基于單片機(jī)的行車記錄儀的設(shè)計(jì)

PAGE天津科技大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1基于單片機(jī)的行車記錄儀的設(shè)計(jì)DESIGNOFDRIVINGRECORDERBASEDONMICROCOMPUTER專業(yè)：電子信息工程姓名：指導(dǎo)教師：申請學(xué)位級別：學(xué)士論文提交日期：學(xué)位授予單位：****大學(xué)摘要行車記錄儀是安裝在汽車上的一種裝置，他就像飛機(jī)上的黑匣子，可以隨時記錄車輛的行駛狀態(tài)和在道路情況，也可以時時的提醒開車人的交通狀況，讓開車人小心駕駛，避免交通事故，在發(fā)生一些交通事故時，還可以調(diào)取記錄儀記錄的信息做為交通事故發(fā)生時的證據(jù)，保障受害人的權(quán)益。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們出行必不可少的交通工具，與之而來的交通事故也逐年呈現(xiàn)出上升趨勢，如果使用行車記錄儀的話,就可以有效的遏止疲勞駕駛、車輛超速等交通違章行為，避免一些不必要的災(zāi)難。因此，行車記錄儀的出現(xiàn)極大的降低了交通事故的發(fā)生率。就目前來說，無論是國內(nèi)還是國外，對記錄儀的研究還都沒有達(dá)到一個很成熟的地步，或者是技術(shù)水平不夠，不能夠得到讓人滿意的效果，或者是費(fèi)用過高，不能有一個讓大眾可以接受的產(chǎn)品價格，因此現(xiàn)在記錄儀還沒有普及到每一輛汽車中，只是在一些長途客車上少量的使用，因此對記錄儀的研發(fā)還有很長的一段路要走。本畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的行車記錄儀不追求市場上那種強(qiáng)大的功能，它基于單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過GPS模塊的天線接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過GPS模塊處理后傳入單片機(jī)中，在單片機(jī)中將GPS數(shù)據(jù)解析為可識別的數(shù)據(jù)，然后連接液晶顯示將信息顯示出來。可以實(shí)時的顯示車輛的位置信息與車輛的行駛狀態(tài)。本文中詳細(xì)介紹了單片機(jī)的各個引腳功能以及如何實(shí)現(xiàn)和其他設(shè)備之間的通信。對于GPS模塊，詳細(xì)的介紹了GPS模塊的工作原理以及如何對接收到的信號進(jìn)行解析，最后詳細(xì)的介紹了如何借助軟件對解析完的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并在液晶屏中顯示，以及如何通過鍵盤切換液晶屏顯示的內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)記錄儀所要完成的功能，即實(shí)時記錄車輛的位置與行駛狀態(tài)。關(guān)鍵字：行車記錄儀；GPS模塊；黑匣子

ABSTRACTCardrivingrecorderisadevicewhichismountedinthecar,justliketheblackboxintheairplane,notonlycanwhichrecordthecar’srunningstateandtheproblemcomingfromtheroad,butalsocanconstantlyremindthedrivernoticingthetrafficcondition,letthedrivertodrivecarefully,heeventoftrafficaccidents,Itcanalsogetrecordinginformationobtainingfromtherecorderfortrafficaccident’sevidence,safeguardtherightsofthevictims.Withtherapiddevelopmentofsocialeconomy,theautomobilehasbecomethepeople'stravelindispensablecommunicationtool,withthetrafficaccidentalsoshowedarisingtrendyearbyyear,iftheuseoftherecorder,youcancurbfatiguedriving,speedingandothertrafficviolationseffectivelyavoidsomeunnecessarydisaster,therefore,vehicletravelingdatarecorderhasgreatlyreducedtheincidenceoftrafficaccidents.Atpresent,whetherdomesticorforeign,studyoftherecorderarestillnotreachedaverymaturestage,whethertechnicallevelisnotenough,cannotobtainsatisfactoryresultsorthecostistoohigh,cannotletthepublictoacceptthepriceoftheproduct,sonowrecorderhasnotspreadtoeverycar,justintheuseofasmallamountoflong-distancebus,sothestudytowardstherecorderhasalongwaytogo.Inthisarticle,mainlyintroducesthedesignofvehicletravelingdatarecorderbasedonMCU.DataisreceivedbytheantennaoftheGPSmoduleandthenitthroughtheGPSmodulewasintroducedintotheMCU.Inthemicro-controller,theGPSdataistranslatedfortheidentifiabledata,thendisplayinformationintheLCD.Itcandisplaythepositioninformationandthevehicledrivingstateofvehicleinreal-time.ThispaperintroducesindetailthecommunicationbetweenMCUeachpinfunctionandhowtoachievethecommunicationwithotherequipments.FortheGPSmodule,describingindetailtheworkingprincipleofGPSmoduleandhowtotranslatethereceivedsignaltotheidentifiabledata.FinallyadetaileddescriptionofhowtousethesoftwaretoprocessthedataparsedanddisplayedontheLCDscreen,andhowtousekeyboardswitchingliquidcrystaldisplayscreencontent,finallyrealizestherecordertocompletethefunctions,real-timerecordthepositionofthevehicleanddrivingstate.Keywords：Cardrivingrecorder；GPSmodule；theblackbox目錄TOC\o"1-2"\h\u1688第一章緒論 115358第一節(jié)行車記錄儀的簡介及研究的目的和意義 16971第二節(jié)國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀 