通。

美国、日本、香港、马来西亚等地也在大量使用汽车行驶记录仪，我国许多大城市不少车辆也安装上了汽车行驶记录仪。几年来的统计资料表明：使用汽车行驶记录仪，交通事故率降低了37%-52%，大大减少了人员伤亡和财产损失，产生了明显的社会效益与经济效益。

1.2本课题的目的和意义

汽车行驶记录仪能够为驾驶员提供其驾驶活动的反馈信息，为道路运输企业提供良好的管理工具。它的使用对保障道路交通安全起到直接的作用，可以产生显著的社会效益和经济效益。