作者：李懷俊;劉越琪;朱玉強;張飛

1 終端功能

本監控終端除了具有傳統的記錄儀所擁有的事故分析功能外，還能在汽車駕駛員超速行駛時發出超速報警聲，以提醒駕駛員減速行駛，并詳細記錄車輛每次的開車時間、行駛里程、行駛時間、最高車速，以及每次最高車速的持續時間，方便交通管理部門根據所記錄的有關數據對車輛進行有效的管理；同時，該設備可實現多種信息處理，顯示汽車狀況，進行自我診斷，對車速、發動機轉速、水溫、油壓、剎車氣壓、輪胎壓力和蓄電池電壓等一系列參數進行有效監控；通過控制發光二極管、液晶顯示、蜂鳴器等報警手段，為司乘人員提供直接的汽車狀況信息并發出各種超限情況的報警等，可有效防范和化解車輛事故的發生。另外，終端具有GPRS和GPS模塊，可將各種監測數據實時傳至公司管理中心，方便了公司車輛的統一調度和行車監測，利于提高公司管理水平。

2 終端功能模塊設計

選用帶有ARM7TDMI-S內核的LPC2292微控制器，可實現對車速、轉速信號、開關量信號以及水溫、剎車氣壓、輪胎壓力等模擬量信號的采集、處理以及數據的實時存儲和顯示，通過串口、USB接口可以實現與PC機之間的數據通信，通過 CAN和LIN總線接口可實現與汽車上的CAN或LIN節點間的數據通信。該系統的外圍接口模塊有電源模塊、車速等脈沖信號采集模塊、水溫等模擬信號采集模塊、鍵盤接口模塊、存儲器模塊、GPS定位模塊、GPRS通信模塊、LCD顯示模塊、胎壓監測以及通信接口模塊，系統的組成框圖如圖1所示。限于篇幅，本文僅就若干特色功能模塊設計作詳細分析。

2．1 車速、轉速信號采集電路設計

現有運輸車輛一般都裝有霍爾式集成傳感器，車速轉換成的電壓信號直接送至車速表，信號采集比較方便，具體處理方法是直接從車速表的接線端子取得車速信號。具體接線方式根據車速表信號輸出電路來確定。信號出車速表端子后送至光耦4N35高速隔離開關，再送至集成運放LM358D前置差分電路，進一步去除干擾并有效放大，由LM358D輸出端（7腳）送至9013進行次級放大，至此車速信號已是占空比為50％的方波信號，并已剔除雜波，可直接送至微控制器定時捕獲端口進行計數，具體電路如圖2所示。經反復實驗優化，本電路抗干擾能力很強，實車測試時無論低速狀態或超過110 km／h車速時，均可穩定準確地檢測到速度信號。同理，發動機轉速信號亦可采取類似方法進行處理（在此不再贅述）。

2．3 CAN總線接口功能設計

CAN正常工作需要具備CAN控制器以及CAN總線驅動器。前者實現網絡層次結構中數據鏈路層和物理層的功能，后者則提供CAN控制器與物理總線之間的接口以及對CAN總線的差動發送和接收功能。LPC2292微控制器包含兩個CAN控制器，單個總線上的數據傳輸速率高達1 Mbps，具有32位寄存器和RAM訪問功能，帶有全局濾波器和驗收濾波器。本系統采用CTM8251D雙路帶隔離CAN收發器，至少可連接110個節點，通過擴展CAN總線接口，使得串行通信方式的選擇更加多樣化。當車內儀表也具有CAN總線接口的時候，它們可以直接利用此接口與記錄儀通信。CAN總線接口電路如圖4所示。

CAN通信與一般的串口通信類似，在數據通信前先要對CAN總線進行初始化操作，包括CAN控制器的選擇、數據寄存器的設置、通信波特率的設置等。初始化完成后，需要設置雙方的通信協議，建立彼此的連接。只有在同一協議下工作的雙方才能正確進行數據的交換。本系統設置的CAN通信協議為：無過濾條件、 bypass模式、波特率可以預先設置。

本系統提供的CAN-BUS通信函數接口如下：

①初始化CAN：int CAN_Init（int cannum，uint32volatile baudset）。

函數入口參數：cannum為CAN控制器的選擇標志符，為1選擇CAN0控制器，為2選擇CAN1控制器；baudset為波特率，可以預先設置。

函數出口參數：初始化成功返回0，失敗則返回1。

函數功能：對CAN控制器進行初始化。

②CAN總線發送數據：int CAN_SendData（int can-num，uint32 volatile frameinfo，uint32 volatile senddatal，uint32 volatile senddata2，uint32 volatile canmode）。

函數入口參數：cannum同上；frameinfo為幀信息，用于設置幀信息寄存器；senddata1和senddata2分別為要發送的數據，用于設置數據寄存器A和B；canmode用于設置CAN工作模式。

函數出口參數：數據發送成功返回0，失敗則返回1。

函數功能：CAN總線進行數據發送。

③CAN總線接收數據：int CAN_RcvData（int can-num。uint32 volatile *pdatal，uint32 volatile *pdata2）。函數入口參數：cannum同上；pdata1和pdata2為接收數據指針。

函數功能：CAN總線接收數據，并從數據寄存器CANRDA和CANRDB中將數據讀進對應的指針中。

2．4 LIN總線接口電路設計

LIN是低成本網絡中的汽車通信協議標準，可以提高通信質量、降低成本，將是在汽車中使用汽車分級網絡的重要因素。LIN總線是一種簡單的單總線系統，其軟件協議棧比較簡單。一個LIN網絡由一個主機節點和一個以上的從機節點組成，所有的節點都包括有從機服務程序，用來發送和接收數據，僅有一個節點包含有主機服務程序。主機程序主要用于發送同步間隔、同步場和ID場（或命令），以控制和協調各個節點的有序通信。

