汽车安全驾驶记录仪设计

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

大连民族学院本科毕业设计（论文）

汽车安全驾驶记录仪设计

学院（系）：机电信息工程学院

专 业： 自 动 化

学生姓名： 龙 祥

学 号： 2008023316

指导教师： 郭 金 来

评阅教师： 孙 进 生

完成日期： 2012年6月8号

大连民族学院

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

摘要

根据飞机“黑匣子”的原理而研究的监控记录汽车实时运行状况的系统，俗称“汽车黑匣子”。汽车黑匣子，又称汽车安全驾驶记录仪,是可以实时采集并记录汽车行驶状态的电子仪器,它对保证行车安全和发生道路交通事故后的责任分析等有着重要的作用。

国内外对于汽车行驶记录仪的研究开发已经有不下十余年的历史。20世纪90年代后随着科学技术的发展和汽车市场的逐渐普及，很多研究所和厂家开始了汽车行驶记录仪的研究和开发，曾经有五花八门的产被推向市场。为了加强对汽车行驶记录仪的规范，国家于2003年4月15日颁布了《汽车行驶记录仪》GB/T19056-2003标准，2003年9月1日起实施。应该说，实用性规范化的“汽车行驶记录仪”产品的研究由此拉开序幕。

本系统以AT89C51超低功耗单片机作为主控器件、以AT24C02存储器作为实时存储器,能够对汽车行驶时的超速超时告警、轮速信号等信息进行采集、处理、记录。本次毕业设计着重于对车速数据进行采集、处理、存储和报警的仿真，而且在仿真中已经实现了这些环节的功能。汽车黑匣子是一个十分庞大的系统，谨以其中一部分功能作为研究汽车黑匣子的典型。

关键词：汽车黑匣子;AT89C51;AT24C02

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

Abstract

According to the aircraft "black box" principle and the study of real-time monitor the operation of motor vehicle records of the system, commonly known as "car black box”. Automobile black box, also known as Vehicle Traveling Data Recorder,which can be collected and recorded in real-time vehicle status with electronic devices, it is to ensure traffic safety and road traffic accidents occurred in the responsibility of the post-analysis plays an important role.

The study of the vehicle traveling data recorder is existed very early in inland and outland, 90 years of 20 centuries along with the fast development of technology and science and car market, a lot of graduate schools and company start to research and exploit the vehicle traveling data recorder, and many related production appear in the market. For enhancing the criterion of the vehicle traveling data recorder, Nation issued the standard of vehicle traveling data recorder GB/T 19056-2003 on April 15, 2003, and practice on September 1，2003.

This system uses AT89C51 ultra-low power single-chip microcomputer as the master device, AT24C02 ferroelectric memory as a real-time memory. It is able to record ,collect , process the information of car lights, braking.The graduation project focused on the speed of data acquisition, processing, storage and alarm simulation, and simulation functions of these links. Car black box is a very large system, and would like to take part function as a typical car black box.

Keywords:Automobile black box; AT89C51; AT24C02

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目 录

摘要 ............................................................................................................................................................ I

1.1国内外汽车驾驶记录仪的应用概况 ....................................................................................... IV

1.2汽车安全驾驶记录仪的一般功能 ............................................................................................ V

1.3课题的研究内容及解决方案 .................................................................................................... V

1.3.1课题的研究内容和目的 ................................................................................................ V

1.3.2课题的解决方案 ........................................................................................................... VI 2系统芯片介绍 ..................................................................................................................................... VII

2.1 AT24C02存储芯片介绍. ......................................................................................................... VII

2.1.1概述 ............................................................................................................................... VII

2.1.2特性 ............................................................................................................................... VII

2.2 GPS模块 ................................................................................................................................... IX

2.2.1GPS模块的概况 ............................................................................................................. IX

2.2.2 GPS定位的基本方法 .................................................................................................... IX

2.2.3 GPS接收机与提取定位数据 ........................................................................................ IX

2.2.5GPS接收模块TG35-D410的介绍 .................................................................................. X