227500第二章行車記錄儀系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 411407第一節(jié)行車記錄儀的主要功能與系統(tǒng)組成 428575第二節(jié)主要控制芯片的選擇 414598第三章行車記錄儀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 720911第一節(jié)單片機(jī)模塊 71637第二節(jié)GPS模塊 1114390第三節(jié)存儲模塊 1831688第四節(jié)液晶顯示模塊的硬件設(shè)計(jì) 1927098第五節(jié)鍵盤模塊 202660第四章行車記錄儀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 2230918第一節(jié)編程語言的選擇 2226829第二節(jié)主程序的設(shè)計(jì) 2327910第三節(jié)GPS接收模塊的軟件設(shè)計(jì) 2427276第四節(jié)數(shù)據(jù)存儲模塊的軟件設(shè)計(jì) 2531817第五節(jié)鍵盤和液晶顯示模塊的軟件設(shè)計(jì) 2615532結(jié)論 5532273714致謝 299085參考文獻(xiàn)： 3030982附錄 31天津科技大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE71第一章緒論近年來隨著我國科技的發(fā)展以及國民經(jīng)濟(jì)的快速提高,道路交通事故逐年呈現(xiàn)出上升趨勢,尤其是長途客運(yùn)車輛的重、特大道路交通事故頻頻發(fā)生,給國家和人民生命財產(chǎn)帶來了巨大損失。如果使用記錄儀的話,就可以有效遏止疲勞駕駛以及車輛超速等交通違章行為，避免一些不必要的災(zāi)難。除此之外，汽車行駛記錄儀在保障車輛行駛安全以及對道路交通事故的分析鑒定等方面都具有重要的作用。第一節(jié)行車記錄儀的簡介及研究的目的和意義在百度百科中，行車記錄儀的定義是這樣的一個東西，它可以說是使用在汽車上的黑匣子，它由汽車發(fā)動機(jī)提供能源，通過高清攝像鏡頭攝影，可以隨時實(shí)現(xiàn)錄像錄影的功能，記錄車輛行駛過程中的影像及聲音，當(dāng)意外發(fā)生時，可以提取記錄儀記錄的信息做為交通事故的證據(jù)，保障駕駛?cè)俗晕覚?quán)利。汽車在安裝行車記錄儀后，就能夠用它來記錄汽車行駛?cè)^程中的視頻圖像和聲音，記錄儀內(nèi)部還配置有沖擊傳感器，我們可以設(shè)置沖擊力敏感度的值，當(dāng)外界對汽車造成的沖擊力大于所設(shè)置的值時，導(dǎo)致該沖擊力的現(xiàn)場數(shù)據(jù)就會被記錄下來，調(diào)取這些數(shù)據(jù)就可以為交通事故提供證據(jù)。那些喜歡自己駕車旅游的朋友，還可以用它來記錄旅游路上的所見所聞。一邊開車一邊錄像，同時把時間、速度、所在位置都記錄在錄像里，相當(dāng)于飛機(jī)上的“黑匣子”。此外記錄儀也可以被用作家庭DV來拍攝我們生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，也可以做為家用監(jiān)控使用。平時也還可以做停車監(jiān)控。近年來隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人民都過上了好的生活，都擁有了屬于自己的汽車，隨之而來的也就導(dǎo)致了道路擁堵，交通事故頻繁發(fā)生等交通問題，并且事故發(fā)生率呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢,這其中以大型長途客運(yùn)汽車為甚。頻繁發(fā)生的重大交通事故給國家和人民生命財產(chǎn)帶來了巨大損失。如果使用記錄儀的話,就可以有效的遏止疲勞駕駛、車輛超速等交通違章行為，避免那些不必要的災(zāi)難。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的行駛記錄儀的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單純事故記錄功能，目前國內(nèi)外使用的記錄儀一般都兼有多種功能，例如事故記錄功能和行駛記錄儀的功能。從目前的發(fā)展來看，他一定會與汽車的其他電子系統(tǒng)（如GPS定位系統(tǒng)、GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)、圖像監(jiān)控識別系統(tǒng)等）相結(jié)合，向著大容量、模塊化、系統(tǒng)化、數(shù)據(jù)無線傳輸和數(shù)據(jù)集成處理的方向發(fā)展。[1]借助強(qiáng)大的信息網(wǎng)絡(luò)，最終使它成為一種對車輛運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時的信息記錄、監(jiān)控并且為車輛提供科學(xué)、合理調(diào)度的管理系統(tǒng)，在確保現(xiàn)代道路交通安全運(yùn)輸和高效物流動態(tài)營運(yùn)管理上起到了不可或缺的重要作用。雖然行車記錄儀以后有很大的發(fā)展前景，但是就目前來看，行車記錄儀的發(fā)展還存在很多的問題。例如產(chǎn)品的質(zhì)量問題，售后服務(wù)問題以及功能標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問題等。目前安裝的記錄儀大多都是為運(yùn)輸企業(yè)的內(nèi)部管理服務(wù)，完全無法滿足交警執(zhí)法的需要。而且一些汽車司機(jī)們對安裝行駛記錄儀抱有很大的抵觸情緒，認(rèn)為安裝記錄儀會對自己產(chǎn)生很大的約束，抵觸心理特別的強(qiáng)烈，并沒有意識到記錄儀對行車安全的重要性。從執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)上來講，現(xiàn)有《汽車行駛記錄儀》國家標(biāo)準(zhǔn)只是推薦性使用標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于記錄儀的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證、安裝使用范圍、違規(guī)處罰等都沒有明確的、具有法律約束力的規(guī)定。[1]在價格上，現(xiàn)在市場上出售的行車記錄儀價格普遍較高，從15000元到50000元不等，大部分用戶都無法承受。因此對汽車行駛記錄儀的研究還有很長的路要走，如何制造出符合大眾要求，可以滿足各行業(yè)的人需要的好的產(chǎn)品，還需要我們很多人的努力。第二節(jié)國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀國外有關(guān)在國外，由于汽車普及的比較早，大量的交通事故問題也就更早的被意識到。為了能夠降低汽車發(fā)生交通事故的頻率、駕駛?cè)说奈ｋU系數(shù)與國家承受的損失，人們想出了各種辦法。在這樣的情況下，行車記錄儀的概念誕生了。最先推出記錄儀產(chǎn)品的地方是歐洲，那時的記錄儀主要采用機(jī)電模擬的方式實(shí)現(xiàn)，即機(jī)械式汽車行駛記錄儀。采用這種技術(shù)生產(chǎn)的記錄儀使用了很長一段時間，直到2000年歐盟推廣使用的汽車行駛記錄儀仍然大多采用這種技術(shù)。這種記錄儀使用起來特別不方便，以紙盤機(jī)械式汽車行駛記錄儀為例，要想使用這種記錄儀必須要人工填寫姓名、行駛里程等，非常繁瑣。除此之外，這種產(chǎn)品價格還特別昂貴，維護(hù)費(fèi)用也很高。隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，歐盟開始制訂數(shù)字式記錄儀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，并規(guī)定從2004年8月起，那些新注冊的機(jī)動車必須安裝這種數(shù)字式的汽車行駛記錄儀，從那時起，傳統(tǒng)的紙盤試記錄儀就慢慢的退出了人們的生活。目前較為常見的電子式記錄儀包含記錄儀、顯示器、數(shù)據(jù)采集處理卡、傳感器以及PC機(jī)處理軟件等幾個部分，其中傳感器用來采集數(shù)據(jù)，顯示器用來顯示實(shí)時的道路信息與車輛信息，數(shù)據(jù)采集處理卡用來存儲行駛記錄儀采集到的數(shù)據(jù)，PC處理軟件用來對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理和事故分析。2001年8月，日本某科研小組研制出一種極其先進(jìn)的汽車行駛記錄儀，它可以記錄交通事故發(fā)生時的駕駛數(shù)據(jù)。它通過傳感器記錄速度、方向角度、剎車或急轉(zhuǎn)彎使汽車達(dá)到的加速度等信息，當(dāng)這些數(shù)據(jù)超過一定的界限時，便判斷為“事故”，并將“事故”發(fā)生前十秒和后五秒間的各種數(shù)據(jù)自動記錄入磁盤中。同時采用圖像處理技術(shù)，利用相機(jī)自動記錄“事故”發(fā)生前十秒和后五秒這段時間內(nèi)從駕駛席上能看到的事故場面。但是這種基于傳感器和圖像處理技術(shù)的汽車行駛記錄儀價格特別昂貴，因此這種產(chǎn)品還在萌芽中就被扼殺了。2.國內(nèi)相關(guān)我國對行車記錄儀的研究和實(shí)踐相對較晚，是從20世紀(jì)80年代末期才開始的。最初設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，使用磁帶來作為存儲介質(zhì)，實(shí)時的記錄車輛走過的路線。但這項(xiàng)發(fā)明在當(dāng)時不是很成功。隨著社會的進(jìn)步，汽車在我們社會越來越普及，交通網(wǎng)也就變得原來越復(fù)雜，以前的行車記錄儀根本無法滿足大眾以及交警執(zhí)法的要求。為了適應(yīng)交通管理和行車安全的需要，行車記錄儀的功能在其發(fā)展過程中也隨著需要進(jìn)行著功能上的擴(kuò)展，使它并不僅僅只局限于事故分析，在車輛監(jiān)控、車輛狀態(tài)記錄及報警、交通宏觀控制、車輛管理等方面都也能起到很大的作用。相比國外的機(jī)械式行車記錄儀，我國的產(chǎn)品均為數(shù)字式的產(chǎn)品，能夠?qū)崟r監(jiān)測記錄車輛行駛的各種狀態(tài)信息并且還可以有效準(zhǔn)確地鑒別駕駛員身份，同時還具備超速報警功能，串口通信功能以及打印輸出功能。并且都具備體積小巧、價格合理、無需專人維護(hù)且使用方便等特點(diǎn)。作為智能交通系統(tǒng)的一個組成部分，行車記錄儀發(fā)展迅速，目前已經(jīng)在物流、車輛出租和長途運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域開始應(yīng)用。我國公安部門已經(jīng)明令要求所有長途運(yùn)輸客車必須安裝行車記錄儀。到目前為止，雖然國內(nèi)記錄儀的市場已經(jīng)初具規(guī)模，但是還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來對記錄儀的生產(chǎn)進(jìn)行管理，比如各種記錄儀產(chǎn)品在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)傳輸方式等方面還是有較大差異的，這些都不利于實(shí)現(xiàn)對記錄儀的大面積推廣和規(guī)范管理。而且現(xiàn)在的記錄儀產(chǎn)品大多都采用的8位或者16位單片機(jī)做為主處理器，這也將極大地限制記錄儀系統(tǒng)的接口擴(kuò)展，功能的完善以及實(shí)時性能的提高。因此在我國對于記錄儀的研發(fā)道路還有很長的路要走。第二章行車記錄儀系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)第一節(jié)行車記錄儀的主要功能與系統(tǒng)組成本文設(shè)計(jì)的行車記錄儀所具有的主要功能是利用GPS模塊接收數(shù)據(jù)，通過具有處理功能的芯片的處理，可以把數(shù)據(jù)顯示到液晶屏上，做到實(shí)時記錄車輛的位置信息和車輛行駛的狀態(tài)信息。并且可以將數(shù)據(jù)記錄到存儲器中保存起來，當(dāng)用到時可以隨時的調(diào)用出來。根據(jù)系統(tǒng)的主要功能大致可以將這個系統(tǒng)分為以下幾個部分：1.GPS模塊，整個行車記錄儀最重要的模塊之一，用來接收來自GPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，并可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理變成處理器可以識別的數(shù)據(jù)。2.中央處理模塊，整個行車記錄儀的核心部件，用來處理來自GPS模塊信號的模塊，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，使之在液晶屏中顯示出來，并且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到存儲模塊中保存起來，是最重要的模塊3.液晶顯示模塊，可已將接收到的數(shù)據(jù)以文字的格式在屏幕上顯示出來4.鍵盤模塊，用來控制液晶屏翻頁，顯示收到的不同的信息5.供電模塊，用來提供整個設(shè)備正常工作的電源根據(jù)所要用到的模塊，可以得到整個設(shè)備的大致框圖：圖2.1系統(tǒng)整體框圖第二節(jié)主要控制芯片的選擇控制芯片是整個行車記錄儀系統(tǒng)的核心，是最重要的部分，本次設(shè)計(jì)的要求是基于單片機(jī)的行車記錄儀的設(shè)計(jì)，所以控制芯片必須是單片機(jī)。雖然選定了控制芯片為單片機(jī)，但是單片機(jī)的種類多種多樣，迄今為止，市場上出售的單片機(jī)產(chǎn)品的種類有60多類，每一類都包含十多個品種。如果按照CPU對數(shù)據(jù)處理位數(shù)來分的話，單片機(jī)通常可以分為4位單片機(jī)，8位單片機(jī)，16位單片機(jī)和32位單片機(jī)。單片機(jī)的位數(shù)不同，實(shí)現(xiàn)的功能以及試用的場合也就不一樣，雖然我們可以理解為單片機(jī)可以處理的位數(shù)越高單片機(jī)越好，但在不同的場合我們用最適合的單片機(jī)才是性價比最高的選擇。4位單片機(jī)是處理位數(shù)最少的一種單片機(jī)，它的的控制能力很弱，CPU一次可以處理的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)僅僅只有四位。這類單片機(jī)在小型的計(jì)算器、簡單的智能模塊以及家電控制器中應(yīng)用的比較廣泛。由于處理位數(shù)太少，并不能夠?qū)Ρ敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)中需要處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行很快很好的處理，因此在本次設(shè)計(jì)中我們不采用它。8位單片機(jī)是指一次可以處理八位二進(jìn)制數(shù)的微型控制器，它的的控制功能較強(qiáng)，品種也最為齊全。