汽車行駛記錄儀是對車輛行駛速度、時間、里程及有關車輛行駛的各種狀態信息進行記錄、存儲并可通過接口實現數據輸出的數字式電子記錄裝置。
    汽車行駛記錄儀的使用具有以下作用和社會效益：減少交通事故，提高行車安全，更好地保障社會群眾及乘客生命財產安全；改善交通環境和緩解交通壓力，規范駕駛員駕駛習慣，促進駕駛員文明駕駛的進程；建立車輛狀態數據信息系統，為交通事故提供法律依據；規范交通警察執法范圍和文明其執法行為，提高其執法水平、效率和公正性；維護各方利益，記錄儀記錄證據以分清肇事責任的歸屬，可作為保險部門進行理賠的輔助工具。
    本系統根據汽車行駛記錄儀的國家標準和運營客戶的實際需求，在不增加汽車行駛記錄儀系統軟硬件資源的基礎上，增加了GPS模塊和CAN模塊功能，使汽車行駛記錄儀具有記錄GPS數據信息的功能；利用管理軟件GIS軌跡回放功能實現運營車輛運營路線監督；CAN接口功能與發動機動力總線相連接，實現實時油耗測量。本系統的實現，為商用車運營公司監控運營車輛提供了一種有效手段，可實現運營車輛安全監督和運營管理的有機結合。
1 系統方案設計
    整個系統設計方案結合汽車行駛記錄儀、GPS模塊、CAN模塊等系統和功能，采用一個ARM7內核的MCU[1]實現。
    圖1為基于ARM帶GPS功能汽車行駛記錄儀系統的結構框圖。

    MCU采用NXP公司ARM系列的LPC2362芯片，它是以ARM7為內核且外圍資源豐富的產品，適用于要求高性能和低功耗結合的嵌入式應用中。其中USB HOST和隔離RTC功能很好地滿足了汽車行駛記錄儀的設計需求，增加GPS和CAN模塊不需要增加系統軟硬件資源，有很好的性價比。
2 系統硬件設計
    系統硬件設計在滿足記錄儀功能的基礎上增加了GPS、CAN功能，電源設計采用主輸入電源不隔離，采用EMI處理，其他與車輛關聯的輸入輸出接口采用光電隔離的方法，滿足汽車行駛記錄儀電磁兼容性和產品成本有較好的性價比，使產品既滿足國家標準的要求，又有很好的成本優勢。電源EMI處理和電源設計結構如圖2所示。

    信號采集和輸出模塊是基于ARM帶GPS功能汽車行駛記錄儀系統和車輛信息交互模塊，信息量包括車速、發動機速度、10路開關量信號、里程和報警。在信號采集設計時，以運算放大器為采集單元，用比較器工作原理和方法實現采集。這樣既保證了輸入阻抗高，不影響車輛上其他電子設備，又使比較器通過匹配不同電阻獲得不同的比較電壓，滿足不同車型不同信號的電平匹配，輸出采用光電耦合來實現。
    鍵盤采用4個按鍵，結合LCD顯示模塊，用中文菜單實現人機接口操作，LCD采用超低溫的12232點陣，滿足汽車復雜工況環境要求。
    ISP下載采用UART0實現，由于有硬件看門狗和低功耗功能，在ISP下載時，利用跳線屏蔽硬件看門狗和借用系統電源給UART0收發器供電，實現在線ISP功能。
    本系統設計一種硬件組合載體和軟件數據儲存方式，利用小容量鐵電數億次擦寫次數儲存擦寫頻率高的數據和作為數據緩存，利用大容量DATAFLASH作為數據的最終儲存體，這樣既滿足了系統需求，又降低了系統成本。系統儲存功能框圖如圖3所示。

    系統和管理軟件有大量數據交換，為了方便用戶設置和上載下位機數據，系統設計了接觸智能卡模塊與下位機進行數據交換。針對有大容量數據和小容量數據的特性，從性價比出發，智能卡模塊采用2種卡作為數據交換媒介，一種是128 B的24C01卡，采用IIC數據總線實現數據交換；另一種是4 MB的AT45DB041卡，采用SPI實現數據交換。既能實現系統數據交換功能，又能節約系統成本。智能卡設有電源管理模塊，結構框圖如圖4。

