无线传输在汽车行驶记录仪中的应用

摘要：提出并实现了无线传输在汽车行驶记录中的使用方法。将无线模块添加到汽车行驶记录仪中，并设计了无线传输协议，用于快速检测记录仪中的数据，如超时、超速等。试验测试结果表明，该方法能够移动，远程、快速、准确地获取信息，具有较好的性价比以及推广价值。
关键词：无线汽车行驶记录仪；无线检测仪；ARM处理器；无线模块

0 引言
    随着道路交通的快速发展，道路交通事故率也在不断地攀升，超时驾驶、超速驾驶成为交通事故的主要诱因。汽车行驶记录仪(以下简称：记录仪)是对车辆行驶速度、时间、里程、以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并通过接口实现数据传输的数字式电子记录装置。汽车行驶记录仪的使用，对遏制疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人的不良行为、保障车辆行驶安全以及道路交通事故分析鉴定具有重要作用。然而在现有汽车记录仪实际使用过程中，交警部门往往不能够即时地获取超时超速等信息，从而不能有效地制止超时超速驾驶。因此研究和开发无线汽车行驶记录仪与无线检测仪(以下简称：检测仪)，用来快速地获取超时超速记录仪中的超时超速信息。无线检测仪采用手持式终端设计方案，可以实现探测周边无线汽车行驶记录仪并和其通信，可实现无线检测仪移动读取汽车行驶记录仪中超时、超速信息。

1 无线数据传输
1．1 无线数据帧
    无线数据帧格式保留汽车行驶记录仪国家标准中规定的数据帧头，并且其基础之上添加了六种数据帧仅供无线数据传输单元使用的数据帧，其基本格式如图1所示。新添加数据帧分别是：数据采集，数据应答，超时数据请求，超时数据应答，超速数据请求，超速数据应答，分别用于探测记录仪与记录仪中详细信息的获取。

1．2 无线传输方案设计
    本文中无线传输基本原理如图2所示，采用多点对多点的数据传输模型，并且采用呼叫式数据传输。当检测仪i(i=1，2，3)发出数据采集信号时，记录仪j(j=1，2，3，4)如果成功接收到信号，则t(t在500 ms内做随机数)时间内返回一个数据应答帧给无线检测仪。检测仪便能够采集到周遭记录仪中的超时和超速信息标志。检测仪i如需要查看记录仪j中超时或超速的详细内容时，再次发送超时或超速数据请求报文，并且等待记录仪j的超时或超速数据应答帧，从中获取详细的超时或超速信息。

    在数据传输过程中，检测仪如果发送请求数据帧，没有收到任何应答数据，则会重发当前数据帧，直到最大次数N(N=3)。检测仪和记录仪检查收到的数据帧中对应的ID是否与本身的一致，如果不一致，则放弃对数据帧的处理。

2 系统硬件设计
2．1 记录仪无线接口电路设计
    在MVR-E型记录仪硬件基础之上，该产品以LPC2214型ARM7处理器为处理核心，实现了汽车记录仪的功能，在此基础之上，添加无线传输单元。无线模块采用SWRF-1101，该款无线模块自带无线碰撞检测机制，当无线模块在空中发生无线碰撞时，能够自动检测碰撞，并且延时重发。SWRF-1101为检测仪与记录仪之间的数据通信载体，无线编解码由无线模块自动完成。无线模块采用串口与记录仪交互，其连接图如图3所示。

2．2 检测仪硬件电路设计
    本系统以STM32F103VET6微处理器为控制核心，STM32系列微处理器属于16位MCU，而STM32F103VET6则具有精简指令集和低功耗、高速度的特点，其频率可达72 MHz。STM32F103VET6具有512 KB的FLASH和64 KB的RAM，可更好地实现通信协议解析。系统硬件框图如图4所示。

    系统人机交互单元由防水按键与2．8时彩色液晶显示屏构成。按键包括采集、确认、返回、上翻、下翻共同组成检测仪的输入控制单元。显示屏采用ADS7843芯片用硬SPI接口控制，ADS7843是TI公司生产的4线电阻触摸屏转换接口芯片，可实现触摸输入和彩屏显示，在本系统中仅仅使用了彩屏显示。
    检测仪将在采集数据时所记录的的车牌以及对应记录仪的超时超速信息记录下来。其中从记录仪中采集上来的数据需要存储到移动存储设备中，其他一些信息存储到断电保护存储设备中。因而检测仪选用铁电FM24V02芯片来存储断电保护数据，该芯片有256 Kb容量，可读取100万亿次，能够稳定可靠地存储数据。检测仪使用STM32F103VET6本身的SDIO来驱动SD卡，存储需要导出的移动数据。

3 系统软件设计
3．1 记录仪软件设计
    MVR-E型记录仪是以Keil3作为开发工具，并用C语言来实现记录仪功能。在此基础之上，添加无线传输方案的实现，其基本流程图如图5所示。

    记录仪在记录汽车当前行驶数据的过程中，同时监听无线模块所收到的数据，当成功收到数据帧以后，结合记录仪当前超时超速状态以及信息，返回给检测仪相应的数据帧。其需要应答的数据帧包括：数据采集，超时数据请求，超速数据请求。应答数据采集报文时，只需应答超时超速标志，而应答超时数据和超速数据请求时，则需要将具体违章数据发送给检测仪。
3．2 检测仪软件设计
    检测仪软件系统框图如图6所示，分为驱动层和应用层，驱动层主要是实现各个硬件单元的驱动，应用层实现整个系统的功能应用，其开发环境为Keil4，以C语言为编程语言。

    检测仪软件应用流程图如图7所示。软件流程主要是围绕按键检测来实现，检测到不同的按键根据现有目录情况来执行不同的功能。系统在任意界面下都可能按下采集键来实现采集功能。
    检测仪软件实现能够最多同时采集10辆车的应答信息，并且将收到的车辆的车牌号显示在屏幕上，并且将超时、超速等标志通过彩色信息直观地显示出来。再次按下确认键之后，便再次收集数据的详细信息。并且会直观地显示在显示屏上，并且能够将当前显示的内容存储到SD卡中以便查阅。

4 实验结果
    无线汽车行驶记录仪和无线检测仪在金龙客车上实测使用，得到很好的使用效果。使用结果如图8所示。图中为两台无线汽车行驶记录仪读取到的数据，其中一台记录仪连续行驶2．1 h之后，与另外一台没有任何超时信息的记录仪同时测试得到的结果图。超时超速会用红色表示，无违章信息则用绿色表示，左下和右下的图分别是两辆车的详细信息的采集。

    在规定的超时驾驶时间(为测试方便改为2 h)内，能够准确地记录驾驶期间的超速数据，并且能够通过检测仪软件无线读取到，经测试无线读取距离可达100 m。在连续驾驶时间满2 h时，检测仪可以读取到超时信息，并且将起始与结束时间显示在屏幕上。

5 结论
    本文提出了一种思路新颖的记录仪数据传输设计方案，市场上的汽车行驶记录仪，不能够实现现场快速上传违章信息，而无线检测仪与无线汽车行驶记录仪相结合，解决了现有车载行驶记录仪中数据上载滞后问题，对预防交通安全事故以及及时遏制交通违章有很大帮助。实验结果表明，该产品有移动采集，快速获取记录仪信息，采集有效距离长等特点，具有一定的实用价值和推广价值。