基于物联网技术多功能行车记录仪应用研究

莫绍区 张万盛

摘 要：目前电动摩托车在使用时缺少安全记录仪，这就导致一旦电动摩托车出现意外情况很难对责任进行判定，并且一旦出现电动摩托车被偷盗的情况，也很难对电动摩托车进行追回，不利于电动摩托车的使用，这是现有技术电动摩托车使用的不足之处。基于以上的原因，本设计一款基于物联网技术的多功能行车记录仪，可以解决现有高速电动摩托车多功能联网安全记录仪来解决现有技术的不足。

关键词：物联网 行车记录仪 多功能

Abstract：At present， the lack of safety recorders on electric motorcycles makes it difficult to determine the responsibility once the electric motorcycle has an accident. And once the electric motorcycle is stolen， it is also difficult to judge the electric motorcycle. The recovery of the vehicle is not conducive to the use of electric motorcycles， which is a shortcoming of the use of electric motorcycles in the prior art. Based on the above reasons， this design is a multifunctional driving recorder based on the internet of things technology， which can solve the existing high-speed electric motorcycle multifunctional networked safety recorder to solve the deficiencies of the existing technology.

Key words：internet of things， driving recorder， multi-function

1 引言

随着我国电动摩托车保有量逐年增长，电动摩托车普及率也逐渐增高，据不完全统计，仅仅在广西南宁市2020年电动摩托车保有量就在300万辆左右位居全国第一，各大市、县、乡镇也同样拥有着大量的电动摩托车。所以在广西以及全国，未来越来越多人们将电动摩托车作为出行方式，但是發生交通安全事故的概率随之增大，据统计，仅仅从2014年到2018年广西南宁市涉电动自行车道路的交通安全事故造死亡人数为828人，其中事故中因赔偿问题和哪一方是否存在违反交通安全问题等，在没有记录数据视频的情况下非常难判定。还有电动摩托车安全防盗上也没有得到一个有效的解决措施，例如自近年以来电动摩托车及电池被盗事件频频发生，甚至于在南宁街头一夜之间有100多辆电动摩托车电瓶被偷，偷电瓶的有专门的犯罪团伙，如果电动摩托车上安装了此款行车记录仪那么在防盗问题上即可得到相应的解决，网联智能行车记录仪是作为创新实用型应用的产品，可以有效的记录电动摩托车行驶情况实时记录并上传至云端，并且在一定时间内设备可以记录事故及突发事件的过程，在平时电动摩托车停放过程中还可以有效的解决防盗及安全问题。

2 行车记录仪概述

电动摩托车是在多学科、高新技术基础上的集成产物，从现在出来的国家政策、法规、标准、技术、基础设施和售后服务等一系列的支持。电动摩托车的行业有着极大的发展潜力，同时电动摩托车作为一种现代化的交通代步工具，具有方便、快捷等优点，但是随着电动摩托车保有量的增加，城市环境的安全和偷窃等问题变得日益严重，于是电动摩托车的安全问题和防盗技术开发便提到了议事日程上来。

行车记录仪使用简洁并且容易安装，制造成本较低，又有极大的发展空间，也是一个较有潜力的研究方向。就实用性而言，此类产品预期会给广大的电动摩托车、电动自行车车主朋友的出行提供极大的安全保障及便利性;方便交通管理部门在遇到涉及电动摩托车、电动自行车发生交通安全事故时进行调查取证和责任判定;有利于公安部门在涉及电动摩托车、电动自行车发生盗抢时进行证据的收集及取证。

3 行车记录仪总体设计

设计的行车记录仪总体结构如图1所示，最为核心的主控模块采用的是89C51单片机，此外，行车记录仪还包括储存、电源、摄像头等模块，具体见图1。

摄像头通过USB接口与行车记录仪连接，然后摄像头将会对车辆周边的实时环境进行采集，由于摄像头采集得到的视频数据为图像格式，需要经过89C51单片机转换成RGB格式后，才能在LCD显示屏中显示。如果采用YUV摄像头，则采集的视频信息需要89C51处理器的多媒体模块进行压缩处理，然后储存至AVI文件中，最后才会储存到SD卡。