2.3AT89C51单片机 ......................................................................................................................... X

2.3.1AT89C51单片机概述 ...................................................................................................... X

2.3.2AT89C51单片机内部结构及芯片图 ............................................................................. XI

2.3.3时钟电路......................................................................................................................... XI 23 IC总线协议 ..................................................................................................................................... XIII

3.1I2C总线的工作原理 ............................................................................................................... XIII

3.2I2C总线操作 ........................................................................................................................... XIII

3.3I2C总线数据传送 ................................................................................................................... XIV 4汽车安全驾驶记录仪系统设计 ....................................................................................................... XVII

4.1硬件设计 ............................................................................................................................... XVII

4.1.1总体结构框图 ............................................................................................................. XVII

4.1.2数据采集模块 ............................................................................................................. XVII

4.1.3数据存储单元 .............................................................................................................. XIX

4.1.4显示模块....................................................................................................................... XX

4.1.5报警模块...................................................................................................................... XXI

4.1.6频率测量模块 ............................................................................................................. XXII

4.1.7时钟模块..................................................................................................................... XXII

4.2软件设计 ............................................................................................................................. XXIII

4.2.1程序流程图 ............................................................................................................... XXIII

4.2.2报警流程图 ............................................................................................................... XXIII

4.2.3信息显示流程 ........................................................................................................... XXIV

4.2.4数据存储流程图 ....................................................................................................... XXIV

4.2.5 数据采集流程图 ........................................................................................................XXV 结论 ................................................................................................................................................... XXVI 参考文献 .......................................................................................................................................... XXVII 附录A 系统总接线图 .................................................................................................................... XXVIII 附录B 记录仪总程序 ...................................................................................................................... XXIX 致谢 .................................................................................................................................................. XXXV

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

1汽车安全驾驶记录仪的应用概况和发展

1.1国内外汽车驾驶记录仪的应用概况

汽车行驶记录仪制造和应用的发源地在欧洲。早在20世纪20年代，行驶记录仪便伴随着汽车里程表而诞生，当时是和汽车速度、里程表结合在一起的。随着汽车工业的快速发展，记录仪开始在汽车运营中得到自发性的广泛应用。1934年，德国发明了世界上第一台纸盘式行驶记录仪，至今已有70年的历史。为了保障道路交通安全运输，1953年，德国政府开始对载重超过7吨的货车和客车强制推行纸盘式行驶记录仪。自1970年起，当时的欧共体开始推广德国的经验，在德国、法国、意大利、比利时、卢森堡6个成员国强制推行行驶记录仪。1992年欧盟成立，原欧共体有关记录仪应用的各项法规继续有效。目前，欧盟已制定颁布了分别规范驾驶员驾驶时间、纸盘式记录仪技术性能、数字式记录仪技术性能、监督企业和实施路面执法的5个主要法规，15个成员国500多万辆商用车安装了纸盘式行驶记录仪，是世界上使用纸盘式行驶记录仪最多的地区。2003年，欧盟颁布新的规定：自2004年8月起，在欧盟注册的毛重超过3.5吨以上的商用车强制安装使用IC卡技术、有打印功能的数字式行驶记录仪。而在美国、巴西等国，商用车若没安装行驶记录仪则不可以使用公共道路。

欧美国家使用行驶记录仪后，交通事故显著下降。从1970年欧共体开始全面强制使用记录仪以来，德国客运、货运车辆道路交通事故发生率一直呈下降趋势。如德国1970年货车平均每50万公里发生一起事故，到2000年下降为每行驶160 万公里发生一起事故，事故发生率降低了220%；客车从1970 年的每40万公里发生一起事故，到2000年下降为每100万公里发生一起事故，事故发生率降低了150%.

