基于STM32 的特种车辆行驶记录系统设计与实现

蔡亮明

(福州大学至诚学院，福州 350002)

2009年7月全国道路交通安全部际联席会议《关于进一步加强道路交通安全工作的意见》明确提出“加大对行驶车辆的动态安全监管，2009年完成在大型营运客车、危险化学品运输车、校车等特种车辆上强制安装使用汽车行驶记录仪，与此同时还要建立动态监控信息平台，实现不同部门间数据共享，加强动态安全的监管”［1］。如今国内外使用的汽车行驶记录仪［2］都具有行驶记录仪数据保存功能。在今后的发展中，它一定会与车辆的GPS 定位系统、GIS 地理信息系统、GSM 数字移动通信等其他电子系统相结合，向着大容量、管理专业化、系统化、数据无线传输和数据集成处理的方向发展［3］。虽然目前行车记录仪品牌众多，但大部分为单机版系统。而本系统开发的当班司机认证和动态汇报车内外情况都能很好满足特种车辆的管理。

1 技术背景介绍

汽车行驶记录仪是一种能够记录和再现汽车行驶状态的数字式电子记录装置［4］。实现类似于飞机“黑匣子”的设备，它可以全程保存车辆行驶的数据，并通过解析所记录的行驶信息数据，能够准确地掌控车辆行驶的各种状况。

Cortex-M3 处理器［5］使用的是ARMv7 构架。性能是ARM7 的两倍，功耗反而只有ARM7 的1/3，是典型的低功耗产品。Cortex-M3 的中断延迟极低，通常只需要12 个时钟周期就够了，Cortex-M3 还提供了一个可选的存储器保护单元(MPU)。所有这些，都使得Cortex-M3 更适用于汽车行驶记录仪的开发。

GPS 模块采用的是ALIENTEK 自主研发的一款性价比较高的ATK-NEO-6M GPS［6］模块，模块核心用的是UBLOX公司的NEO-6M 模组，多达50 个通道，可以达到-161dBm 的追踪灵敏度，测量输出频率最高可以达到5Hz，ATK-NEO-6M GPS 模块支持多种通信波特率，可以保存在模块自带的EEPROM 里面［7］。模块通过串口与外部系统连接，非常方便与ALIENTEK MiniSTM32 开发板相连。

非接触式IC 卡又名射频卡。非接触式IC 卡由芯片、感应天线组成，在一个标准的PVC 卡片内封装好，芯片和天线没有任何部分外露［8］。当IC 卡靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。

Longsung U8300W［9］在提供这种高速的数据接入的同时，还可提供例如短信、通讯簿等功能。还可广泛应用于到诸如移动宽带的接入、视频的监控［10］、手持的终端、车载的设备等众多的产品。U8300W 模块是双面布局的PCBA，双面均有屏蔽罩屏蔽和防护。

2 特种车辆行驶记录系统设计

系统设计框架如图1 所示。司机身份识别功能设计是系统设计的重要组成部分，司机身份识别功能是实现司机身份识别卡在读卡器上的读取，读卡器再将读卡结果发送给车载终端，车载终端完成卡号的接收与显示。基于STM32 行驶记录仪司机身份识别功能框图设计如图2 所示。车内外情况记录模块设计采用成熟的H.264 编解码技术，通用的摄像头模块实现和车载终端的连接。图像记录模块框架如图3所示。

4G 通讯模块设计:车载设备通过4G 模块向管理中心服务器发起UDP 连接。由于车载设备每次发起连接请求，都由4G 网络动态分配IP 地址。所以在中心服务器上看，车载设备每次连接的IP 地址及端口号都是不同的。车载设备和管理中心通讯如图4 所示。GPS 定位模块数据的采集与保存设计是通过GPS 模块采集数据并将定位信息保存在SD卡上。流程设计如图5 所示:

图1 系统设计框架图

图2 司机身份识别功能框图

图3 车内外图像模块框图

图4 4G 模块通讯框图

图5 GPS 模块数据采集保存框图

3 特种车辆行驶记录系统实现

司机身份识别功能实现: 初始化LCD，调用LCD_Show-String 函数将串口接收的司机身份识别卡卡号和已签到信息在LCD 屏上显示，实现了司机身份识别卡靠近移动通信读卡设备时，读取卡号。

车内外情况记录模块功能实现: 整个采集模块参考V4L2 视频采集框架编程，从一系列的参数设置开始，直到视频采集进入循环，采集后的数据转入编码压缩和视频传输模块，如图6 所示。4G 通讯模块和管理中心功能实现。当车载终端向管理中心注册和登陆成功后。如果点击视频通道的按钮，设备终端则将会发送当前的视频数据给中心平台，如果点击关闭，则会中断连接。通讯模块实现流程如图7 所示。GPS 数据采集并保存功能实现通过接收缓冲区GPS 数据即行驶记录仪数据写入SD 卡LCD 显示情况，每次写入512 字节数据。

图6 视频采集记录传送模块流程

图7 通讯模块流程

4 结束语

通过对特种车辆如运钞车、校车、“两危”车的调研，以及多次和客户沟通。同时为了满足车联网落地项目实施。比对当今流行的汽车行驶记录仪，补充车内监控，当班司机身份认证，定位信息和图像信息远传等功能后。实现特种车辆行驶记录系统基本满足了客户一期对特种车辆管理的要求。后续将按客户需求再开发一些增值功能。

［1］GB/T19056—2012，汽车行驶记录仪［S］.

［2］孙正席，裴东兴，张瑜.基于Cortex-M3 的汽车行驶记录仪设计［J］.计算机测量与控制，2012，20(4):15-19.

［3］陈挺.基于ARM Cortex-M3 的车辆行驶记录仪研究设计［D］.厦门:厦门大学，2013.

［4］吴坚.一种新型的汽车行驶记录仪的研究与设计［D］:杭州:浙江工业大学，2011.

［5］舒展.嵌入式系统综述［J］. 现代计算机:专业版，2011(5):44-46.

［6］赵燕，李炜.基于STC 单片机的GPS 定位显示系统设计［J］.南京工业职业技术学院学报，2014(4):25-28.

［7］u-blox.NEO-6 u-blox 6 GPS Modules Hardware Integration Manual［R］.u-blox:u-blox，2000.

［8］张柯，张琦.非接触式IC 卡技术原理与应用［J］.办公自动化，2011(201):31.

［9］潘慧，潘艳. TD-LTE 关键技术分析［J］. 中国新通信，2014(16):17-22.

［10］杨磊.车辆视频监控系统的构建及设计要点［J］.通信技术，2014(4):35-39.