4 行车记录仪硬件设计

4.1 摄像头电路

89C51单片机上拥有的USB接口就是常规USB接口，可以直接与U盘、键盘、等USB接口设备相连，所以，本设计采用USB接口的摄像头，只需要将摄像头直接与单片机连接即可正常工作，设计方便简单，摄像头具体的电路图如图2所示。

4.2 SD卡槽电路

图3为SD卡槽的电路图，89C51单片机中COM0、COM1、COM2三个串口，经过串口转换线的转换，才能与SD卡槽连接，从而实现与PC机数据传输。

本文设计的行车记录仪采用的弹出式SD卡槽，因此使用的接口为CON6接口，SD卡储存最大可以达到32GB，可以实现在视频显示的同时，SD卡数据信息储存。可以直接与89C51单片机兼容，应用较为广泛。89C51单片机拥有LCD1、LCD2以及LCD3三个接口，液晶显示屏也拥有1、2、3接口连接，其中1和2接口采用0.5 mm间距的40 Pin贴片座，而3接口采用2 mm间距的40 Pin插针座。本设计中，液晶显示屏只与89C51单片机LCD1连接即可。同时为了提升数据传输的安全性，89C51单片机内置有两路安全数字输入输出接口，并且兼容目前市场上大部分型号SD卡。

5 摄像模块软件设计

5.1 摄像头工作原理

摄像头是数据信息采集的关键设备，其组成包括镜头、CMOS/CCD感光阵列、AGC电路、A/D转换电路、同步信号发生器等结构。CMOS/CCD感光阵列是摄像头理想的图像信息传感元件。

在镜头拍摄范围内的物体反射光线进入镜头，摄像头的镜头将会对反射光线进行聚焦，然后到达CMOS/CCD感光阵列，该机构将会每幅图像转换成电信号，同时AGC电路可以将电信号进行放大处理。由于核心处理器无法识别电信号，需要A/D转换电路将电信号转换成数字信号。同步信号发生器主要功能是实现垂直和水平扫描驱动信号，然后靠漫画驱动信号传输至IC进行图像处理，最终输出端即可输出一个标准的复合视频信号。图4为摄像头感光示意图。

5.2 颜色空间与格式转换

目前对于颜色的描述处理常用的RGB三原色外，还有极坐标、YUV亮度色度等多种不同方式。具体选择何种描述方式，则需要根据描述环境来确定。不同颜色描述方式通过转换，能够实现不同色彩的描述。

在摄像头颜色描述中，RGB三原色和YUV亮度色度是使用最为广泛两种方式，其中RGB三原色主要是将红、绿、蓝相互叠加来对颜色进行描述，此方式可以分为RGB888、RGB565等。YUV亮度色度主要是通过亮度及色度差来对一个颜色点进行描述，种类包括YUV444，YUV422，YUV420等。

本文根据设计需要，采用的是YUV亮度色度描述方式，变换公式为：

Y=0.30R+0.59G+0.11B

U=0.493（R-Y）=-0.15R-0.29G+0.44B

V=0.887（R-Y）=0.62R-0.52G-0.10B （1）

其中：Y为灰阶度;U和V为色度;R、G、B分别为红、绿、蓝3个颜色通道。公式表达式的差距主要体现在摄像头传感器上，有一些摄像头传感器能够设置YUV的输出的一定范围。需要明白关键的一点是，UV信号是蓝色差信号与红色差信号，从而在一定程度上代表的是蓝色和红色，基于这一点，可以更好地理解颜色空间变换。

6 系统测试与功能实现

6.1 系统登录模块

在这个窗口中需要输入用户名与密码，在输入用户名和密码之后点击登录。必须在用户名与密码正确的情况下才能通过认证进入系统，使用系统的各种功能。详情如图5所示。

6.2 功能模块实现

6.2.1 用户账号

操作人员点击系统的图标，双击之后会弹出一个窗口，要求操作人员填写相关信息并完成登陆，如图6所示。操作人员在本页面可查看相应的信息，要求操作人员输入对应的信息完成用户账号相关功能操作。操作人員依次选择对应的增加用户、修改用户、增加组、修改组、修改密码等功能。

