大学毕业设计基于单片机的行车记录仪的要点.docx

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大学毕业设计基于单片机的行车记录仪的要点

大学毕业设计

基于单片机的行车记录仪

专业：

电子科学与技术

姓名：

***

摘要

行车记录仪是安装在汽车上的一种装置，他就像飞机上的黑匣子，可以随时记录车辆的行驶状态和在道路情况，也可以时时的提醒开车人的交通状况，让开车人小心驾驶，避免交通事故，在发生一些交通事故时，还可以调取记录仪记录的信息做为交通事故发生时的证据，保障受害人的权益。

随着社会经济的快速发展，汽车已经成为人们出行必不可少的交通工具，与之而来的交通事故也逐年呈现出上升趋势，如果使用行车记录仪的话,就可以有效的遏止疲劳驾驶、车辆超速等交通违章行为，避免一些不必要的灾难。

因此，行车记录仪的出现极大的降低了交通事故的发生率。

就目前来说，无论是国内还是国外，对记录仪的研究还都没有达到一个很成熟的地步，或者是技术水平不够，不能够得到让人满意的效果，或者是费用过高，不能有一个让大众可以接受的产品价格，因此现在记录仪还没有普及到每一辆汽车中，只是在一些长途客车上少量的使用，因此对记录仪的研发还有很长的一段路要走。

本毕业设计所设计的行车记录仪不追求市场上那种强大的功能，它基于单片机进行设计。

通过GPS模块的天线接收数据，将数据通过GPS模块处理后传入单片机中，在单片机中将GPS数据解析为可识别的数据，然后连接液晶显示将信息显示出来。

可以实时的显示车辆的位置信息与车辆的行驶状态。

本文中详细介绍了单片机的各个引脚功能以及如何实现和其他设备之间的通信。

对于GPS模块，详细的介绍了GPS模块的工作原理以及如何对接收到的信号进行解析，最后详细的介绍了如何借助软件对解析完的数据进行处理并在液晶屏中显示，以及如何通过键盘切换液晶屏显示的内容，最终实现记录仪所要完成的功能，即实时记录车辆的位置与行驶状态。

关键字：

行车记录仪；GPS模块；黑匣子

ABSTRACT

Cardrivingrecorderisadevicewhichismountedinthecar,justliketheblackboxintheairplane,notonlycanwhichrecordthecar’srunningstateandtheproblemcomingfromtheroad,butalsocanconstantlyremindthedrivernoticingthetrafficcondition,letthedrivertodrivecarefully,inordertoavoidthetrafficaccident.intheeventoftrafficaccidents,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

第一章绪论

近年来随着我国科技的发展以及国民经济的快速提高,道路交通事故逐年呈现出上升趋势,尤其是长途客运车辆的重、特大道路交通事故频频发生,给国家和人民生命财产带来了巨大损失。

如果使用记录仪的话,就可以有效遏止疲劳驾驶以及车辆超速等交通违章行为，避免一些不必要的灾难。

除此之外，汽车行驶记录仪在保障车辆行驶安全以及对道路交通事故的分析鉴定等方面都具有重要的作用。

第一节行车记录仪的简介及研究的目的和意义

在XX百科中，行车记录仪的定义是这样的一个东西，它可以说是使用在汽车上的黑匣子，它由汽车发动机提供能源，通过高清摄像镜头摄影，可以随时实现录像录影的功能，记录车辆行驶过程中的影像及声音，当意外发生时，可以提取记录仪记录的信息做为交通事故的证据，保障驾驶人自我权利。

汽车在安装行车记录仪后，就能够用它来记录汽车行驶全过程中的视频图像和声音，记录仪内部还配置有冲击传感器，我们可以设置冲击力敏感度的值，当外界对汽车造成的冲击力大于所设置的值时，导致该冲击力的现场数据就会被记录下来，调取这些数据就可以为交通事故提供证据。

那些喜欢自己驾车旅游的朋友，还可以用它来记录旅游路上的所见所闻。

一边开车一边录像，同时把时间、速度、所在位置都记录在录像里，相当于飞机上的“黑匣子”。

此外记录仪也可以被用作家庭DV来拍摄我们生活中的点点滴滴，也可以做为家用监控使用。

平时也还可以做停车监控。

近年来随着我国国民经济的快速发展,人民都过上了好的生活，都拥有了属于自己的汽车，随之而来的也就导致了道路拥堵，交通事故频繁发生等交通问题，并且事故发生率呈现出逐年递增的趋势,这其中以大型长途客运汽车为甚。

频繁发生的重大交通事故给国家和人民生命财产带来了巨大损失。

如果使用记录仪的话,就可以有效的遏止疲劳驾驶、车辆超速等交通违章行为，避免那些不必要的灾难。

随着科学技术的发展，现在的行驶记录仪的功能已远远超过单纯事故记录功能，目前国内外使用的记录仪一般都兼有多种功能，例如事故记录功能和行驶记录仪的功能。

从目前的发展来看，他一定会与汽车的其他电子系统（如GPS定位系统、GSM数字移动通信系统、图像监控识别系统等）相结合，向着大容量、模块化、系统化、数据无线传输和数据集成处理的方向发展。

[1]借助强大的信息网络，最终使它成为一种对车辆运行状况进行实时的信息记录、监控并且为车辆提供科学、合理调度的管理系统，在确保现代道路交通安全运输和高效物流动态营运管理上起到了不可或缺的重要作用。