自上世纪80年代后期，我国开始在少数地区试用国内一些科研机构及企业自主研制的数字式记录仪。到2004年7月底，全国生产汽车行驶记录仪的企业已达80多家，已经公安部交通安全产品质量监督检测中心检测，通过国家标准检测的68家。据不完全统计，全国有广东、四川、吉林、湖南、上海、浙江、广西、江西、河南、新疆、黑龙江等20多个省、自治区、直辖市汽车行驶记录的应用工作取得进展，已安装使用行驶记录仪的客运、货运企业约350多家，车辆约2万辆。目前，全国各地交通运输企业营运车辆安装使用汽车行驶记录仪工作仍处于起步阶段，且各地的工作进展不一。

从目前我国汽车行驶记录仪的应用情况分析，车辆安装汽车行驶记录仪有以下使用效果：一是汽车行使记录仪能真实、准确反映车辆运行中的实际状况，记录相关的监控数据。其存储的数据为企业加强对车辆的使用、运行、调度的科学管理，为安全行车管理和事故的分析，以及今后路面执法监督提供了可靠的依据。二是车辆超速行驶时能发出报警声警告司机减速，督促司机安全行车，起到防止和减少交通事故的作

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

用。三是由于安装了汽车行驶记录仪，司机在行驶中能保持车辆中速行驶，对延长车辆使用寿命、节约燃料、减轻轮胎耗损都起到重要的作用，可减少企业经营管理成本。四是汽车行驶记录仪记录的数据，对交通事故的原因和责任分析，有一定的作用。 目前，推进汽车行驶记录仪安装使用和监管工作存在以下主要问题：从社会宏观层面上看，汽车行驶记录仪安装使用和监管工作还缺乏法律、法规的依据和支持。现行汽车行驶记录仪国家标准仅是推荐性标准，缺乏相关法律、法规的有力支持。这是当前此项工作进展缓慢的主要原因。从企业微观层面上看，汽车行驶记录仪的生产行为和使用范围不规范，产品质量不稳定，功能不统一，故障率较多，安全防护性能差，售后维修服务不完善。这对推进此项工作形成一定的障碍。从经济角度看，目前汽车行驶记录仪产品市场价格较高，安装后加大了企业运营成本，也影响企业安装使用的积极性。有的产品如加上GPS、语音通信、图像拍摄等功能集成，其产品价格达8000～10000元。从使用的方面看，部分运输企业对汽车行驶记录仪的使用和管理不规范，有的流于形式；而公安交管部门目前还未制定路面执法相关配套的管理制度和办法。从宣传角度看，对交通运输企业及驾驶员的宣传工作不到位，对汽车行驶记录仪的使用和管理有利于防范事故发生，增强行车安全意识的重要性认识不够。

1.2汽车安全驾驶记录仪的一般功能

目前，发达国家的汽车生产厂家已在部分汽车上安装了汽车安全驾驶记录仪，其功能和作用如下:

(1)记录器:能在汽车行驶中客观、精确地记录下多种工作状态。当遇到不测或被切断电源后，原先记录下的数据能被完好的保留，一般情况可保存10年之久。

(2)显示器:能及时显示出汽车行驶时的动态数据，位于仪表板上，供驾驶员掌握车况并作纠控之用。

(3)数据采集处理卡:数据采集、存储、显示、存档、报警、受话的磁卡，插入记录器后用文字显示，并能记录下该车的采集的时间及各种状态下的工作数据:也可把采集到的若干数据送计算机存档进行图像处理和事故分析。磁卡还可作为汽车遭劫、被盗、报警时受话及解除警报之用。

(4)PC机处理软件系统:可直接采集设置记录器中的汽车参数、时间、速范围，还能以图线再现发生事故的汽车行驶轨迹。

(5)传感器:能够向记录器提供汽车行驶时的速度、信号、方向。

1.3课题的研究内容及解决方案

1.3.1课题的研究内容和目的

目前，汽车安全驾驶记录仪在国内的配套安装费用比较昂贵，本课题致力于研究

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

具有自主知识产权的低成本的汽车黑匣子，其主要功能是进行汽车行驶状态信息的数据采集和存储。本课题的研究内容主要包括:

