基于GPS 和GPRS 的多功能汽车记录仪的设计

　　2.6 语音模块

　　系统在超速行驶、疲劳驾驶时，相应的高亮度LED 闪烁，同时启动语音报警功能，发出“超速，请减速”的警告语音，而且记录仪能播放监控平台发送的短信的内容即TTS（从文本到语音）。该记录仪采用语音天下的第二代语音合成器OSYNO 6288。它兼容GB2312、GBK、BIG5 和Unicode 等4 种内码格式文本的合成，可以在9 600，19 200、38 400 b/s 等波特率下正常工作，增加多种控制命令。比如合成、停止合成、暂停合成、继续合成、改变波特率等，可以自动识别词组，多音字。语音通过PWM（脉宽调制）输出至喇叭。为与监控软件、数据库和GPRS模块兼容， 采用通用性更好的Unicode码，通信参数：波特率为4 800 b/s，数据位为8 bit，停止位为1 bit，无奇偶校验，OSYNO 6288 内置有功放，软件调节音量至11 级，外接8 Ω/0.5 W 喇叭，播放声音洪亮、清晰，即使在较为嘈杂的环境下也可以清楚听到播放内容。

　　2.7 数据存储器

汽车行驶记录仪是在汽车行驶过程中对汽车各种状态进行记录的电子装置，各种状态数据存储是汽车行驶记录仪的重要部分。此前大多设计均采用Flash 和铁电存储器并用的方式。但是对于实时操作系统Linux 只要采用一片Flash就可以满足需要。目前Linux 操作系统可以很好支持NandFlash，AT91sam9260 支持Nand Flash 启动， 并且与之相应的yaffs2 文件系统已经成熟，保证了数据的准确性。由于本系统需要保存大量数据：GPS定位信息、疑点记录、行驶记录、断电记录、疲劳驾驶记录、油位等，所以采用K9F1G08U0B 型128 M×2 K 页NandFlash 存储器。

　　2.8 油位传感器

　　本系统加装精确的油位传感器，对油位实时记录，并通过GPRS传输至监控平台，车辆运营企业可以实时掌握车辆的油位情况，彻底杜绝司机偷油卖油，拉私活的情况发生。

　　车辆电环境复杂干扰多，因此采用电流型传感器。本系统采用CR-606 型电容式油位传感器， 当油进入容器引起传感器壳体和感应电极之间的变化， 适用于任何不导电的液体， 油位精度高， 油位液在采集小于1 mm， 测量误差小于0.1％，标准输出4～20 mA 的线性电流信号，经过150 Ω 精密电阻转换至0.6~3 V 电压信号，通过AT91sam9260 的A/D 转换模块转换为数字量并保存。

　　2.9 实时时钟

　　主处理器AT91sam9260 虽内置时钟，但是当处理器断电后，该实时时钟所有寄存器的内容将全部丢失。为此，系统需要外部实时时钟。PCF8563 符合这一要求，PCF8563 具有掉电检测器，当供电电压低于某个值时，秒寄存器中的某标志位将置1，指明此时实时时钟可能会产生不准确的时钟/日历信息，从而避免了记录仪对错误时间的记录。此外，PCF8563可以工作在1～5.5 V 的宽电压范围内，具有体积小、外围电路简单、运行稳定性、精度高、功耗低等优点，Linux 内核对其支持稳定可靠，满足本系统的要求。

　　2.10 通信接口

　　根据GB/T19056-2003，标准记录仪应至少配置2 种标准接口：USB 标准接口、标准RS-232 型9 针接口。通过RS-232串行口直接进行数据传输比较容易实现， 可靠性高。

　　AT91sam9260 的串行口经电平转换器MAX232 转换为EIA/TIA-232-E 电平，从而提供标准的RS-232 接口。AT91sam9260 支持USB 主从模式，也可直接外接USB 接口。

　　3 汽车记录仪软件设计

　　汽车记录仪是无人控制的， 在汽车开始运行时自动启动，本系统采用Linux 操作系统，运行过程为：汽车上电记录仪启动，开始引导Bootstrap、Uboot，通过Bootloader 调用Linux内核，加载yaffs2 文件系统，自动启动应用程序。

　　3.1 主程序

　　应用程序采用C 语言编写，主程序负责整个系统的初始化，硬件设备通过信号（软中断）与主程序交互数据，完成相应的操作，主程序流程如图4 所示。

　　3.2GPRS数据发送

　　本系统设计记录的数据包括行驶记录， 上电至掉电之间，每3 s 保存一次时间、速度、状态、GPS定位信息和角度；疑点记录，保存每次停车前20 s 内，每0.2 s 的速度和状态信息；断电记录，保存系统断电时的时间；疲劳驾驶记录，保存司机连续驾车超过4 h 的起始时间。所有的记录数据要求保存2 个月，因此保存数据量大，相应需要传输的数据量也大。

　　在GPRS 传输数据之前对数据进行压缩并且在系统出现新记录时进行传输。在编译busybox 时选择gzip 功能，通过gzip 对数据压缩， 一般压缩比可达9 ∶ 1。由于GPRS 透明传输要求每次传输数据最大不超过1 KB， 因此将需传输的数据分割为每包1 000 字节的数据， 并为每包数据标识ID 号。服务器接收端根据接收到的数据包ID 重新组合数据， 通过解压缩软件解压得到记录仪的记录数据。

　　3.3 断电记录的实现

　　在大型车队及运输公司， 司机为免受记录仪的约束，往往在运营过程中对记录仪非法断电， 使记录仪不能正常工作，以此躲避监控。因此本系统专门设计断电记录，对司机非法断电的行为进行监督。系统启动时将当前时钟与上次停机时时钟进行对比，Linux 从死机至重启的时间应在5 min 以内，若对比时间超过5 min，说明记录仪长时间断电，将上次停机时间作为断电记录保存，并发送至服务器。

　　3.4 时间和速度校准

　　ARM 接收GPS的RMC 信息。若GPS 时间与当前系统时间相差达到30 s， 则以GPS 时间为准并校准系统时间和硬件时钟。当前速度与GPS 速度比较，若GPS 速度连续30 s 大于0，而速度采集电路接收始终为0，则判断速度传感器故障，并使用GPS 速度作为系统当前速度， 并向监控中心报警。