和上面提到的那款相比，它的存儲器可以存儲大量的內(nèi)容，可尋址的范圍也特別廣，除此之外它還有更多的中斷源、I/O口（并行）和定時器/計(jì)數(shù)器，以及可以進(jìn)行全雙工通信的的串行口。指令系統(tǒng)也比較完善，該種單片機(jī)的指令系統(tǒng)不僅增設(shè)了乘除指令，為了使程序設(shè)計(jì)更加簡單，可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，它還增加了比較指令。為了使單片機(jī)適應(yīng)更多的場合，還研制出了好多增強(qiáng)型單片機(jī)，這樣的單片機(jī)不僅增加了A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，還集成有定時器/比較寄存器、看門狗定時器、BUS控制部件和晶體振蕩電路等功能。由于這種類型的單片機(jī)片內(nèi)資源豐富并且有強(qiáng)大的處理功能，所以在工業(yè)控制、智能儀表、家用電器和自動化辦公系統(tǒng)中應(yīng)用的比較廣泛。16位單片機(jī)是在20世紀(jì)80年代才慢慢的發(fā)展起來的。這類單片機(jī)的CPU是16位的，運(yùn)算速度普遍比8位的單片機(jī)要高，有的16位單片機(jī)尋址能力可以達(dá)到1MB，片內(nèi)含有A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路，并且支持像C語言這類的高級語言。這類單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和8位單片機(jī)差不多，都是用在工業(yè)控制，自動化辦公系統(tǒng)以及工程控制系統(tǒng)中，他們比8位單片機(jī)具有更好的性能，可以完成一些8為單片機(jī)不能完成的東西。32位單片機(jī)是指一次可以處理32位二進(jìn)制數(shù)的微控制器，是單片機(jī)中最優(yōu)秀的產(chǎn)品，具有極快的處理速度。近年來，隨著科技的發(fā)展，32位單片機(jī)的市場前景被廣泛看好。例如ARM單片機(jī)，作為一款32位的微處理器，ARM與普通的8位單片機(jī)相比，其處理效率要高很多很多。一般的情況下人們談到ARM時經(jīng)常會把它和嵌入式操作系統(tǒng)聯(lián)系在一起，因?yàn)槔肁RM實(shí)現(xiàn)嵌入式是一個非常好的選擇方案。雖然ARM的各種性能都非常好，16位單片機(jī)的性能也要高于8位單片機(jī)，但是如果在本次設(shè)計(jì)的行車記錄儀系統(tǒng)中使用16位單片機(jī)或者更好的ARM單片機(jī)完全是一種資源的浪費(fèi)，因?yàn)橐粋€8位的單片機(jī)就可以完全滿足開發(fā)的要求了。而且平時我們對于8位的單片機(jī)了解得比較多，上手起來也非常容易，所以在本次設(shè)計(jì)中8位的單片機(jī)是最好的選擇。目前流行的8為單片機(jī)很多例如AVR單片機(jī)，PIC單片機(jī)和我們最熟悉的51系列單片機(jī)，在這幾個品種中，每種單片機(jī)也都有各自的優(yōu)點(diǎn)：C51單片機(jī)是51單片機(jī)和C語言程序設(shè)計(jì)的簡稱，在大學(xué)階段我們都對51單片機(jī)有一定的了解，所以在學(xué)習(xí)51系列的其它單片機(jī)時也會很容易上手因此，此類單片機(jī)可以作為首選。PIC單片機(jī)種類很多，他的優(yōu)點(diǎn)是比其它的單片機(jī)(例如51單片機(jī)，AVR單片機(jī))都要穩(wěn)定一些，所以這類單片機(jī)一般用在社會上對穩(wěn)定性的要求比較高的場合。PLC單片機(jī)運(yùn)行很穩(wěn)定，但是和他的穩(wěn)定性相對應(yīng)的就是它的價格普遍很高，它的核心其實(shí)也可以說就是一個51單片機(jī)，區(qū)別就在于它在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上又加了很多的隔離器，這樣在應(yīng)用過程中就不會有像單片機(jī)那樣多的干擾，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域一般是在強(qiáng)電設(shè)計(jì)方面，例如工控行業(yè)。AVR是ATMEL公司的一個系列的產(chǎn)品,其性價比較高,如果我們設(shè)計(jì)的產(chǎn)品對穩(wěn)定性沒有太大的要求的話，這款單片機(jī)算是一個比較不錯的選擇，它擁有哈佛結(jié)構(gòu)和RISC，具有處理功能強(qiáng)、效率高等特點(diǎn)。了解了各類單片機(jī)的特點(diǎn)與各自具有的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合自己的實(shí)際選擇一款單片機(jī)就變得很容易了。因?yàn)樵诖髮W(xué)階段，主要學(xué)習(xí)的單片機(jī)就是89C51單片機(jī)，而且C語言也是大學(xué)中必修的一門課程，這兩樣?xùn)|西都是很熟悉的東西，而且C51系列單片機(jī)在性能上也完全可以滿足開發(fā)所需要的要求，所以C51系列單片機(jī)是最佳的選擇。因此在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我選擇的是STC公司生產(chǎn)的90C51系列的單片機(jī)。STC單片機(jī)完全兼容51單片機(jī)，并有其獨(dú)到之處，其抗干擾能力極強(qiáng)，保密性也很不錯，功耗低，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程升級，內(nèi)部還配置有MAX810專用復(fù)位電路，價格也較便宜，性價比非常高，最重要的是上手容易，而且擁有不錯的性能。

第三章行車記錄儀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第一節(jié)單片機(jī)模塊1.1STC90C516RD+系列單片機(jī)簡介STC90C516RD+系列單片機(jī)是高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼對傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)完全的兼容，并且還有可供選擇的兩種時鐘周期（12時鐘/機(jī)器周期以及6時鐘/機(jī)器周期），內(nèi)部配置有專用的復(fù)位電路MAX810，時鐘頻率在12MHz以下時，復(fù)位腳可直接接地。1.增強(qiáng)型6時鐘/機(jī)器周期，12時鐘/機(jī)器周期；2.工作電壓：3.7V-5.5V/2.4V-3.8V；3.工作頻率的范圍：0至40MHz，相當(dāng)于一般的51系列的單片機(jī)0至80MHz的頻率范圍；4.用戶應(yīng)用程序空間4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/61K/字節(jié)；5.片上集成128/256/512字節(jié)的RAM；6.通用I/O口，復(fù)位后的P1/P2/P3/P4口全都是準(zhǔn)雙向口（相當(dāng)于一般的51系列單片機(jī)的I/O口）；7.內(nèi)含ISP/IAP；8.EEPROM；9.看門狗定時器；10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，外部晶體12M以下時，可以省去外部的復(fù)位電路，只要把復(fù)位引腳接地即可；11.共3個16位定時器/計(jì)數(shù)器，當(dāng)需要時我們可以把定時器0當(dāng)成2個8位定時器使用，這樣就可以擴(kuò)展為四個定時器；12.4路外部中斷，分別由下降沿觸發(fā)和低電平觸發(fā)；13.