太陽能行車記錄儀的設(shè)計(jì)

趙 彥，王増彩

（大連理工大學(xué) 城市學(xué)院 工程實(shí)踐中心，遼寧 大連 116600）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，汽車銷售量日益增加，這不僅給道路交通帶來了巨大的壓力，出行汽車的劇增也使得交通事故頻頻發(fā)生，造成人身和財(cái)產(chǎn)的損失。在這樣的交通環(huán)境下，行車記錄儀普遍被車主所使用，市場需求越來越大。本文主要針對目前市場中普遍使用的行車記錄儀的不足，提出改進(jìn)方案，從而提高行車記錄儀的工作效率。

1 汽車行車記錄儀系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 行車記錄儀的功能

汽車行車記錄儀類似于飛機(jī)上的“黑匣子”，其工作原理就是通過各種傳感器來檢測車內(nèi)聲音、汽車的加速度、轉(zhuǎn)向和剎車等信息數(shù)據(jù)，通過高清攝像頭來拍攝汽車周圍的環(huán)境景象和路面情況，并自動保存這些數(shù)據(jù)，通過接口可實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的輸出，以備調(diào)查交通事故責(zé)任時(shí)所用。

1.2 行車記錄儀整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的行車記錄儀主要由主控單元、供電電源、顯示器、車速傳感器、重力傳感器、數(shù)據(jù)通訊接口、數(shù)據(jù)分析軟件和攝像頭圖像采集系統(tǒng)組成，如圖1所示［1］。

圖1 行車記錄儀的整體結(jié)構(gòu)圖

攝像頭采集的圖像和傳感器采集的信號等信息經(jīng)過處理和轉(zhuǎn)換后都要輸送給主控單元，主控單元將信息進(jìn)行存儲，通過數(shù)據(jù)分析軟件對信息進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果交由主控單元進(jìn)行處理，同時(shí)將這些圖像和數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上。液晶顯示器具有掉電保護(hù)功能，突然掉電時(shí)會自動保存原有的信息，電源恢復(fù)正常后，仍會顯示原來的信息。采集到的信息還可通過數(shù)據(jù)通訊接口進(jìn)行傳輸和存儲。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控單元模塊

主控單元采用MCS－51系列單片機(jī)，是系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化設(shè)置、數(shù)據(jù)信息的接收、存儲和處理。單片機(jī)是超大規(guī)模集成電路技術(shù)下的產(chǎn)物，把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、隨機(jī)存儲器RAM、I/O接口、計(jì)時(shí)器、定時(shí)器（有的還包括D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制電路、顯示驅(qū)動電路等）等集成到一片很小的硅片上，這樣就構(gòu)成了一個(gè)功能完善的小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，成為設(shè)計(jì)者們首選的控制器。

2.2 供電電源模塊

目前市場上的行車記錄儀多采用鋰電池供電，但是鋰電池對環(huán)境要求較高，高溫環(huán)境下易變形導(dǎo)致無法供電，甚至發(fā)生自燃的情況，為防止電池被過充或過放電，需要增加保護(hù)電路，這使得供電電源模塊過于復(fù)雜。車載電源可確保電池的安全，但車載電源都是在汽車啟動時(shí)才能工作，而熄火之后停止工作。針對這一不足，本文提出采用太陽能電池與車載電源相結(jié)合，雙電源切換的供電模式。切換的模式有自動切換和手動切換兩種，系統(tǒng)初始化默認(rèn)選擇為自動切換模式。

自動切換模式是指當(dāng)汽車處于啟動狀態(tài)時(shí)，行車記錄儀采用車載電源供電；當(dāng)汽車處于熄火狀態(tài)時(shí)，行車記錄儀的供電電源自動切換到太陽能電池供電。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車周圍環(huán)境狀況的一天24h不間斷實(shí)時(shí)拍攝和記錄，若有交通事故出現(xiàn)，就能很清楚地劃分責(zé)任。

手動切換模式是指可以手動選擇車載供電或是太陽能電池供電。當(dāng)需要長途開車時(shí)，若采用車載供電耗電量大，則可手動切換到太陽能供電模式。

太陽能電池具有節(jié)能環(huán)保、充放電循環(huán)次數(shù)高、供電時(shí)間長、壽命長的特點(diǎn)。現(xiàn)有的行車記錄儀都是單電源供電模塊，而本文設(shè)計(jì)的車載電源和太陽能電源結(jié)合的雙電源供電模式既優(yōu)化了供電方式，達(dá)到了安全節(jié)能的目的，同時(shí)又保證了汽車周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)完整記錄。

2.3 太陽能光伏供電系統(tǒng)