    系統采用TRIMBLE的GPS模塊實現GPS功能，TRIMBLE的GPS模塊有串口A和串口B 2路信息輸出通道。串口A直接和MCU模塊串口2相連接，實現MCU模塊定位信息的接收；串口B通過SPX3232一路電平轉換芯片轉換成標準的RS232電平輸出，為系統留一路定位信息輸出。GPS模塊設計了主動天線和天線檢測電路，實現天線短路、正常、開路的檢測，電源管理模塊控制GPS模塊的電源。GPS功能框圖如圖5所示。

    系統時鐘采用LPC2362獨立電源的RTC，采用車輛電源和備用電池供電，通過SP609實現電源自動切換。車輛電源正常時，采用車輛電源供電，否則，采用備用電池電源。電池電壓由LPC2362的A/D轉換后監控，并給出電池電壓過低報警提示。另外，SP609帶有硬件看門狗功能，通過74HC01或門實現硬件看門狗和低功耗共存。當MCU模塊控制腳輸出為低時，74HC01輸出由SP609的RESET控制，實現硬件看門狗；當MCU模塊控制腳輸出為高時，74HC01輸出為高，MCU的RESET為高，實現低功耗MCU不復位。圖6是時鐘和硬件看門狗功能框圖。

    CAN模塊功能由LPC2362帶的2路CAN實現，通過外加隔離收發器，實現CAN功能。其中，一路配置成低速CAN，連接車輛低速CAN總線；另一路配置成高速CAN，連接車輛高速CAN總線，通過CAN功能模塊系統既能獲得發動機信息，實現油耗監控，又能實現車輛上低速CAN總線和高速CAN總線的數據交換。
    目前，大部分記錄儀系統設計有大容量傳輸協議，多采用單片機+USB HOST驅動芯片的模式。但這種設計方案有以下不足：成本過高，帶有USB HOST功能的芯片往往價格高，而且外圍擴展所需硬件資源多，一般需要擴展RAM來滿足復雜的USB協議和大容量傳輸協議，成本相對高；數據傳輸速率比較慢，選擇單片機的主頻一般不會超過20MHz，而通過外部總線系統和USB HOST接口芯片通信，數據交換效率更低。另外，外部擴展RAM也占用系統總線資源，擴展USB HOST和其他附屬硬件時，所占PCB面積大、走線復雜，使系統穩定性降低，調試不方便。LPC2362自帶USB HOST功能，很好地解決這些不足，完全滿足USB 2.0協議，支持全速傳輸，帶有DMA傳輸模式和電源管理模式，并有獨立的8 KB SRAM，它還具有電源管理和過流檢測功能。結構框圖如圖7。

    汽車行駛記錄儀具有打印功能，本設計采用外接商用打印機，電源采用開關電源LM2596，其有3 A的電流輸出能力，接口采用UART0實現記錄儀數據打印。
3 系統軟件設計
    系統軟件采用模塊化設計，根據不同的功能模塊設計相應的軟件，這樣系統有很好的裁剪性。每個模塊軟件驅動分為底層驅動和接口應用，整個嵌入軟件采用前后臺系統實現[2]，軟件流程如圖8所示。

    根據國家相關法規標準，商用運營車輛需安裝汽車行駛記錄儀，以加強汽車運營安全管理，而車輛運營主體從自身利益出發往往需安裝GPS和CAN功能來實現運營線路的監控和實際油耗測量，以提高企業管理手段和效益。本系統從這兩方面出發，在不增加汽車行駛記錄儀軟硬件的基礎上實現上述功能，解決了運營公司面對的實際問題，降低了終端客戶使用成本，從而提高了客戶安裝汽車行駛記錄儀的積極性，保證了運營車輛運輸的安全性，提高了運營效率，降低了運營公司的運營成本。
參考文獻
[1] 周立功.ARM嵌入式系統應用技術筆記，北京：北京航空航天大學出版社，2008.
[2] 周立功.深入淺出ARM7-LPC2300.北京：北京航空航天大學出版社，2008
[3] 《汽車行駛記錄儀》起草工作組.GB/T 19056-2003汽車行駛記錄儀實施指南，2003.