通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個UART；[2]14.工作溫度范圍：0-75℃/-40-+85℃。1.2STC90C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC90C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。STC90C51系列單片機(jī)中包含很多種模塊，像中央處理器模塊，程序存儲器模塊，數(shù)據(jù)存儲器模塊，定時/計(jì)數(shù)器模塊，UART串口，I/O接口，EEPROM，看門狗模塊等。這個系統(tǒng)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可以稱得上是一個完整的片上系統(tǒng)。STC90C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下：圖3.1STC90C51RD+系列內(nèi)部框圖1.3STC90C51系列單片機(jī)引腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位雙向I/O口。當(dāng)P0口的管腳輸入1時，顯示高電平輸入。當(dāng)P0口被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位時還可以用于外部程序/數(shù)據(jù)存儲器。當(dāng)我們在用單片機(jī)做FIASH編程時會輸入源碼，進(jìn)行校驗(yàn)時會輸出源碼，這時我們就可以從P0口進(jìn)行輸入和輸出。如果這樣做的話P0口外部必須接上拉電阻。P1口：P1口也是一個8位雙向I/O口。當(dāng)P1口的被輸入1時，該引腳會被置為高電平，此時P1為信息的輸入端口，當(dāng)P1口被置為0，則該引腳被置為低電平時，此時成為信息的輸出端口。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口主要是作為低八位地址的接收端口。P2口：P2口為8位雙向I/O口，當(dāng)給P2口輸入“1”時，該引腳被置為高電平，此時它作為輸入端口。當(dāng)把P2口做為外部的程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取的接口時，此時P2口輸出的為地址的高八位數(shù)據(jù)。如果對外部的數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫操作時，P2口輸出內(nèi)容為它的特殊功能寄存器中的值。當(dāng)P2口用在FLASH編程和校驗(yàn)時，他接受到的是數(shù)據(jù)高八位的地址信號和控制信號。P3口：P3口也是雙向I/O口，當(dāng)P3口被寫入“1”后，該端口被置為高電平，用于數(shù)據(jù)的輸入。P3口除了上面提到的功能外，還可以作為STC90C51的一些特殊的功能接口，例如有以下備選功能：P3.0（RXD口）和P3.1（TXD口）相對應(yīng)，他們可以分別作為串行口的輸入和輸出（串行輸入口）；P3.2和P3.3相對應(yīng)，他們可以分別作為/INT0和/INT1，即外部中斷0和外部中斷1的接口；P3.4和P3.5是一組相對應(yīng)的接口，他們可以分別做為外部T0和T1的輸入端口（T指的是定時器）；P3.6和P3.7相對應(yīng)，他們分別是外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫選通接口，其中/WR表示寫選通，/RD表示讀選通；P3口的另外一種功能就是可以為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST為單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存對低位的地址字節(jié)有效。在用FLASH進(jìn)行編程的時候，這個引腳為脈沖的輸入引腳。/PSEN：外部程序存儲器選通信號。在外部程序存儲器取地址的時候，每個機(jī)器周期該引腳有效兩次。/EA/VPP：該引腳為低電平時，不管內(nèi)部是否有程序存儲器，都是外部程序存儲器（低值范圍從0000H到FFFFH）工做。只有當(dāng)該引腳為高電平時，內(nèi)部程序存儲器才開始工做。XTAL1和XTAL2可以分別作為反向振蕩放大器的輸入和輸出端，其中前者可以作為內(nèi)部時鐘工作電路的輸入端口。振蕩器特性:我們可以把這兩個振蕩器配置為片內(nèi)振蕩器。如果我們采用外部時鐘源驅(qū)動器件的話，我們應(yīng)該把XTAL2引腳懸空。因?yàn)榻o振蕩器內(nèi)部輸入時鐘信號時會通過一個二分頻的觸發(fā)器模塊，因此這個對外部時鐘信號的脈寬沒有什么要求，但是需要注意的是，我們必須得保證輸入信號的脈沖的高低電平所要求的寬度。1.4時鐘電路設(shè)計(jì)時鐘電路就像整個單片機(jī)系統(tǒng)的心臟部分，由他來控制整個芯片的工作，CPU就是通過復(fù)雜的時序電路完成不同的指令功能。單片機(jī)的外部晶振電路如圖3.6所示：圖3.2外部晶振連接圖1.5復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是將單片機(jī)做重新初始化的操作。為了使CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，單片機(jī)在啟動運(yùn)行時，都需要先進(jìn)行復(fù)位操作，以便能有一個統(tǒng)一的工作狀態(tài)，因此復(fù)位是一步很重要的操作，但是大多數(shù)的單片機(jī)不具備自動復(fù)位的功能，雖然在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中所用到的單片機(jī)在晶振頻率為12M以下時可以直接將復(fù)位引腳接地進(jìn)行復(fù)位，但是這次用到的單片機(jī)晶振的頻率為12M，所以不能直接進(jìn)行復(fù)位，所以必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的上電自動復(fù)位電路如圖3.7所示：圖3.3上電自動復(fù)位電路第二節(jié)GPS模塊1.1GPS簡介GPS全稱為GlobalPositioningSystem全球定位系統(tǒng)，他由空間部分，地面控制部分和用戶設(shè)備部分三部分組成。GPS的空間部分是由均勻分布在6個軌道面上距離地球表面兩萬多米的24顆衛(wèi)星組成。除此之外，在軌道上運(yùn)行的還有另外四顆作為備份的衛(wèi)星。這24顆衛(wèi)星分布均勻，無論何時都可以保證在全球的各個角落觀測到4顆以上的衛(wèi)星，以便能夠隨時保持良好的定位服務(wù)。這就保證了隨時隨地的進(jìn)行連續(xù)的全球定位導(dǎo)航工作。GPS向地面發(fā)射兩組電碼，P碼(PreciseCode10123MHz）和C/A碼(Coarse/AcquisitionCode11023MHz)。P碼頻率較高，因此有很強(qiáng)的抗干擾能力和準(zhǔn)確的定位精度，但是它受到了美國軍方的管制。由于被設(shè)定了密碼，民間無法解讀，所以它主要為美國的軍方服務(wù)。C/A碼則不同，C/A碼為了開放給民間使用被人為的采取措施降低了精度。地面控制部分由三部分組成，他們分別是主控站，全球監(jiān)測站和地面控制站。主控制站位于美國科羅拉多州，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息。監(jiān)測站裝配有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星的接受機(jī)。它們將從衛(wèi)星接收到的觀測數(shù)據(jù)（包括電離層和氣象數(shù)據(jù)）經(jīng)過初步處理后傳送到主控站。