(1)汽车安全驾驶记录仪主控器件的选型

由于汽车安全驾驶记录仪的土作环境是在汽车上，功耗不能太大，所以黑匣子的主控器件不能有太大的功耗，并能有强大的数据处理和操作的能力。

(2)外围数据存储器的选型和电路实现

汽车安全驾驶记录仪对汽车行驶状态的左转向灯、右转向灯、刹车、轮速信号进行实时采集并存储。由于汽车行驶状态是分析事故、明晰责任的重要数据，要求在发生事故之后存储器仍能保持数据完好，并且在掉电的情况下，能长期保存数据的完好。同时，历史数据需要大容量数据存储器来存储。这些就对外围数据存储器的选型提出了要求。

(3)左转向灯、右转向灯、刹车信号、轮速信号数据采集电路的设计与实现

汽车行驶状态的左转向灯、右转向灯、刹车、轮速信号需要进行实时的采集。其中左转向灯、右转向灯、刹车信号可以当作数字信号采集，轮速信号需要进行模拟量的采集，数据采集之后还需要进行相应的滤波处理。这些都需要外围电路的支持。

(4)硬件监控程序的设计与实现

硬件电路设计和制作好以后，需要对其进行编程，以控制主控器进行各项数据的采集和存储的操作

(5)PC机汽车安全驾驶记录仪信息分析软件的设计与实现

在事故发生之后，我们需要对事故发生前的数据进行分析，于是我们需要在pc机上有一个配套的信息分析软件。

(6)硬件、软件抗干扰技术的实现

汽车行驶的外界干扰很大，所以汽车安全驾驶记录仪需要具有很强的抗干扰能力，这个在软件和硬件上都要做到抗干扰的处理。

1.3.2课题的解决方案

本课题采用以AT89C51单片机为核心的电路设计，采用AT24C02存储器作为实时快速数据存储器。汽车安全驾驶记录仪硬件电路主要由主控器AT89C51及其外围数据采集电路、AT24C02组成的数据存储系统两部分组成。AT89C51的监控程序使用AT89C51单片机专用C语言编写制作而成。

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2系统芯片介绍

2.1 AT24C02存储芯片介绍.

2.1.1概述

AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM,内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。

AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上。 AT24C02的存储容量为2Kb，内容分成32页，每页8B，共256B，操作时有两种寻址方式：芯片寻址和片内子地址寻址。

2.1.2特性

极限参数 （1）工作温度工业级-55℃ +125℃

（2）商业级0 ℃+75℃

（3）贮存温度-65℃ +150℃

（4）各管脚承受电压-2.0 Vcc+2.0V

（5）Vcc管脚承受电压-2.0 +7.0V

（6）封装功率损耗（Ta=25℃） 1.0W

（7）焊接温度(10 秒) 300℃

（8）输出短路电流100mA

主要特性

工作电压：1.8V～5.5V

输入/输出引脚兼容5V

应用在内部结构：

128x8(1K),256x8(2K),512x8(4K),1024x8(8K),2048x8(16K)

二线串行接口

输入引脚经施密特触发器滤波抑制噪声

双向数据传输协议

兼容400KHz（1.8V,2.5V,2.7V,3.6V ）

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支持硬件写保护

高可靠性：写次数：1,000,000 次–数据保存：100 年

结构框图及其引脚定义

结构图如下图2.1

：

图2.1 AT24C02结构图

引脚图如图2.2：

图2.2 AT24C02引脚图

引脚说明

串行时钟信号引脚(SCL)：在SCL 输入时钟信号的上升沿将数据送入EEPROM器件,

并在时钟的下降沿将数据读出。

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串行数据输入/输出引脚(SDA)：SDA 引脚可实现双向串行数据传输。该引脚为开