太陽能光伏供電系統(tǒng)由太陽能電池組件、DC/DC轉(zhuǎn)換器、光伏充放電控制器、蓄電池組、逆變器等幾部分組成，如圖2所示。

圖2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

太陽能光伏供電系統(tǒng)的基本工作原理是：根據(jù)系統(tǒng)的能量需求，把太陽能電池單元串聯(lián)和并聯(lián)起來構(gòu)成電池組件，在太陽光的照射下產(chǎn)生電能，太陽光照越強(qiáng)產(chǎn)生的電能越多，然后經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電，一方面供給直流負(fù)載，另一方面在太陽光照較強(qiáng)電能充足的情況下，在控制器的控制作用下給蓄電池組充電，蓄電池組對電池組件產(chǎn)生的多余電能進(jìn)行存儲，當(dāng)出現(xiàn)光照不足或沒有光照的情況，控制器控制蓄電池組將存儲的電能釋放，保證直流負(fù)載的供電。若負(fù)載的形式是多樣的，即含有交流負(fù)載，則需要先將直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，然后再供給交流負(fù)載。

2.4 補(bǔ)光模塊

影響行車記錄儀拍攝圖像清晰度的主要因素為光照，尤其是在黑夜，即便是高清攝像頭，沒有光照也很難拍出清晰的畫面，所以本文對行車記錄儀的補(bǔ)光模塊進(jìn)行了改善。

目前市場上采用的補(bǔ)光燈多為LED燈，其優(yōu)點(diǎn)是能耗低、體積小，但是其顯色性能差、耐熱性差、補(bǔ)光效果一般、價(jià)格還偏高，為增長其使用壽命還必須使用專業(yè)驅(qū)動，很不方便。相比紅外線補(bǔ)光同樣具有體積小、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，并且在人眼不能可視光源的情況下仍然能夠比較清晰地捕捉拍攝，隱藏性好，拍攝效果佳，所以是目前行車記錄儀補(bǔ)光模塊的最佳選擇。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文基于模塊化設(shè)計(jì)思路進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)正常啟動后首先進(jìn)行初始化，初始化結(jié)束進(jìn)入正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)軟件部分主要包括主程序模塊、初始化模塊、電源供電模塊和檢測模塊等功能模塊。

3.1 主程序模塊設(shè)計(jì)

行車記錄儀存儲采集數(shù)據(jù)時(shí)，若出現(xiàn)電量不足的情況，傳感器和攝像頭將停止工作，單片機(jī)必須要對當(dāng)前記錄的文件進(jìn)行關(guān)閉處理，也就是說將采集數(shù)據(jù)記錄總數(shù)和文件實(shí)際長度都寫入文件相關(guān)頭中。如果對記錄文件沒有進(jìn)行正常的關(guān)閉處理或者操作失誤出現(xiàn)不正確關(guān)閉記錄文件的情況，就不能找到記錄文件的末尾，也就是文件末尾數(shù)據(jù)丟失，將導(dǎo)致無法打開記錄文件。所以，當(dāng)電源模塊電量不足時(shí)，即低于某一值X時(shí)，電源切換到只給單片機(jī)供電，供單片機(jī)完成關(guān)閉文件處理，同時(shí)啟用蜂鳴器和發(fā)光二極管來提醒用戶電源供電不正常［2］。主程序流程圖如圖3所示。

3.2 電源供電模塊

圖4為電源供電模塊程序流程圖，主要用來選擇供電方式。

圖3 主程序流程圖

圖4 電源供電模塊程序流程圖

3.3 檢測模塊

通過速度傳感器來檢測車速，當(dāng)車速異常快時(shí)，發(fā)出警報(bào)信號，同時(shí)詳細(xì)記錄車速變化前后的現(xiàn)場完整數(shù)據(jù)信息。

本設(shè)計(jì)還增加了重力傳感器，用來實(shí)時(shí)檢測車身沖擊力。當(dāng)外界的沖擊力大于所設(shè)置值，該沖擊力發(fā)生前后的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息將被記錄下來，可為交通事故提供證據(jù)。

4 結(jié)束語

行車記錄儀的使用在一定程度上給司機(jī)們提供了安全保障，當(dāng)遇到交通事故時(shí)，其記錄的圖像數(shù)據(jù)更能為執(zhí)法者提供合理的證據(jù)，從而減少經(jīng)濟(jì)糾紛，避免他人惡意碰瓷，扼殺了社會中的不良風(fēng)氣。然而，我國行車記錄儀起步較晚，隨著汽車電子的不斷發(fā)展，行車記錄儀也向著自動化、智能化的方向發(fā)展。

［1］白雅偉.基于ARM的新型行車記錄儀的研究與設(shè)計(jì)［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2013：13－20.

［2］李俐，謝顯中.基于CAN總線的行車記錄儀設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009，30（22）：5120－5123.