主控站再從各監(jiān)測站收集數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數(shù)，然后將結(jié)果送給地面控制站。當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行至地面控制站上方時，控制站將這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息及主控站指令發(fā)送給衛(wèi)星。這種工作每天對每個衛(wèi)星執(zhí)行一次，并在衛(wèi)星離開主控站作用范圍之前進(jìn)行最后的信息注入。假如某一地面控制站發(fā)生了故障，那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還是可以使用一段時間的，但是隨著時間的增長，衛(wèi)星的導(dǎo)航精度也會逐漸的降低。所謂的用戶設(shè)備部分其實(shí)就是一種信號接收設(shè)備（即GPS信號接收機(jī)）。它的主要功能就是可以捕獲到衛(wèi)星，并追蹤這些衛(wèi)星在宇宙空間中的運(yùn)行。當(dāng)它接收到被他追蹤的GPS通訊衛(wèi)星所發(fā)射出的信號之后，就可以測量并計(jì)算出接收天線至通訊衛(wèi)星之間的偽距離和距離的變化率，[3]通過這些數(shù)據(jù)來解調(diào)出通訊衛(wèi)星運(yùn)行的軌道參數(shù)等有效數(shù)據(jù)。將接收到的這些數(shù)據(jù)輸入到該設(shè)備中的微處理計(jì)算機(jī)中，根據(jù)定位解析算法進(jìn)行定位計(jì)算，就可以計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)度、緯度、高度、海拔、時間、速度等各種我們需要得到的信息。完整的GPS用戶設(shè)備是由硬件部分、軟件部分和GPS數(shù)據(jù)處理后的軟件包構(gòu)成的。GPS接收機(jī)又由天線部分和接收部分組成。接收機(jī)一般采用雙電源進(jìn)行供電，即機(jī)內(nèi)和機(jī)外電源。機(jī)內(nèi)電源的作用在于當(dāng)你在更換外電源時不至于中斷接收機(jī)對衛(wèi)星的連續(xù)觀測。在用機(jī)外電源時，機(jī)外電源會給機(jī)內(nèi)電池進(jìn)行充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池也會繼續(xù)為RAM存儲器供電來防止存儲在RAM存儲器中的數(shù)據(jù)丟失。目前各種類型的接受機(jī)體積被做的越來越小，重量也越來越輕，越來越便于用在野外觀測中。1.2GPS接收機(jī)的性能與結(jié)構(gòu)GPS衛(wèi)星全部都采用展頻技術(shù)來向地面發(fā)射信號，兩個載頻發(fā)射(L1波長為19cm，頻率f1=154×10.23MHz；L2波長為24cm，頻率f2=120×10.23MHz)的信號傳輸速率為50Hz，調(diào)制方式為二相鍵控(BPSK)調(diào)制，且信號被調(diào)制在偽隨機(jī)碼上。GPS的偽隨機(jī)碼分為P碼、C/A碼和Y碼三種：①P碼稱為精碼，一般用在精密定位服務(wù)上。它的周期長為7d，碼頻率為10.23MHz，既然可以稱為精碼，因此無論是定位還是時間速度等都有很高的精度。它的時間精度已經(jīng)超越了納秒的水平為100ps，定位精度為16m，速度精度也達(dá)到了0.1m/s。②C/A碼被稱為粗碼，也可以稱他為標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)碼。它具有周期短頻率低等優(yōu)點(diǎn)，他的周期僅為1ms；碼的頻率也僅有1.023MHz，它的一個周期中有1023個碼位。由于它的搜捕時間很短，所以特別適合用于快速提供精度不高的定位信息。定位精度為40m。③Y碼和P碼相類似，都屬于精密定位服務(wù)碼。但是它的編碼比P碼復(fù)雜得多。GPS最開始的用處就是用在美國軍方的軍事活動，軍事科研等方面，雖然后來對民間開放，但是美國軍方對GPS的使用范圍進(jìn)行了一些控制，只有C/A碼和廣播星歷向全球開放。雖然美國對GPS的C/A碼做了開放，但又不是絕對的開放，他們對C/A碼又采用了SA方式，限制了C/A碼的精度，使得水平定位的精度變?yōu)橐话倜椎母怕蕿榘俜种攀?。美國在GPS系統(tǒng)中采用的SA措施，對用戶是個很大的限制，為了針對這種限制，使這種限制降到最低，又發(fā)展了稱為DGPS的差分GPS技術(shù)。由于采用差分編碼技術(shù)，使得測量的定位精度得到了極大的提高，因此在大地的實(shí)際測量中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。GPS定位的基本原理實(shí)際上是比較簡單的。由于每個地方都能監(jiān)測到四顆衛(wèi)星，這4顆衛(wèi)星同時向GPS接收機(jī)發(fā)射時鐘信號，我們將它取名為Dt，GPS接收機(jī)將收到的時鐘信號與自身的標(biāo)準(zhǔn)時鐘進(jìn)行對比，就可以得出時鐘偏差，這就是衛(wèi)星信號傳播所需要的時間，我們將它乘以3*108m/s，就可以計(jì)算出衛(wèi)星信號傳播的距離。于是我們得到這樣的一個簡單的多元方程組：(Ai-Ua)L+(Bi-Ub)L+(Ci-Uc)L=(Ri-Cb)L這里Ai、Bi、Ci分別代表四顆衛(wèi)星的位置參數(shù)，由GPS衛(wèi)星以50Hz的速率向全球不間斷廣播。Ua、Ub、Uc為接收機(jī)的位置。Ri即為傳播距離：Ri=c×Dti。Cb為用戶的標(biāo)準(zhǔn)時鐘偏差參數(shù)。于是得到含有四個未知數(shù)Ua、Ub、Uc、Cb的四個方程。一般來說這樣的方程都有唯一的解，由此我們就可以得到準(zhǔn)確的位置參數(shù)信息。作為GPS用戶部分的主要部件—GPS接收機(jī)，主要是用來接收和處理來自GPS衛(wèi)星發(fā)送的位置信息。它主要由主機(jī)天線、運(yùn)算單元、輸出通道等三個大部分構(gòu)成。主機(jī)的核心是低噪放大器、信道電路、中央處理器、存儲器等模塊；[4]我們可以借助軟件將衛(wèi)星信息進(jìn)行接收、采集、放大、識別、存儲、處理等操作以便能夠輸出有用的定位信息、速度信息和時間信息。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用的GPS模塊采用瑞士U-BLOX公司的NEO-5Q主芯片，此芯片為多功能獨(dú)立型GPS模塊，它以ROM為基礎(chǔ)架構(gòu)，具有成本低，體積小等眾多優(yōu)點(diǎn)。在接收端采用U-BLOX公司最新的Kick-Start微弱信號攫取技術(shù)[5]，無論天線尺寸多大，設(shè)備所處的位置如何，只要可以接收到GPS信號，都可以確保采用此模塊的設(shè)備能夠有最佳的初始定位性能并進(jìn)行快速定位。1.3GPS信號的數(shù)據(jù)解析GPS上電后，每隔一定的時間就會返回一定格式的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為：$信息類型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x每行開頭的字符都必須是‘$’，緊接著是信息類型，最后面的部分是數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)以逗號分隔開。