基于STM32 的特種車輛行駛記錄系統設計與實現

蔡亮明

(福州大學至誠學院，福州 350002)

2009年7月全國道路交通安全部際聯席會議《關于進一步加強道路交通安全工作的意見》明確提出“加大對行駛車輛的動態安全監管，2009年完成在大型營運客車、危險化學品運輸車、校車等特種車輛上強制安裝使用汽車行駛記錄儀，與此同時還要建立動態監控信息平臺，實現不同部門間數據共享，加強動態安全的監管”［1］。如今國內外使用的汽車行駛記錄儀［2］都具有行駛記錄儀數據保存功能。在今后的發展中，它一定會與車輛的GPS 定位系統、GIS 地理信息系統、GSM 數字移動通信等其他電子系統相結合，向著大容量、管理專業化、系統化、數據無線傳輸和數據集成處理的方向發展［3］。雖然目前行車記錄儀品牌眾多，但大部分為單機版系統。而本系統開發的當班司機認證和動態匯報車內外情況都能很好滿足特種車輛的管理。

1 技術背景介紹

汽車行駛記錄儀是一種能夠記錄和再現汽車行駛狀態的數字式電子記錄裝置［4］。實現類似于飛機“黑匣子”的設備，它可以全程保存車輛行駛的數據，并通過解析所記錄的行駛信息數據，能夠準確地掌控車輛行駛的各種狀況。

Cortex-M3 處理器［5］使用的是ARMv7 構架。性能是ARM7 的兩倍，功耗反而只有ARM7 的1/3，是典型的低功耗產品。Cortex-M3 的中斷延遲極低，通常只需要12 個時鐘周期就夠了，Cortex-M3 還提供了一個可選的存儲器保護單元(MPU)。所有這些，都使得Cortex-M3 更適用于汽車行駛記錄儀的開發。

GPS 模塊采用的是ALIENTEK 自主研發的一款性價比較高的ATK-NEO-6M GPS［6］模塊，模塊核心用的是UBLOX公司的NEO-6M 模組，多達50 個通道，可以達到-161dBm 的追蹤靈敏度，測量輸出頻率最高可以達到5Hz，ATK-NEO-6M GPS 模塊支持多種通信波特率，可以保存在模塊自帶的EEPROM 里面［7］。模塊通過串口與外部系統連接，非常方便與ALIENTEK MiniSTM32 開發板相連。

非接觸式IC 卡又名射頻卡。非接觸式IC 卡由芯片、感應天線組成，在一個標準的PVC 卡片內封裝好，芯片和天線沒有任何部分外露［8］。當IC 卡靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數據的讀寫操作。

Longsung U8300W［9］在提供這種高速的數據接入的同時，還可提供例如短信、通訊簿等功能。還可廣泛應用于到諸如移動寬帶的接入、視頻的監控［10］、手持的終端、車載的設備等眾多的產品。U8300W 模塊是雙面布局的PCBA，雙面均有屏蔽罩屏蔽和防護。

2 特種車輛行駛記錄系統設計

系統設計框架如圖1 所示。司機身份識別功能設計是系統設計的重要組成部分，司機身份識別功能是實現司機身份識別卡在讀卡器上的讀取，讀卡器再將讀卡結果發送給車載終端，車載終端完成卡號的接收與顯示。基于STM32 行駛記錄儀司機身份識別功能框圖設計如圖2 所示。車內外情況記錄模塊設計采用成熟的H.264 編解碼技術，通用的攝像頭模塊實現和車載終端的連接。圖像記錄模塊框架如圖3所示。

4G 通訊模塊設計:車載設備通過4G 模塊向管理中心服務器發起UDP 連接。由于車載設備每次發起連接請求，都由4G 網絡動態分配IP 地址。所以在中心服務器上看，車載設備每次連接的IP 地址及端口號都是不同的。車載設備和管理中心通訊如圖4 所示。GPS 定位模塊數據的采集與保存設計是通過GPS 模塊采集數據并將定位信息保存在SD卡上。流程設計如圖5 所示:

圖1 系統設計框架圖

圖2 司機身份識別功能框圖

圖3 車內外圖像模塊框圖

圖4 4G 模塊通訊框圖

圖5 GPS 模塊數據采集保存框圖

3 特種車輛行駛記錄系統實現

司機身份識別功能實現: 初始化LCD，調用LCD_Show-String 函數將串口接收的司機身份識別卡卡號和已簽到信息在LCD 屏上顯示，實現了司機身份識別卡靠近移動通信讀卡設備時，讀取卡號。

車內外情況記錄模塊功能實現: 整個采集模塊參考V4L2 視頻采集框架編程，從一系列的參數設置開始，直到視頻采集進入循環，采集后的數據轉入編碼壓縮和視頻傳輸模塊，如圖6 所示。4G 通訊模塊和管理中心功能實現。當車載終端向管理中心注冊和登陸成功后。如果點擊視頻通道的按鈕，設備終端則將會發送當前的視頻數據給中心平臺，如果點擊關閉，則會中斷連接。通訊模塊實現流程如圖7 所示。GPS 數據采集并保存功能實現通過接收緩沖區GPS 數據即行駛記錄儀數據寫入SD 卡LCD 顯示情況，每次寫入512 字節數據。

圖6 視頻采集記錄傳送模塊流程

圖7 通訊模塊流程

4 結束語

通過對特種車輛如運鈔車、校車、“兩危”車的調研，以及多次和客戶溝通。同時為了滿足車聯網落地項目實施。比對當今流行的汽車行駛記錄儀，補充車內監控，當班司機身份認證，定位信息和圖像信息遠傳等功能后。實現特種車輛行駛記錄系統基本滿足了客戶一期對特種車輛管理的要求。后續將按客戶需求再開發一些增值功能。

［1］GB/T19056—2012，汽車行駛記錄儀［S］.

［2］孫正席，裴東興，張瑜.基于Cortex-M3 的汽車行駛記錄儀設計［J］.計算機測量與控制，2012，20(4):15-19.

［3］陳挺.基于ARM Cortex-M3 的車輛行駛記錄儀研究設計［D］.廈門:廈門大學，2013.

［4］吳堅.一種新型的汽車行駛記錄儀的研究與設計［D］:杭州:浙江工業大學，2011.

［5］舒展.嵌入式系統綜述［J］. 現代計算機:專業版，2011(5):44-46.

［6］趙燕，李煒.基于STC 單片機的GPS 定位顯示系統設計［J］.南京工業職業技術學院學報，2014(4):25-28.

［7］u-blox.NEO-6 u-blox 6 GPS Modules Hardware Integration Manual［R］.u-blox:u-blox，2000.

［8］張柯，張琦.非接觸式IC 卡技術原理與應用［J］.辦公自動化，2011(201):31.

［9］潘慧，潘艷. TD-LTE 關鍵技術分析［J］. 中國新通信，2014(16):17-22.

［10］楊磊.車輛視頻監控系統的構建及設計要點［J］.通信技術，2014(4):35-39.