LPC2292微控制器集成有實現LIN總線節點的必要硬件，包括UART、捕獲輸入和足夠的定時器，特別是其捕獲輸入功能，為LIN的幀頭識別、幀同步 &波特率測量提供了極大的便利。LIN總線接口電路如圖5所示，主要由LIN物理層接口芯片TJA1020構成，與LPC2292串口2相連，其主要完成MCU通信信號與LIN物理總線信號之間的相互轉換，為MCU提供一個與LIN物理總線的接口。

2．5 紅外通用接口模塊

出于用戶統一采集數據需求考慮，本系統設計了通用的紅外接口。它能夠支持紅外遙控和數據通信，支持IrDA協議，能夠方便地與各種符合協議標準的設備進行通信。該模塊由HSDL7001編解碼芯片和HSDL3600紅外收發芯片組成。 HSDL7001與MCU串口相連，原理框圖如圖6所示。

HSDL7001可驅動IrDA兼容的收發器，最高傳輸速率達11 502 kbps，其內部有1個SIR編碼器和1個SIR解碼器，支持內部（外接3．* MHz晶振）和外部16XCLK輸入兩種模式。當使用內部時鐘時，波特率可通過A0、A1和A2進行調整。

3 終端軟件設計

嵌入式μClinux具有結構小巧、實時性強、穩定性高、可定制性強的特點。在網絡通信方面，嵌入式操作系統支持TCP／IP及其他協議并提供通信協議動態掛接技術，以及操作系統內部的進程通信應用接口技術。本設計采用穩定的2．4版本的內核，并對它進行合理的裁減和加載，作為操作平臺。μClinux己對本系統采用的主控器有了很好的支持，但在編譯本系統的內核前，需要修改 uclinux／linux-2．4．x／arch／armnommu／config．in文件中關于外部存儲空間的定義，以滿足本系統關于外部 Flash、CH375B和LCD液晶屏等器件的存儲空間的劃分。

3．1 進程管理

μClinux的進程調度沿用了Linux的傳統，系統每隔一定時間掛起進程，同時系統產生快速和周期性的時鐘計時中斷，并通過調度函數（定時器處理函數）決定進程何時擁有相應的時間片，然后進行相關進程切換，這通過父進程調用：fork函數生成子進程來實現。

本系統中，為每個任務建立數據處理子進程，包括：車速、轉速等信號采集處理任務、串口定時通信任務、USB數據傳輸任務、GPRS數據傳輸任務、LCD數據顯示更新任務等。子進程采用由μClinux內核中的cron組件觸發任務機制。系統中的crontab文件記錄了終端的定時數據處理任務信息（可由系統前臺設定任務執行周期），時間一到即可被cron觸發其相應的子進程。由于采用多進程處理，終端可方便地實現多種信號的實時采集以及數據的及時處理、存儲和上送。

3．2 設備驅動程序編寫

設備驅動程序是內核與硬件之間的唯一接口，也是內核代碼的一部分。當硬件設備要與內核進行交互時，就會產生一個中斷信號，通過驅動程序預定義的入口點進入內核，入口點將此信號保存在棧中并保存被中斷任務的寄存器的值。內核提取保存在棧中的中斷信號，再由內核調用相應的中斷處理程序。應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。

本系統用到LPC22292的4路A／D采樣接口對水溫、剎車氣壓以及發動機電壓狀態等參數進行采集。下面以A／D采樣驅動程序為例進行分析：

①應用程序只有通過對設備文件的open、close、read／write、ioctl等進行操作才能訪問硬件設備，Linux的擴展文件操作結構 file_operations實現了標準的文件操作到硬件設備操作的映射，每個設備驅動程序都要實現這個接口所定義的部分或全部函數。A／D驅動程序的擴展文件操作結構如下：

②在設備驅動程序中使用中斷，是提高系統數據處理速率的有效手段。有兩項工作要做：

第一，在初始化函數中的register_chrdev（）調用之后，使用request_irq（）函數安裝中斷處理程序。request_irq（）函數聲明如下：

其中的參數irq是驅動程序使用的設備中斷號；handler是中斷服務函數指針；flags是一個與中斷管理有關的各種選項的字節掩碼；device在／proc／interrupts中用于顯示中斷的擁有者；dev_id這個指針用于共享的中斷信號線，返回0成功，非0失敗。

A／D驅動程序安裝如下一個中斷處理程序：

結 語

基于ARM核的LPC2292為控制核心的嵌入式車輛行駛監控終端，在現有行車記錄儀基礎上增加了若干新功能。它具有以下特點：

①以μClinux系統為數據處理平臺，通過多任務進程調度機制大大提高了系統處理海量數據的能力，實時性得到很大提高，對于車速、發動機轉速、剎車氣壓等監測頻率要求高的參數可以精確監測，增強了車輛行駛安全性。

②先進的通信功能。CAN、LIN總線接口使得終端可以與具備通用總線接口的車輛融為一體，作為車輛的內置診斷裝置，可全方位獲取車輛參數。USB接口使得監控數據可以方便地保存至系統后臺，利于數據分析。

③完善的數據上傳與車輛定位跟蹤功能。管理者不僅可以實時了解車輛的位置現狀，而且可以實時監控車輛的運行狀態，通過司機與管理者的雙重監控，可以有效保證車輛的安全運行，這對于從事高危運輸行業的車輛具有重要意義。

總之，將高性能的ARM微控制器與嵌入式操作系統運用于車輛行駛監控終端中，既能大大提高車輛數據采集與分析的效率和準確性，又可實現對車輛多種性能參數的實時監控，是今后車輛遠程實時監控技術的發展趨勢。

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