漏输出，可与其它多个开漏输出器件或开集电极器件线或连接。

器件/页地址脚(A2,A1,A0)：A2、A1 和A0 引脚为AT24C01与AT24C02的硬件连接

的器件地址输入引脚。

2.2 GPS模块

2.2.1GPS模块的概况

全球定位系统(GPS)主要有三大组成都分，即空间星座部分、地面监护部分和用户设备部分。

2.2.2 GPS定位的基本方法

GPS 定位采用空间被动式测量原理，即在测站上安置GPS 用户接收系统，以各种可能的方式接收GPS 卫星系统发送的各类信号，由计算机求解站星关系和测站点的三维坐标。

由于对GPS 信号观测的不同，GPS 定位的基本方法有以下几种：

伪距测量

载波相位测量

多普勒测量

卫星射电干涉测量

为了精密定位，一台GPS 接收机往往不是单纯采用一种测量方式，而是以某种方式为主，并辅以其他方法。目前，全球定位系统已广泛应用于军事和民用等众多领域中。GPS 技术按待定点的状态分为静态定位和动态定位两大类。静态定位是指待定点的位置在观测过程中固定不变，如GPS 在大地测量中的应用。动态定位是指待定点在运动载体上，在观测过程中是变化的，如GPS 在船舶导航中的应用。

2.2.3 GPS接收机与提取定位数据

GPS 接收机只要处于工作状态就会源源不断地把接收并计算出的GPS 导航定位信息通过串口传送到计算机中。前面的代码只负责从串口接收数据并将其放置于缓存，在没有进一步处理之前缓存中是一长串字节流，这些信息在没有经过分类提取之前是无法加以利用的。因此，必须通过程序将各个字段的信息从缓存字节流中提取出来，将其转化成有实际意义的，可供高层决策使用的定位信息数据。同其他通讯协议类似，对GPS 进行信息提取必须首先明确其帧结构，然后才能根据其结构完成对各定位信息的提取。对于本文所使用的GARMIN GPS 天线板，其发送到计算机的数据主要由帧头、帧尾和帧内数据组成，根据数据帧的不同，帧头也不相同，主要有“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”以及“$GPRMC”等。这些帧头标识了后续帧内数据的组成结

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构，各帧均以回车符和换行符作为帧尾标识一帧的结束。对于通常的情况，我们所关心的定位数据如经纬度、速度、时间等均可以从“$GPRMC”帧中获取得到，该帧的结构及各字段释义如下：

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>*hh

2.2.5GPS接收模块TG35-D410的介绍

下面我们来介绍一下GPS 信息接收器的其中一种，也就是本课题将要用到的信息接收模块--TG35-D410。它有以下特点：

并行12 通道，可同时接收12 颗卫星；

定位时间：重捕<2s，热启动为24s，自动搜索10s；

1PPS 秒脉冲信号输出，精度指标高达10－6；

双串口输出，波特率4800；

输入电压（DC）：3.3～5.0V；

电源/数据口：双排20 插针。

接收器TG35-D410的外形图如下图2.3：

图2.3TG35-D410外形

TG35-D410 有二十只管脚，都有着特殊的功能。

2.3AT89C51单片机

2.3.1AT89C51单片机概述

AT89C51 微处理器是ATMEL 公司生产的51 系列单片机中的一种，它是低功耗/低电压，高性能的8 位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用8 位中央处理器和Flash 存储单元，功能强大的AT89C52 单片机可提供许多较复杂系统控制应用场

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

合。 AT89C52 有40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2 个外中断口，3 个16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash 存储器可有效地降低开发成本。

2.3.2AT89C51单片机内部结构及芯片图

主要功能特性

兼容 MCS51 指令系统)32 个双向I/O 口

3 个16 位可编程定时/计数器中断

2 个串行中断

2 个外部中断源

2 个读写中断口线

低功耗空闲和掉电模式

8k 可反复擦写(>1000 次）Flash ROM

256x8bit 内部RAM

时钟频率0-24MHz

共6 个中断源

3 级加密位

软件设置睡眠和唤醒功能

图2.4 AT89C51管脚图

2.3.3时钟电路

AT89C51 内含一个高增益的反相放大器，只需通过XTAL1，XTAL2 外接作为反馈元件的晶体后便成为自激振荡器，晶体呈感性，与C1，C2 构成并联谐振电路。一般

