基于MSP430的汽车黑匣子的设计毕业设计论文文档格式.docx

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2、完成中期检查报告。

第十二—十五周（5月12日-6月8日）：

撰写毕业设计论文。

第十六周（6月9日-6月15日）：

1、交论文；

2、完成毕业设计验收。

第十七周（6月16日-6月20日）：

毕业答辩。

五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:

1．电子技术基础高等教育出版社1998。

7

2．模拟电子线路《2》电子科技大学出版社2004.7

3．ＭSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践沈建华编著北京航空航天大学出版社2008.7

4．MSP430单片机基础与实践谢兴红编著北京航空航天大学出版社2008.1

5．MCS-51单片机原理及应用实例清华大学出版社2004.3

6．单片机应用系统设计北京航空航天大学出版社1996.12

7.8051单片机基础教程科学出版社2003.9

8.基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计电子工业出版社2004.7

系（教研室）主任：

（签章）年月日

学院主管领导：

（签章）年月日

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，又称汽车行驶记录仪,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。

本系统完全依照汽车行驶记录仪的国家标准而开发的，以MSP430超低功耗单片机作为主控器件、以FM24C04铁电存储器作为实时存储器,能够对汽车行驶时的转向灯、制动、超速超时告警、轮速信号等信息进行采集、处理、记录。

记录仪利用RS232串口与PC机连接通讯，将这些记录数据通过数据分析处理软件对实时记录的数据进行后处理分析。

关键词：

汽车黑匣子、MSP430、GB/T19056-2003国家标准

Abstract

Accordingtotheaircraft"

blackbox"

principleandthestudyofreal-timemonitortheoperationofmotorvehiclerecordsofthesystem,commonlyknownas"

carblackbox"

.Automobileblackbox,alsoknownasVehicleTravelingDataRecorder,whichcanbecollectedandrecordedinreal-timevehiclestatuswithelectronicdevices,itistoensuretrafficsafetyandroadtrafficaccidentsoccurredintheresponsibilityofthepost-analysisplaysanimportantrole.

Thestudyofthevehicletravelingdatarecorderisexistedveryearlyininlandandoutland,90yearsof20centuriesalongwiththefastdevelopmentoftechnologyandscienceandcarmarket,alotofgraduateschoolsandcompanystarttoresearchandexploitthevehicletravelingdatarecorder,andmanyrelatedproductionappearinthemarket.Forenhancingthecriterionofthevehicletravelingdatarecorder,NationissuedthestandardofvehicletravelingdatarecorderGB/T19056-2003onApril15,2003,andpracticeonSeptember1，2003.

ThissystemisexploitedcompletelyaccordingtoNationalstandardofvehicletravelingdatarecorder,usesMSP430ultra-lowpowersingle-chipmicrocomputerasthemasterdevice,FM24C04ferroelectricmemoryasareal-timememory.Itisabletorecord,collect,processtheinformationofcarlights,braking,speedingtime-outwarningandwheelspeed.RecorderusingRS232serialcommunicationswiththePCconnectedtotheserecordsthroughdataanalysisdataprocessingsoftwareforreal-timedatarecordedinpost-processinganalysis.

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Keywords:

Automobileblackbox,MSP430，GB/T19056-2003Nationalstandard.

第一章绪论

一.1课题的选题背景与意义

随着交通的迅速发展，汽车已经成为现代社会的一种重要的交通土具，并且其数量仍在不断增加中。

但这直接导致了交通事故的增加，以及对事故责任的鉴定越来越困难。

据统计，近20年来，由于交通事故造成的死亡人数已达108万人以上。

并且，许多重大、特大交通事故均是由于发现晚、报案迟等原因造成事故责任无法认定，同时也给国家和人民生命则产造成了巨大的损失。

交通肇事的事故现场是事故责任认定的主要依据，由此引发了各种各样的人为及非人为的种种因素，致使交警断案的准确性、可信度等出现问题。

由于没有先进的科学技术手段应用于该领域，导致事故各方纷争四起，更有甚者伪造、破坏、转移事故现场，进行骗取保险金等不法行为。

如何采取有效措施预防道路交通事故的发生，提高事故处理的准确性、公正性及快速性，是一个值得研究的问题。

据统计资料显示，汽车驾驶员的超速行驶、违章抢道、疲劳驾驶、疏忽大意等是导致交通事故的主要原因，占交通事故量的80%以上。

而另一个事实是，哪里有交通警察在场，哪里的交通事故就极少发生。

这就提示我们，如果给每一辆汽车安装上“电子警察”，有效地监督驾驶人员的驾驶行为，必能预防或减少交通事故的发生:

另一方而，在发生交通事故后，“电子警察”也能给我们提供数据和资料，提高事故处理的效率和准确性。

这种“电子警察”就是“汽车行驶状态记录仪”。

行驶状态记录仪（Vehicletravelingdatarecorder），亦称“汽车黑匣子”，是安装在车辆上，能够记录、存储、显示、打印车辆运行速度、时间、里程以及有关车辆运行安全的其他状态信息的数字式电子记录装置。

它对防止疲劳驾驶，车辆超速和违章、约束驾驶员的不良行为、分析鉴定事故、提高交通的管理执法水平和运输管理水平、保障车辆运行安全等有着重要的实际作用及意义[4]。

一.2国内外发展现状

一.2.1国外发展现状

20世纪70年代后期，欧洲率先推出了机电模拟式驾驶记录仪:

20世纪90年代初，美国和德国又开发了数字式汽车事故记录仪，用以监督汽车驾驶员的超速驾驶行为。

由于汽车黑匣子能真实记录事故过程中汽车驾驶员的操作和汽车运行情况，因而它既可作为事故分析依据，同时也是考核汽车驾驶员违规操作的重要监督手段。

由于这种“监督”、“见证”的功能，大大提高了汽车驾驶员的安全责任感，从而大幅度降低了事故率。

据德国TTS,、比利时WUSTBULGLUM公司使用汽车黑匣子前后事故率统计情况表明，事故率比没装汽车黑匣子前降低了34%一53%。

[6]

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黑匣子，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。

一.2.2国内发展现状

在我国，生产汽车黑匣子的企业有l0余家，产品数十种，并不断有新产品推出，经过国家有关权威部门检测合格后，汽车黑匣子开始在全国各省市推广使用。

汽车黑匣子对提高车队的营运效率和降低事故率等方而的显著效果，受到物流运输、汽车租赁、企事业车队、保险公司和交通管理部门的欢迎。

但由于汽车黑匣子安装配套成本较大，目前私家车用户安装使用的比较少。

从国内研制的汽车黑匣子来看，基本上具备以下特点：

1、可实时监测并记录汽车行驶的各种状态信息（包括:

速度、制动、前照灯、小灯、左、右转向灯等）；

2,在发生交通事故时，可提供事故分析功能，帮助有关部门快速确定事故原因；

3,在正常营运中，又是管理部门加强监督和管理的强有力工具，帮助管理人员全面了解汽车的运行情况；

4,在车辆发生故障时，它又可提供故障诊断功能，成为汽车维修人员判断故障的得力助手:

5、用户可按需求或有关规定设置三级限速，当车辆超速时，汽车黑匣子会按不同限速分级声光报警;

6、可写入车牌号、车型号;

7、汽车黑匣子管理软件可统计分析任何时段的行车速度、行驶里程、停车次数、停车时间、超速次数、超速时间以及收、发车时间等，提供汽车管理人员关心的种种数据。

一.2.3未来发展动态

随着微电子与计算机技术的发展，汽车黑匣子的功能已经远远超过单纯事故记录的功能，从发展的趋势来看，汽车黑匣子势必将与汽车其它电子系统（如GPS定位、通讯、报警、测重、测温、故障诊断等）相结合，向大容量、模块化、系统化、数据无线传输和数据集成处理的方向发展。

最终使它成为确保现代道路交通运输安全和高效物流动态营运管理的不可或缺的记录处理、显示和数据传送的综合装置，也必将成为智能交通系统（ITS）的重要组成部分。

日本计划于2015年前投入500亿美元用于发展全国的ITS系统，美国以及德国等欧洲国家在ITS领域的投入也都有相当大的规模，我国的ITS系统尚属起步阶段，但北京、上海、武汉和广州等大城市都已经把ITS的建设提到议事日程上来，对城市未来的ITS进行了构想，并有了发展规划。

