用于混凝土攪拌車的行駛記錄儀的設(shè)計與實現(xiàn)

韋晶，童曉斌，唐美娟

（湖南三一智能控制設(shè)備有限公司，長沙 410100）

1 引言

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，混凝土的用量不斷增加。利用混凝土攪拌車運送混凝土不僅能夠保證混凝土澆筑質(zhì)量，節(jié)省水泥綜合費用，降低工程成本，還可以減少噪聲、粉塵、殘留物對環(huán)境的污染[1]。混凝土攪拌車在給現(xiàn)代化建設(shè)帶來極大便利的同時，混凝土攪拌車的交通事故也在逐年增多，其中約90%的交通事故是由超速和疲勞駕駛引起的。為了減少人員傷亡和財產(chǎn)損失，研發(fā)了適用于混凝土攪拌車的行駛記錄儀，它是一種對車輛行駛速度、時間、里程以及車輛狀態(tài)信息進行記錄、存儲并可通過接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置[2]?；炷翑嚢柢囆旭傆涗泝x的使用，對遏止疲勞駕駛、車輛超速等交通違章行為以及對道路交通事故的分析鑒定具有重要的作用[3，4]。

2 總體設(shè)計

根據(jù)GB/T 19056—2012《汽車行駛記錄儀》，設(shè)計了一款基于ARM LPC1778 微處理器的行駛記錄儀，它不僅能采集、記錄車輛的行駛數(shù)據(jù)（行駛速度、時間、里程等），還能實時采集攪拌車的工況數(shù)據(jù)（油位、水溫等），對疲勞駕駛、超速等違規(guī)行為進行語音報警，并將采集的數(shù)據(jù)定時上報其對接的貨運平臺。

系統(tǒng)以微處理器為核心，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、GPS 和GPRS 模塊、顯示和打印模塊、語音報警模塊和電源模塊，系統(tǒng)方框如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)方框圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)核心處理器采用的是NXP 公司的LPC1778 處理器，該處理器主要用于工業(yè)控制領(lǐng)域，內(nèi)置512 kB 的FLASH 存儲器存放程序代碼，當(dāng)任務(wù)運行時，程序直接在FLASH 中運行，執(zhí)行速度快。外擴了128 M NorFLASH 和256 kB MRAM作為存儲模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊使用微處理器內(nèi)置的GPIO 采集汽車行駛過程中的開關(guān)量（近光燈、遠光燈、右轉(zhuǎn)向、左轉(zhuǎn)向，開車門、喇叭、制動、點火狀態(tài)、魚雷罐轉(zhuǎn)動方向）和模擬量（車速、油位等）。

GPS 模塊采用的是BD-83 雙模接收機模塊，支持GPS 和BD2 的單系統(tǒng)定位和雙系統(tǒng)聯(lián)合定位，內(nèi)置天線檢測及天線短路保護功能。GPRS 模塊采用的是G610 模塊，支持全球通用的850/900/1 800/1 900 MHz 四頻，內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議棧。語音報警模塊采用SYN6288 語音合成芯片，通過異步串口（UART）的通信方式，實現(xiàn)文本到語音的轉(zhuǎn)換。打印模塊采用JX-705-48R 系列熱敏打印機，通過微處理器的PWM 輸出驅(qū)動。

電源是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵點，關(guān)乎系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，由于記錄儀用于混凝土攪拌車，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場標準，采用24 V 穩(wěn)壓直流源。電源模塊采用降壓調(diào)整器LM2596S-5.0 將24VDC輸入轉(zhuǎn)為5 VDC 輸出。采用線性穩(wěn)壓器LP3872EMP-3.3 將4.2 V 轉(zhuǎn)為3.3 V，給微處理器供電。如圖2 所示。

圖2 電源原理圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件采用模塊化的方式，基于UCOS-II 多任務(wù)實時操作系統(tǒng)，對系統(tǒng)中建立的任務(wù)分配優(yōu)先級，任務(wù)間的通信主要采用共享全局變量的方式，利用宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()，確保在訪問變量的時候，不會有其他的任務(wù)或中斷同時訪問這個變量，軟件主流程圖如圖3 所示。

圖3 軟件主流程圖

記錄儀與貨運平臺的數(shù)據(jù)交互，采用GPRS 無線通信方式，記錄儀作為客戶端，貨運平臺作為服務(wù)器。無線通信采用GPRS 模塊的AT 指令編程，首先GPRS 模塊初始化，自適應(yīng)傳輸波特率，然后檢查SIM 卡和網(wǎng)絡(luò)注冊情況，注冊成功就配置網(wǎng)絡(luò)套接字（Socket），開啟一個Socket，建立與貨運平臺的TCP 或UDP 連接。連接成功后通過串口中斷接收服務(wù)器端數(shù)據(jù)，進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，并定時通過AT+MIPSEND 指令發(fā)送位置等工況信息到貨運平臺，流程圖如圖4 所示。

圖4 與平臺數(shù)據(jù)交互流程圖

5 結(jié)語

為了對記錄儀功能進行驗證，將其應(yīng)用于三一混凝土攪拌車，并在三一自主貨運平臺上，對記錄儀的位置和工況數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，每臺記錄儀對應(yīng)一個唯一的編號（SYMT 編號或GPS 編號），用于平臺信息查詢。

攪拌車在外施工時，在貨運平臺輸入記錄儀編號，可以獲取施工位置和工況數(shù)據(jù)，如圖5 所示，記錄儀出現(xiàn)超速、疲勞報警等報警時，平臺上可以查詢報警記錄，如圖6 所示。

圖5 位置信息

圖6 報警記錄

經(jīng)驗證，記錄儀能夠準確地記錄行車過程中的工況、報警等數(shù)據(jù)，為交通執(zhí)法提供了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)，而且GPS 位置定位有利于攪拌站對攪拌車的人工調(diào)度，具有很好的應(yīng)用前景。