摘 要

汽车行驶记录仪，又被俗称为汽车黑匣子，可以对车辆的行驶速度、行驶里程、时间以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。汽车行驶记录仪主要由单片机、速度传感器、存储芯片和数据分析软件等组成。汽车行驶记录仪的大量应用，在防止车辆超速，遏制驾驶人员疲劳驾驶等交通违章行为方面，以及约束驾驶人员的不良驾驶行为、保障汽车行驶安全和预防道路交通安全事故的发生方面起到了积极的作用。同时，汽车行驶记录仪还可以为交通事故提供科学、权威的原始数据以便于执法部门进行公正的分析。因此，汽车行驶记录仪在我国的客运公司、物流公司、旅游公司及危险品运输公司大量的使用。

本文简要的介绍了汽车行驶记录仪的研究背景、意义以及国内外的发展现状。分析了汽车行驶记录仪主机系统的总体设计方案和系统框图，在此基础上完成了数据采集单元、数据存储单元、液晶显示单元等方面的仿真设计，并完成了相关的驱动程序的设计和编写。最后，对本次多设计的汽车行驶记录仪进行了实验测试，成功实现了所要求的全部功能。

关键词：汽车行驶记录仪；数据存储；单片机

Abstract

Vehicle traveling data recorder, commonly known as black box of car, is a digital electronic recording device which can record and store vehicle’s traveling speed, time, mileage and other status information, and output data through the interface. Vehicle data traveling recorder is mainly composed of single chip microcomputer, speed sensor,memory chips, and data analysis software, etc. The large quantity use of vehicle traveling data recorder has play an role in halting the break in traffic rules and regulations, restraining the drivers from being drive at bad habit, and preventing the traffic accident effiectively, it can also offer scientific faithful initial data for the tipstaffs carries on the accients. So Vehicle traveling data recorder is used for passenger transport companies, logistics companies, tourism companies and dangerous goods transport companies around our country.

In this paper, I briefly introduces the research background and significance of vehicle traveling data recorder, and domestic and foreign development present situation. Analyzing the overall design scheme of the host vehicle traveling data recorder system and the system block diagram, on the basis of above, I completed data acquisition unit, data storage unit, liquid crystal display element simulation design, and completed the relevant driver design and writing. Finally, I make lots of experience for the design of vehicle traveling data recorder, and achieve all the functions required successfully.