一行完整的數(shù)據(jù)如下：$GPRMC,080655.00,A,4546.40891,N,12639.65641,E,1.045,328.42,170809,,,A*60信息類型一共可以分為以下幾種類型：GPGSV：可見衛(wèi)星信息GPGLL：地理定位信息GPRMC：推薦最小定位信息GPVTG：地面速度信息GPGGA：GPS定位信息GPGSA：當(dāng)前衛(wèi)星信息在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們只用到了GPRMC和GPGGA的信息，因此在這里我們只對GPRMC和GPGGA的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)解析的介紹。（1）GPRMC數(shù)據(jù)詳解GPRMC數(shù)據(jù)信息的格式為：$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh其中標(biāo)號“<1>”表示UTC時間，時間格式為：hhmmss(時分秒)；標(biāo)號“<2>”表示GPS的定位狀態(tài)，其中A表示有效定位，V表示無效定位；標(biāo)號“<3>”表示緯度信息，格式為：ddmm.mmmm(度分)(前面的0也將被傳輸)；標(biāo)號“<4>”表示緯度半球，其中包括south和north；標(biāo)號“<5>”表示經(jīng)度，其格式為：dddmm.mmmm(度分)(前面的0也將被傳輸)；標(biāo)號“<6>”表示經(jīng)度半球，其中包括east和west；標(biāo)號“<7>”表示地面速率(0.0~9.999*103節(jié)，前面的0也是會被傳輸?shù)?；標(biāo)號“<8>”表示地面航向(0.0~360度，參考基準(zhǔn)為地磁北極，同上)；標(biāo)號“<9>”表示UTC日期，其日期格式為：ddmmyy(日月年)；標(biāo)號“<10>”表示磁偏角(0~180度，前面的0跟上面的數(shù)據(jù)一樣會被傳輸)；標(biāo)號“<11>”表示磁偏角方向，其中包括east或west；標(biāo)號“<12>”表示模式指示(其中A表示自主定位，D代表差分，E表示估算，N代表數(shù)據(jù)無效)；解析內(nèi)容：GPS上接收到的時間格式為格林威治時間，即世界時間（UTC），因此我們需要把它轉(zhuǎn)換成北京時間（BTC）以便方便我們使用，BTC和UTC的時差為8個小時，因此我們要在這個時間基礎(chǔ)上加8個小時才是北京時間。定位狀態(tài)，在接收到有效數(shù)據(jù)之前，這個位為“V”，后面沒有數(shù)據(jù)，當(dāng)接到有效數(shù)據(jù)之后，這個位就變?yōu)榱恕癆”，這樣后面的數(shù)據(jù)才開始變?yōu)橛行?shù)據(jù)。緯度，把緯度轉(zhuǎn)換成度分秒的格式是很有必要的，因?yàn)橹挥羞@樣我們才能看得懂。他的計(jì)算方法如下：如接收到的緯度是：4556.319814556.31981/100=45.5631981可以直接讀出緯度的度數(shù)：45度（45.5631981–45）*60=27.946356即27分（27.946356–27）*60=50.73187即50秒經(jīng)過計(jì)算得到的緯度的數(shù)值：45度27分50秒。南北緯，它包括兩種值：northandsouth；仿照上面緯度的計(jì)算，我們就可以得到經(jīng)度的數(shù)值；東西經(jīng)，這個位也有兩種值east（東經(jīng)）和west（西經(jīng)）；速率，這個速率單位是海里/時，為了把它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)單位千米/時，我們應(yīng)該知道換算的比例，因?yàn)?海里=1.85km，所以我們需要把通過計(jì)算得到的速率全都乘以1.85才行，這樣就可以得到標(biāo)準(zhǔn)的速率；航向，指的是我們行駛的方向和正北的夾角；日期，GPS中的日期為準(zhǔn)確日期，因此不需要轉(zhuǎn)換。GPGGA數(shù)據(jù)詳解GPGGA的數(shù)據(jù)格式為：$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>$GPGGA：起始引導(dǎo)符及語句格式說明(本句為GPS定位數(shù)據(jù))；標(biāo)號“<1>”表示

UTC時間，它的數(shù)據(jù)格式為hhmmss.sss；標(biāo)號“<2>”表示

緯度，它的格式為ddmm.mmmm(如果數(shù)據(jù)的第一位是零也將會被傳送)；標(biāo)號“<3>”表示

緯度半球，包括N和S(北緯和南緯)；標(biāo)號“<4>”表示

經(jīng)度，其格式為dddmm.mmmm(如果數(shù)據(jù)的第一位零也將會被傳送)；標(biāo)號“<5>”表示

經(jīng)度半球，它包括E和W(東經(jīng)和西經(jīng))；標(biāo)號“<6>”表示定位質(zhì)量指示，0表示定位無效，1則表示定位有效；標(biāo)號“<7>”表示使用衛(wèi)星的數(shù)量，從00到12(第一個零也將被傳送)；標(biāo)號“<8>”代表水平精確度，數(shù)值范圍為0.5到99.9；標(biāo)號“<9>”表示天線距離海平面的高度，高度值的范圍從-9999.9到9999.9米M

代表單位米；標(biāo)號“<10>”表示大地水準(zhǔn)面高度，高度值的范圍也是從-9999.9到9999.9米M

代表單位米標(biāo)號“<11>”表示差分GPS數(shù)據(jù)期限(RTCMSC-104)，最后設(shè)立RTCM傳送的秒數(shù)量；標(biāo)號“<12>”為差分參考基站標(biāo)號，數(shù)值范圍從0000到1023(如果首位為0也將會被傳送)。1.4GPS模塊工作原理GPS模塊原理圖如下所示：圖3.4主芯片原理圖圖3.5TTL電平接口NEO-5Q的引腳功能：VCC主電源供電引腳。GPS接收機(jī)對工作電源的紋波較為敏感。最大電源紋波峰峰值不得超過50mV。2、V_BCKP為備用電池連接引腳。在VCC主電源掉電的期間內(nèi)可以繼續(xù)維持實(shí)時時鐘和備用RAM的供電。這樣的好處就是可以使接收器在溫啟動、熱啟動后可以恢復(fù)并保持配置設(shè)定。如果備用電池未接入，那么在上電時接收器將執(zhí)行一個冷啟動。如果沒有后備電池，將該引腳應(yīng)該接VCC或者GND。（注：GPS的熱啟動冷啟動和溫啟動）GPS開機(jī)定位分為冷啟動、溫啟動和熱啟動三種方式。冷啟動：以下幾種情況開機(jī)均屬于冷啟動方式。初次使用時的啟動；電池耗盡導(dǎo)致星歷信息丟失時的啟動；關(guān)機(jī)狀態(tài)下將接收機(jī)移動1000公里以上距離時；溫啟動：距離上次定位的時間超過兩個小時的啟動；[6]熱啟動：距離上次定位的時間小于兩個小時的啟動。有時候如果機(jī)器有軟件問題，需要進(jìn)行冷啟動，冷啟動可以使用GPS-viewer進(jìn)行。3、VDD_USBUSB接口電源，該引腳電壓范圍：3.0-3.6V。如USB未使用，該引腳必須連接到GND。4、電源功耗模式U-BLOX5提供兩種電源模式：最大性能模式和經(jīng)濟(jì)模式。5、EXTINT外部中斷引腳，用于低功耗模式喚醒功能。6、系統(tǒng)監(jiān)控U-BLOX5GPS和伽利略接收器提供系統(tǒng)監(jiān)控功能，這允許嵌入式處理器的操作及關(guān)聯(lián)外圍設(shè)備的監(jiān)督。這些監(jiān)控功能作為UBX協(xié)議的部分被輸出。Class“MON”。7、接口A、UART1(RxD1/TxD1)是默認(rèn)的串行接口。支持?jǐn)?shù)據(jù)速率：4.8kBit/sto115KBit/s.。信號電平：CMOS0V到VCC（注:RxD1有固定輸入電壓閥值（inputvoltagethresholds），獨(dú)立于VCC,如引腳不用，可以將之進(jìn)行懸空處理。）