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连接如图2.5所示：

图2.5 AT89C51外部时钟电路图

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3 I2C总线协议

3.1I2C总线的工作原理

I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。 I2C 总线是一种用于IC器件之间连接的双向二线制总线，所谓总线它上面可以挂多个器件，并且通过两根线连接，占用空间非常的小，总线的长度可长达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持4个组件。它的另一优点是多主控，只要能够进行接收和发送的设备都可以成为主控制器，当然多个主控不能同一时间 工作。 I2C总线有两根信号线，一根为SDA（数据线），一根为SCL（时钟线）。任何时候时钟信号都是由主控器件产生。

3.2I2C总线操作

I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。

（1）控制字节 在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为

（

同

（2有31时为读操作，为）所）写不读0时为写操作。 操同操作 。 作 写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图4给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读

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操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。

3.3I2C总线数据传送

(1) 数据位的有效规定

I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。如图3.1所示。

图3.1 数据位有效时钟沿

(2)起始信号和终止信号

SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。如下图3.2所示。

图3.2 起始位和终止位时钟沿

(3)数据传送格式

字节传送与应答:

每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。

当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送

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的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。如下图3.3所示。

图3.3数据传输时钟沿

数据帧的格式:

I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。 在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。

在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：

a、 主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变，如图3.4：

图3.4数据发送

b、主机在第一个字节后，立即由从机读数据，如图3.5：

图3.5数据读取

c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相，如图3.6。

图3.6数据重复发送

总时序图，如图3.7：

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3.7总时序图

图

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4汽车安全驾驶记录仪系统设计

4.1硬件设计

4.1.1总体结构框图

汽汽车安全驾驶记录仪硬件电路主要由数据采集单元、数据显示单元和数据存储单元等三部分组成，如图4.1所示。

图4.1 总体结构框图

数据采集单元完成对汽车行驶状态最为关键的几个信号的采集，主控器协调各相关部件的协同工作并完成对信息的处理，数据存储单元以一定的存储方式存储数。

4.1.2数据采集模块

汽车车速表的工作流程如下:首先是固定于变速箱第二轴驱动的涡轮轴转盘上的一对永久磁钢产生旋转磁场，因该磁场的作用在霍尔传感器中产生脉冲信号，其频率与车速成正比(对确定的车型，比例常数一定)。接着该脉冲信号经过放大，光电隔离和整形送至MCU定时计数。

速度脉冲信号根据不同的汽车有不同的采集方法，如果汽车的速度表为机械式，则必须在汽车上安装一个新的速度传感器，用来把模拟信号转换为数字脉冲信号，系统终端就接收此速度脉冲信号;相反如果汽车本身的速度表就为数字式的，则系统终端可以直接采集汽车的速度传感器的脉冲信号，不需要另外配置速度传感器。速度脉冲信号是汽车在行使状态下发出的脉冲信号，车轮每旋转一圈就会发出一个脉冲信号，经检测此脉冲信号为比较规则的矩形波信号，经过简单的处理，单片机可以非常方便的检测到此脉冲信号。速度脉冲信号的检测电路如图4.2所示。图中速度信号接

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

汽车速度传感器的输出，Pulse信号送MCU的外部中断口。

图4.2 汽车速度信号处理电路

因为速度脉冲信号是直接从汽车发出的，由于汽车环境的恶劣，该速度脉冲信号会有非常多的抖动，脉冲信号会在不停的产生很多的尖峰电压，而且在汽车高速行驶时情况会更加恶劣，速度脉冲信号就会对电路产生更多的高频干扰，所以不能将此脉冲信号直接加载到系统上，必须进行隔离，抑制高频干扰。对此本系统使用的是TOSHIBA公司生产的光藕合器件TLP521,TLP521的前端的LED的开启电压最低只要1.0V，最大1.3V时便可以开启，使TLP521的后端三极管导通。由于不同汽车的速度传感器发出的速度脉冲信号的值及波形完全不同，经现场实车测试发现有的汽车发出的速度脉冲信号的幅值只有2.4V左右，而有些汽车发出的速度脉冲信号的幅值却可能达到8V左右，所以电路中就必须对此有所考虑使得电路对不同的车型、不同的脉冲信号都可以准确检测到。