这一趋势，必然为汽车黑匣子的发展与应用提供广阔的空间。

目前，在美国、欧洲已经出现了不少适合各种不同运输专业管理需要的汽车黑匣子。

例如美国DCT公司专为HAVI公司开发的汽车驾驶记录仪就兼有油耗记录和停车卸货量的记录。

汽车驾驶记录仪还可以同目前国际上流行的专用近距离无线通讯技术（BLUETOOTH蓝牙）和电子标签（ELECTRONICTAG以及智能射频识别技术（RFID）相结合，将记录的数据快速、实时地传送到有关部门。

总之，汽车黑匣子的全面性、包容性和适应性是实现汽车电子综合化、集成化的核心，并必将成为未来ITS系统的重要组成部分。

一.3课题的研究内容及解决方案

一.3.1课题的研究内容和目的

目前，汽车黑匣子在国内的配套安装费用比较昂贵，本课题致力于研究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,黑匣子主控器件的选型

由于汽车黑匣子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

汽车黑匣子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机汽车黑匣子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，所以汽车黑匣子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。

一.3.2课题的解决方案

本课题采用以MSP430单片机为核心的电路设计，采用FM24C64存储器作为实时快速数据存储器。

黑匣子硬件电路主要由主控器MSP430及其外围数据采集电路、FM24C64组成的数据存储系统两部分组成。

MSP430的监控程序使用MSP430单片机专用C++语言编写制作而成,BlackBox使用keilc51编写而成。

第二章系统芯片原理介绍

二.1主控制器简介

二.1.1概述

MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在1996年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。

二.1.2特性

1主要特性

●低工作电压：

1.8～3.6V

●超低功耗：

（1）活动模式250μA@1MHz,2.2V;

（2）待机模式0.7μA;

（3）掉电模式（RAM数据保持）0.1μA。

（4）5种节电模式。

●从待机到唤醒的响应时间不超过1μs。

●十六位精简指令结构，62.5n秒的指令执行周期。

●基本时钟模块配置：

（1）片内高频时钟源，频率高达16MHZ并存有四个已经校正的频率参数存在在FLASH的信息段A中，其误差在±

1%以内。

（2）内部还有低功耗低频振荡器VLO

（3）32KHZ晶振模块

（4）外部数字时钟源增强型UART。

具有波特率发生器、间隔检测、帧错误检测和自动地址检测功能。

400kHz字节方式I2C通信端口和SPI通信端口。

●带有三个捕获/比较器的16位定时器Timer_A，Timer_B

●通用串行通讯接口：

（1）增强型的异步通讯，支持波特率自动检测。

（2）红外编/解码器

（3）同步通讯SPI

（4）I2C

（5）LIN频率可进行很好的调节。

●10位，200-kspsA/D转换器带有内部参考源、采样保持、自动扫描特性和数据传送控制器

●22个可编程的运放OA0，OA1。

●掉电检测（BrownoutDetector）。

●FLASH存储器高达32KB，RAM高达1KB。

●调试接口。

●串行在系统编程，无需外加编程电压，可选择烧断熔丝来保护代码。

●内置自启动引导程序（BootstrapLoader）。

●在线仿真模块：

（1）Spy-Bi-Wire

（2）4-WireJTAG

二.1.3主要框图

图2.1MSP430方框图

二.2ISD2560芯片简介

美国ISD公司的2500芯片，按录放时间60秒、75秒、90秒和120秒分成ISD2560、2575、2590和25120四个品种。

ISD2500系列和1400系列语音电路一样，具有抗断电、音质好，使用方便等优点。

它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K（1400系列为128K），所以录放时间长；

有10个地址输入端（1400系列仅为8个），寻址能力可达1024位；

最多能分600段；

设有OVF（溢出）端，便于多个器件级联。

二.2.1DIP封装图及各引线端功能[4]