B、USB在主機(jī)的USB接口和接收器的VDD_USB引腳間必須接入一個LDO（輸出3.3v）。接收器以USB自供電設(shè)備方式使用時，基本不耗電。但在總線供電方式下，電流最大約150mA左右。在這兩種方式間切換，LDO需要通過使能端控制其是否工作。C、DDCCC通訊總線，SDA2和SCL2引腳內(nèi)置上拉。做為從機(jī)模式時則無需上拉。D、SPI8、I/O引腳A、EXTINT0是一個有固定輸入電壓閥值的中斷輸入引腳。獨(dú)立于VCC，如果不使用該引腳可以將之懸空。B、配置引腳：(CFG_COM0,CFG_COM1,CFG_GPS0)NEO-5模塊提供了一些引腳用于開機(jī)時間配置。在啟動后這些引腳立即有效。一旦模塊啟動，除非系統(tǒng)掉電或者復(fù)位修改后的信息一直保持，否則UBX的配置信息就會被修改。如果這些設(shè)置已存儲到后備的RAM中，修改后的配置將直到后備電池被中斷才會被修改。天線供電：NEO-5RF_IN引腳不對天線供電。建議在VCC_RF輸出串接上一個適當(dāng)?shù)碾娮栌糜谙拗齐娏鰿、定時脈沖ANTARIS/GPS接收機(jī)提供了一個硬件同步TIMEPULSE（引腳29），時間脈沖周期（PulsePeriod）從1ms到60s。用戶可對極性（上升沿或下降沿）和脈沖寬度進(jìn)行設(shè)置。更改TIMEPULSE設(shè)置需要使用UBX專用消息UBX-CFG（配置，Con-fig）-TP（時間脈沖，TimePulse）。UBX-TIM（時間，Time）-TP（時間脈沖，Time-pulse）消息為下一個TIMEPULSE提供時間信息，包括時間源和量化誤差。D、EXTINT0Time-markGPS接收機(jī)可用于進(jìn)行時間的精確測量，它的精度很高，達(dá)到了亞毫秒級，使用的是外部中斷0（EXTINT0）。Time-mark功能可用UBX–CFG–TM進(jìn)行使能。測量結(jié)果使用UBX–TIM–TM消息通過串口發(fā)送，包括上一次Time-mark定時源的時間、有效性、標(biāo)記數(shù)、時間差和量化誤差。芯片的整個工作流程為：芯片需要通過TTL電平接口的VDD引腳給芯片供電，以維持芯片工作，芯片通過電路板連接到天線，天線接收到數(shù)據(jù)后傳給主芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，將解析好的數(shù)據(jù)通過TTL電平接口的TXD和RXD引腳傳遞給單片機(jī)，通過在單片機(jī)內(nèi)燒入好的程序進(jìn)行處理，最后在液晶屏上進(jìn)行顯示。第三節(jié)存儲模塊在本次的行車記錄儀的設(shè)計(jì)中要求包含存儲模塊，將從GPS模塊收集到的數(shù)據(jù)存儲到存儲器中，以便擁有可以查閱歷史紀(jì)錄的功能。這樣的存儲器應(yīng)該滿足這樣的要求，首先他的存儲空間一定要大，這樣才能存儲足夠的數(shù)據(jù)，其次要保證存儲的數(shù)據(jù)一定要安全，還有就是存儲下來的數(shù)據(jù)可以保存足夠長的時間。單片機(jī)系統(tǒng)一般都不會采用硬盤或者軟盤作為存儲設(shè)備，相對的大部分單片機(jī)系統(tǒng)會使用FLASH存儲器來存放數(shù)據(jù)和代碼。對于大容量的非易失性存儲器，EEPROM或Flash型存儲器是最普遍的選擇，它們不僅可以保證在掉電的情況下不會丟失所保存的數(shù)據(jù)，確保了數(shù)據(jù)的安全性，并且能夠改寫很多次，價格低廉，性價比相對較高。24系列EEPROM是一種C接口的存儲器，無須外圍元件操作，使用簡單，應(yīng)用廣泛。因此在本次的設(shè)計(jì)中采用ATMEL公司生產(chǎn)的ATMEL24c16做為歷史數(shù)據(jù)存儲器。24C16采用的是C總線接口方式，C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件：不管是單片機(jī)、存儲器、LCD驅(qū)動器還是鍵盤接口。AT24C16是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗CMOS串行EEPROM，它內(nèi)含256×8位存儲空間，具有很寬的工作電壓（2.5～5.5V）和大量的擦寫次數(shù)（大于10000次），除此之外，寫入速度也非?？臁Ｐ酒脑韴D為：圖3.6AT24C16芯片原理圖該芯片的前三個引腳是三條地址線，芯片的硬件地址由他們來確定。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別接電源的正極和負(fù)極。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出接口，數(shù)據(jù)通過這條雙向C總線串行傳送，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所用到的試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P3.5引腳連接。第6腳SCL為串行時鐘輸入線，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P3.6引腳相連接。SDA以及SCL和正電源連接，在他們中都需要各接一個5.1K的上拉電阻。標(biāo)號為7的引腳應(yīng)該接地。24C16片內(nèi)自帶地址寄存器,[7]每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該芯片的地址寄存器自動加1，這樣才能實(shí)現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫工做。對所有字節(jié)采用的讀取方式均為單一操作方式。為了降低芯片的總寫入時間，一次可以對8個字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入操作。第四節(jié)液晶顯示模塊的硬件設(shè)計(jì)顯示模塊的主要功能是同鍵盤相配合，起到幫助使用者更直觀、簡便地操作記錄儀主機(jī)系統(tǒng)的作用。顯示電路一般都會和鍵盤電路相結(jié)合，一起實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、下載、顯示狀態(tài)等功能。在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常用到的顯示器有：發(fā)光二極管（LED）；液晶顯示器(LCD)；熒光管顯示器。嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中LED、LCD的顯示技術(shù)都比較成熟，本系統(tǒng)顯示的信息量大、數(shù)據(jù)多、界面較復(fù)雜，因此采用LCD的顯示方案。液晶顯示器（LCD）的種類很多，包括數(shù)碼液晶顯示器、字符液晶顯示器、圖形液晶顯示器和專業(yè)液晶顯示器（如手機(jī)、PDA等）。各種顯示器都有自己特殊的功能，每個顯示器都有自己的優(yōu)點(diǎn)，同時也都有一些小的缺憾，因此選擇什么樣的顯示器要根據(jù)系統(tǒng)需要而定。在本次設(shè)計(jì)的這個系統(tǒng)中，要求能夠進(jìn)行字符、數(shù)字的液晶顯示，因此本文選用了可以顯示圖形和字符圖形的液晶顯示器。顯示器的作用主要是為人機(jī)交流提供即時的信息，能讓人們與機(jī)器可以進(jìn)行很好的交流。在眾多種類的顯示器中，液晶顯示器作為人機(jī)交互的界面受到越來越多人的歡迎。其中液晶顯示器（LCD）也分為好多種型號，按照顯示方式來分的話，可以分為段位式的LCD、字符式的LCD以及點(diǎn)陣式的LCD。其中段位式和字符式的LCD只能用于數(shù)字和字符的簡單的顯示，無法顯示圖形和漢字；但是點(diǎn)陣式液晶