本系统中设置有一个汽车系数值(K值)，它表示的是汽车行驶一公里所发出的脉冲数，每一个脉冲表示车轮转过一圈。不同的车型对应着不同的K值，比如，在实车测试时，上海大众生产的PASSAT2.0所测得的K值为4190，东南汽车生产的FREECA车所测得的K值就为5120，而上海通用生产的别克君威所测得的K值为6640。K值测试的方法非常简单，将该系统正确接入汽车之后，让汽车行驶一段里程，该系统会在行使的过程中记录这一段历程中汽车发出的总的脉冲数，然后用这个总的脉冲数除以里程数，就可以计算出该车的K值。当然这个过程都是由该系统自动完成的，不需要人工进行计算。在测试K值时由于每次都会产生一些误差，所以应该多测试几次取平均值，这会使得取得的K值更加准确。系统计算速度和里程时都是使用该K值进行计算的。速度和里程的计算方法如下

可以定时一段时间(比如5分钟，本系统使用的10分钟)计算一次里程，中断会不停的对速度脉冲进行计数，用5分钟内计数到的脉冲总数除以该车的K值，就是汽

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

车在这段时间内所行驶的历程数，然后再把这个值累加到总里程中进行存储就可以了。速度的计算方法如下，本系统中LCD上的速度显示是每秒钟刷新一次(MCU的实际处理速度是每0.2S计算一次速度)，这就可以利用每秒钟所计得的速度脉冲数来计算速度，公式如下:

速度=每秒钟的速度脉冲数*3600/K值

每秒钟的速度脉冲数乘以3600表示汽车一个小时能发出的脉冲数，而K值表示汽车每公里发出的脉冲数，相除之后正好就是此时的汽车速度，单位是km/h。

4.1.3数据存储单元

AT24C02是通过i2c总线协议连接的外部存储器，数据读取和写入都是通过单总线SDA形式进行操作。通过写入数据采集得到的数据，将其一位一位的写入存储器中，当掉电后存储器中数据仍然能够保存下来，我们可以任意读取其中的数据，本次设计就是将其中的数据实时读出，用于显示，这将为我们在汽车发生状况后提供科学的数据依据。因为在之前我已经详细介绍过AT24C02，在这里只做简要的说明。下图是AT24C02存储器外部接线图。

图4.3 AT24C02接线图

通过i2c总线连接的存储器可以最多八个，我在本次设计中只用到一个，所以该存储器的最大存储空间为255字节，当其写入更大的数据它的有效数据仍为255。

这是我的毕设题目,这其实就是一个汽车黑匣子,由于时间原因,没有把更多的功能设计出来,只做了对汽车速度采集、显示、存储、报警的仿真。

4.1.4显示模块 本次设计用到P0口作为采集数据的显示，P1口作为读出存储芯片数据的显示。对于51

单片机，一般只有P0口才需要外加上拉电阻，其它三个端口芯片内部已经设置有上拉功能，无需外接上拉电阻。P0口作为I/O口输出的时候时 输出低电平为0 输出高电平为高组态（并非5V，相当于悬空状态）。也就是说P0 口不能真正的输出高电平，给所接的负载提供电流，因此必须接上拉电阻（一电阻连接到VCC），由电源通过这个上拉电阻给负载提供电流。一般上拉电阻大小可以在3.3K-10K之间。所以在P0口接上拉电阻是必须的，而在P1口接上拉电阻是为了让数码管提高显示亮度。如下图所示，图4.4为采集数据显示，图4.5为读取存储器数据显示。

图4.4 采集数据显示

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