Key words: the car recorder；Data storage；Single chip microcomputer

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景及意义 1

1.2 国内外的发展状况 2

第2章 系统总体方案设计 3

2.1 系统框图 3

2.2 主控制芯片的选择 4

第3章 系统硬件设计 5

3.1 单片机单元 5

3.1.1 AT89C51单片机的简介 5

3.1.2 复位电路设计 5

3.1.3 单片机的时钟电路设计 6

3.2 数据存储单元电路设计 6

3.3时钟单元电路设计 7

3.4 液晶显示电路设计 8

3.5按键控制单元电路设计 9

3.6汽车报警单元电路设计 9

第4章 系统软件设计 11

4.1编程语言的选择 11

4.2 主程序流程图设计 11

4.3信号采集子程序设计 12

4.4数据存储子程序设计 13

4.5 按键和显示的子程序设计 13

4.6 报警子程序的设计 14

第5章 仿真结果与调试 15

5.1 测试过程与结果 15

5.2 测试结果总结 17

第6章 总结 18

致  谢 21

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

进入新世纪以来，我国的经济水平不断的在向上突破，取得了巨大的发展，经济的快速发展也带动了我国的道路交通和基础设施的发展与完善，居民汽车拥有量也在节节攀升，甚至北京、上海等一线城市只能通过限购的方式来限制汽车数量的增长。当汽车已经成为现代社会中一种重要的不可或缺的交通工具时，随之而来的道路交通事故也就越来越频繁的发生在我们的周围，更严重的群死群伤的恶性交通事故也屡屡发生。据统计，我国每年发生的道路交通事故死亡人数都超过20万人，20万人的逝去带来的后果是20万个家庭的支离破碎。面对如此令人惊愕的数字，我们迫切地希望能够找到一种方法来有效地遏制交通事故的发生。如何借助先进的科技设备和科学的办法来提升道路交通管理的水平，降低事故的发生成为了摆在交管部门面前的一大难题。要想解决这一问题，重点和难点在于对汽车的监控，但是由于汽车不是固定不动的，其流动性较大且流动范围较广，交通管理部门不能做到实时的对汽车进行追踪和监控。因而交管部门非常需要一种不依靠人工就能够对车辆的行驶状态以及驾驶人员的驾驶情况进行实时监控并且能为交管部门提供调度管理的电子设备，而汽车行驶记录仪就是这样的一种安装在汽车上用来记录、监控和存储汽车的全程运行状态以及预防交通事故发生的高科技电子产品。

汽车行驶记录仪也被称为“汽车黑匣子”，它是一种特别的数字式电子记录装置。它可以全程记录汽车的行驶数据，例如行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息，并且还能进行超速报警，提醒驾驶人员减速慢行，这对减少交通事故的发生有很大的帮助^[1]。同时记录仪还能够与GPS系统以及无线通信系统搭配在一起使用，从而可以实现对汽车的远程监控、远程防盗报警。美国、欧洲等地都在广泛的使用汽车行驶记录仪，我国也在很多城市和行业开始使用汽车行驶记录仪，尤其是在运输行业中使用量最大。经过实践证明，汽车行驶记录仪的大规模使用不但能够有效地遏制各种交通违章行为，而且还能够约束驾驶员的不良驾驶行为，除此之外还可以有效地预防道路交通事故的发生，并为执法人员进行事故的分析、处理提供科学的原始数据^[2]。根据权威的统计数据来说，汽车行驶记录仪在全国各地的大量应用，使得近几年的交通事故率减少了35％～51％，不仅使得财产损失减少了很多，更避免了事故造成的人员伤亡，因而汽车状态记录仪在交通运输管理中有着十分重要的作用。

1.2 国内外的发展状况

国外由于汽车普及的比较早，而且普及的范围也比较广，因而也就更早意识到所发生的大量的道路交通事故，并且开始想各种各样的办法来减少此类交通事故的发生。在这样的环境下，在二十世纪20年代的欧洲地区中，汽车“黑匣子”随着汽车里程表的出现而应运而生，只不过那时候的汽车行驶记录仪还是和汽车的速度、里程表结合在一起使用的，因此也只能被用于记录汽车行驶的速度和里程。由于欧盟在1975年以立法的形式强制性的要求车辆必须安装汽车行驶记录仪，所以汽车行驶记录仪得到了很大的推广。早期的记录仪是纸盘式记录仪，需要人手动的来填写姓名、行驶里程等相关的信息后才能够使用它，异常的麻烦^[3]。从90年代开始，美国和欧洲的制造厂商们都纷纷开始开发研制汽车状态记录仪，掀起了一阵汽车行驶记录仪激烈竞争的狂潮。随着电子集成技术的发展，和数据总线以及显示屏等设备的引入，汽车行驶记录仪开始进入到电子记录仪时代。现如今的汽车行驶记录仪能够实时的记录碰撞过程中的制动踏板，汽车减速度，空气囊引爆等信号，来判断驾驶员是否进行紧急刹车、是否系安全带，汽车的空气囊是否引爆和引爆时刻是否合适，从而可以客观地、科学地划分汽车厂商和驾乘人员的事故责任，同时还能够在全球定位系统（GPS）和无线通信系统配合下实现汽车导航、远程实时监控和远程防盗报警等多种高级功能^[4]。