6.2.2 系统主菜单

基系统主菜单功能包括：录像查询、系统信息、系统设置、远程设备高级选项、文件备份、关闭系统等功能。如图7所示。

系统信息包括了磁盘信息、码流统计、日志信息、版本信息、在线用户、远程设备信息等功能。

6.2.3 硬盘数据信息

操作人员点击主界面“查看硬盘录像时间”按钮，系统自动弹出“查看硬盘录像时间”窗口，如图8所示。用户点击“查看硬盘类型和容量”按钮可以查看硬盘类型和容量数据信息。用户点击向上翻页按钮可以查看上一页数据信息。用户点击向下翻页按钮可以查看下一页数据信息。

6.2.4 行车记录仪单目图像测距

在本系统中点击行车记录仪单目图像测距的功能按钮，就能在界面中显示出关于行车记录仪单目图像测距的功能，可以看到相应的信息，点击相应的功能按钮，就能在界面显示出对应的功能，如图9所示。

7 结语

本设计以89C51系列单片机为MCU的电动摩托车行驶状态记录仪，它能够监视电动摩托车在运行时的各种状态数据并记录在存储芯片当中。可以保证在行车的过程中记录意外和防盗以保留证据，并将电动摩托车行驶情况实时记录并上传至云端，在一定时间内设备可以记录事故及突发事件的过程，在平时电动摩托车停放过程中还可以有效的解决防盗及安全问题。随着我国电动摩托车保有量逐年增长，电动摩托车普及率也逐渐增高，据不完全统计，仅仅在广西南宁市2020年电动摩托车保有量就在300万辆左右位居全国第一，各大市、县、乡镇也同样拥有着大量的电动摩托车。所以在广西以及全国，未来越来越多人们将电动摩托车作为出行方式，但是发生交通安全事故的概率随之增大，据统计，仅仅从2014年到2018年广西南宁市涉电动自行车道路的交通安全事故造死亡人数为828人，其中事故中因赔偿问题和哪一方是否存在违反交通安全问题等，在没有记录数据视频的情况下非常难判定。还有电动摩托车安全防盗上也没有得到一个有效的解决措施，例如自近年以来电动摩托车及电池被盗事件频频发生，甚至于在南宁街头一夜之间有100多辆电动摩托车电瓶被偷，偷电瓶的有专门的犯罪团伙，如果电动摩托车上安装了此款行车记录仪那么在防盗问题上即可得到相应的解决，网联智能行车记录仪是作为创新实用型应用的产品，可以有效的记录电动摩托车行驶情况实时记录并上传至云端，并且在一定时间内设备可以记录事故及突发事件的过程，在平时电动摩托车停放过程中还可以有效的解决防盗及安全问题。此外，当车超速时系统将提醒司机减速发出警报。电动摩托车行驶状态记录仪的设计可以有效地防止司机违规驾驶和遏制重大交通事故，具有精度高，效率高和易于使用等优点。

项目来源：本研究受到广西科技师范学院大学生创新创业训练计划项目（编号S202111546123）资助。

参考文献：

[1]李东博.汽车行驶记录的研究[J].信息技术，2016（1）：93-94.

[2]董琳.基于S3C6410处理器U-boot SD卡启动方式的研究与实现[J].电子制作，2020（19）：96-97.

[3]孙春霞，孙江正.行驶记录仪关键技术研究与实现[J].自动化与仪器仪表，2016（11）：243-246.

[4]赵荣阳.基于嵌入式技术的多功能汽车行驶记录仪设计[J].钦州学院学报，2020，28（11）：6-9.

[5]张鑫，刘树昌，庄仲.嵌入式汽车行驶记录仪的设计[J].测试技术学报，2019，28（5）：400-404.

作者简介

莫绍区：（2001.02—），男，壮族，本科。研究方向：网联智能行车记录仪。