图2.2DIP封装图

表2-1各引线端功能

引线端

名称

功能

1—7

A0/M0~A6/M6

地址

8—10

A7~A9

11

AUXIN

辅助输入

12、13

VSSD、VSSA

数字和模拟地

14、15

SP+、SP-

扬声器输出

16、28

VCCA、VCCD

模拟、数字信号电源正极

17、18

MIC、MICREF

麦克风输入和输出参考端

19

AGC

自动增益控制

20、21

ANAIN、OUT

模拟信号输入和输出

22

OVF\

溢出

23

CE\

片选（低电平有效）

24

PD

芯片低功耗状态控制

25

EOM\

录放音结束信号输出

26

XCLK

外部时钟

27

P/R\

录/放控制选择

二.2.2操作模式

当最高位地址（MSB）A8,A9都为高电平时，地址端就作为操作模式选择端（高电平有效）

表2-2操作模式

模式控制

典型应用

A0/M0

信息检索

快速检索信息

A1/M1

删除EOM标志

在全部语音录放结束时，给出EOM标志

A2/M2

未用

当工作模式操作时，此端应接低电平

A3/M3

循环放音

从0地址开始连续重复放音

A4/M4

连续寻址

可录放连续的多段信息

A5/M5

CE电平触发

允许信号中止

A6/M6

按钮控制

简化器件接口

使用操作模式时需要注意两点:

1、所有操作模式下的操作都是从0地址开始，以后的操作根据模式的不同，而从相应的地址开始工作。

当电路中录音转放音或进入省电状态时，地址计数器复位为0。

2、操作模式位不加锁定，可以在MSB（A8,A9）地址位为高电平时，CE电平变低的任何时间执行操作模式操作。

如果下一片选周期MSB（AB,A9）地址位中有一个（或两个）变为低电平，则执行信息地址，即从该地址录音或放音，原来设定的操作模式状态丢失。

二.3FM24C64芯片介绍

FM24C64是采用先进的铁电技术制造的64K位非易失性存储器。

铁电随机存储器（FRAM）具有非易失性，并且可以象RAM一样快速读写，数据在掉电后可以保存10年，相对于EEPROM或其他非易失性存储器，FRAM具有系统可靠性更高，结构更简单等诸多优点。

与EEPROM系列不同的是，FM24C64以总线速度进行写操作，无须延时。

数据发到FM24C64后直接写到具体的单元地址，下一个总线操作可以立即开始。

FM24C64可以支持1万亿次读写次数，或者是EEPROM的1百万倍。

以上的这些特性使得FM24C64对于某些非易失性应用场合非常理想，在这些场合，系操作频率及读写速度要求非常高。

举例来说，数据采集应用中，系统对写周期的要求很高，EEPROM较长的写入周期可能会导致数据丢失，FM24C64的这些综合特性使系统具有更快的写操作速度和更少的系统开销。

FM24C64为使用串行EEPROM的用户提供了便利，它在硬件上可以直接替换EEPROM。

FM24C64使用工业标准两线接口，8脚SOP封装，操作温度范围为：

-40℃至+85℃。

图2.3FM24C64C引脚图

该芯片的优点如下:

》写操作达到了总线速度，没有写入延时时间，所以可以实现实时信息存储，在汽车运行发生意外时，能够存储准确的信息。

》铁电工艺非常先进，不仅体积小，而且抗干扰能力强，掉电后没有数据的损耗，依然保持所有的信息。

》封装小，非常适用于嵌入式的电路板设计，使整个电路板小型化，集成化。

》该芯片与MSP430匹配，工作条件采用了低功耗，真工作电压只有5V,工作电流150uA.

》在汽车黑匣子使用中体现了良好的性能。

基于低功耗，信息可以在常温下保留时间近10年。

FM24C64铁电存储器与MSP430的接线简图如图2.4所示:

图2.4接线图

二.4时钟芯片简介

二.4.1概述

PCF8583是一款带有256个字节的时钟/日历芯片。

地址和数据通过I2C总线传输。

在每次对数据字节的读或写操作后，内建的字地址寄存器自动增加。

地址管脚A0用于编程硬件地址，这样在不增加硬件的情况下允许将两个器件连接到总线上。

内置的32.768KHz振荡器和RAM的前8个字节用于时钟/日历和计数器功能。

接下来的8个字节可作为报警寄存器或当作RAM来使用。

剩下的240个字节都作为RAM由用户自由支配供电电压为2.5V—6V

二.4.2特性

●日历时钟工作电源和RAM数据保持电压为1V—6V

●工作电流最大为50mA

●4年日历时钟，可选24小时或12小时格式

●32.768kHz或50Hz时基

●