我国在汽车行驶记录仪的研究和实践方面是比较晚的，大约是从二十世纪80年代后期才开始在我国一小部分地区试用由我国自主研制的数字式记录仪。我的记录仪产品最初是用磁带充当存储介质的，但是这种产品的设计并不成功。随着我国经济的发展，功能单一的汽车行驶记录仪不再适用，大众和交通执法机构对记录仪功能的需求也不再局限于简单的事故分析。因此出现了在功能上增加了车辆实时监控，汽车行驶状态记录及报警等功能的多功能汽车行驶记录仪。但就目前而言，我国的汽车“黑匣子”与国外的产品还有不小的差距，例如在实时检测、记录车辆纵向平和横向运动加(减)速度方面还没有研发出来产品，同时也没有能够达到关于数据存储和数据通讯新标准要求的产品诞生。但不可否认的是，汽车“黑匣子”在全国各省市的推广使用，为我国的交管部门提供了一种有效的执法工具，也为运输企业提供了一种更有效的管理工具，在提高了车辆的营运效率的同时还降低了事故发生率。

第2章 系统总体方案设计

本次毕业设计的记录仪所要求实现的基本功能是将从传感器采集的信号进行分析处理，将其转换成汽车行驶状态信息即里程、速度，并可用键盘设置当前时间，并且将当前时间写入到实时时钟芯片中接着就可以得到当前的日期和时间，然后显示在LCD屏上；同时用键盘设置速度上限，如果超速控制超速报警灯亮。依据记录仪的基本功能可以将其分成如下单元：

（1）中央处理单元（CPU）：整个记录仪的核心单元，也是最重要的单元，它是将数据采集单元测到的数据如车速、里程等，经过处理和分析，然后将该数据显示在液晶显示屏上，而且还能够将这些数据保存在数据存储单元^[5]。

（2）数据采集单元：此次毕业设计中通过传感器来采集一定时间内车轮转动的圈数，进而得到车速。将光电传感器放置在汽车的车轮上，车轮每转一圈，光电传感器都会测到5个高电平，所以每出现5次高电平，则表示车轮转动了一圈。

（3）数据存储单元：该单元用来存储传感器采集到并经处理器处理之后的数据，例如车速、里程等，并且能够随时输出存储的数据。

（4）液晶显示单元：在LCD屏上显示来自CPU的数据。

（5）时钟单元：为记录仪的单片机提供时间。

（6）键盘单元：通过按键来设定当前的时间和设置速度上限。

（7）报警单元：当汽车的行驶速度超过当前设置的速度上限，该单元会发出警报声，并在LCD屏幕上显示出来。

2.1 系统框图

此次毕业设计要求设计的记录仪主要的部件有中央处理单元（CPU）、数据采集单元、数据存储单元、液晶显示单元、时钟单元、键盘单元和报警单元等。系统总体框图如图2.1所示：

图2.1 系统框图

2.2 主控制芯片的选择

主控制芯片也被称为汽车行驶记录仪主机系统的“心脏”，它的重要性犹如心脏对人的重要性一样。本次设计是以单片机为基础，设计出符合功能要求的记录仪。所以选择主控制芯片的这一步虽然是很基础却也十分重要。当今，市场上的单片机品类多入牛毛，各种各样的单片机简直让人看的眼花缭乱，但并不是每一种单片机都是此次毕业设计选题所需要的。

对单片机的划分可以依据CPU对处理数据的位数，单片机能够一次性处理4位二进制数的被称为4位单片机，能够一次性处理8位二进制数的被称为8位单片机，同理还有16位单片机和32位单片机^[6]。不同位数的单片机，所能够实现的功能也会有所差异。比如说4位单片机一次性只能处理4位二进制数，那么它的运算和处理速度必然比较缓慢，只适用于实现简单的功能和门槛不高的场景中。32位单片机由于一次性能够处理32位二进制数，所以它的运算和处理速度会很快，至少要数倍于4位单片机^[7]。32位单片机也是目前来说运算和处理速度最快的单片机了。