虽然行车记录仪以后有很大的发展前景，但是就目前来看，行车记录仪的发展还存在很多的问题。

例如产品的质量问题，售后服务问题以及功能标准不统一问题等。

目前安装的记录仪大多都是为运输企业的内部管理服务，完全无法满足交警执法的需要。

而且一些汽车司机们对安装行驶记录仪抱有很大的抵触情绪，认为安装记录仪会对自己产生很大的约束，抵触心理特别的强烈，并没有意识到记录仪对行车安全的重要性。

从执行标准上来讲，现有《汽车行驶记录仪》国家标准只是推荐性使用标准，关于记录仪的生产标准、产品质量认证、安装使用范围、违规处罚等都没有明确的、具有法律约束力的规定。

[1]在价格上，现在市场上出售的行车记录仪价格普遍较高，从15000元到50000元不等，大部分用户都无法承受。

因此对汽车行驶记录仪的研究还有很长的路要走，如何制造出符合大众要求，可以满足各行业的人需要的好的产品，还需要我们很多人的努力。

第二节国内外在该方向的研究现状

1.国外有关

在国外，由于汽车普及的比较早，大量的交通事故问题也就更早的被意识到。

为了能够降低汽车发生交通事故的频率、驾驶人的危险系数与国家承受的损失，人们想出了各种办法。

在这样的情况下，行车记录仪的概念诞生了。

最先推出记录仪产品的地方是欧洲，那时的记录仪主要采用机电模拟的方式实现，即机械式汽车行驶记录仪。

采用这种技术生产的记录仪使用了很长一段时间，直到2000年欧盟推广使用的汽车行驶记录仪仍然大多采用这种技术。

这种记录仪使用起来特别不方便，以纸盘机械式汽车行驶记录仪为例，要想使用这种记录仪必须要人工填写姓名、行驶里程等，非常繁琐。

除此之外，这种产品价格还特别昂贵，维护费用也很高。

随着科技的发展和社会的进步，欧盟开始制订数字式记录仪的技术标准和法规，并规定从2004年8月起，那些新注册的机动车必须安装这种数字式的汽车行驶记录仪，从那时起，传统的纸盘试记录仪就慢慢的退出了人们的生活。

目前较为常见的电子式记录仪包含记录仪、显示器、数据采集处理卡、传感器以及PC机处理软件等几个部分，其中传感器用来采集数据，显示器用来显示实时的道路信息与车辆信息，数据采集处理卡用来存储行驶记录仪采集到的数据，PC处理软件用来对收集到的数据进行图像处理和事故分析。

2001年8月，日本某科研小组研制出一种极其先进的汽车行驶记录仪，它可以记录交通事故发生时的驾驶数据。

它通过传感器记录速度、方向角度、刹车或急转弯使汽车达到的加速度等信息，当这些数据超过一定的界限时，便判断为“事故”，并将“事故”发生前十秒和后五秒间的各种数据自动记录入磁盘中。

同时采用图像处理技术，利用相机自动记录“事故”发生前十秒和后五秒这段时间内从驾驶席上能看到的事故场面。

但是这种基于传感器和图像处理技术的汽车行驶记录仪价格特别昂贵，因此这种产品还在萌芽中就被扼杀了。

2.国内相关

我国对行车记录仪的研究和实践相对较晚，是从20世纪80年代末期才开始的。

最初设计的产品，使用磁带来作为存储介质，实时的记录车辆走过的路线。

但这项发明在当时不是很成功。

随着社会的进步，汽车在我们社会越来越普及，交通网也就变得原来越复杂，以前的行车记录仪根本无法满足大众以及交警执法的要求。

为了适应交通管理和行车安全的需要，行车记录仪的功能在其发展过程中也随着需要进行着功能上的扩展，使它并不仅仅只局限于事故分析，在车辆监控、车辆状态记录及报警、交通宏观控制、车辆管理等方面都也能起到很大的作用。

相比国外的机械式行车记录仪，我国的产品均为数字式的产品，能够实时监测记录车辆行驶的各种状态信息并且还可以有效准确地鉴别驾驶员身份，同时还具备超速报警功能，串口通信功能以及打印输出功能。

并且都具备体积小巧、价格合理、无需专人维护且使用方便等特点。

作为智能交通系统的一个组成部分，行车记录仪发展迅速，目前已经在物流、车辆出租和长途运输等领域开始应用。

我国公安部门已经明令要求所有长途运输客车必须安装行车记录仪。

到目前为止，虽然国内记录仪的市场已经初具规模，但是还没有统一的标准来对记录仪的生产进行管理，比如各种记录仪产品在数据结构、数据格式、数据传输方式等方面还是有较大差异的，这些都不利于实现对记录仪的大面积推广和规范管理。

而且现在的记录仪产品大多都采用的8位或者16位单片机做为主处理器，这也将极大地限制记录仪系统的接口扩展，功能的完善以及实时性能的提高。

因此在我国对于记录仪的研发道路还有很长的路要走。

第二章行车记录仪系统的总体方案设计

第一节行车记录仪的主要功能与系统组成

本文设计的行车记录仪所具有的主要功能是利用GPS模块接收数据，通过具有处理功能的芯片的处理，可以把数据显示到液晶屏上，做到实时记录车辆的位置信息和车辆行驶的状态信息。

并且可以将数据记录到存储器中保存起来，当用到时可以随时的调用出来。

根据系统的主要功能大致可以将这个系统分为以下几个部分：

1.GPS模块，整个行车记录仪最重要的模块之一，用来接收来自GPS卫星的数据，并可以将数据进行处理变成处理器可以识别的数据。

2.中央处理模块，整个行车记录仪的核心部件，用来处理来自GPS模块信号的模块，并将数据进行进一步的处理，使之在液晶屏中显示出来，并且将数据转存到存储模块中保存起来，是最重要的模块

3.液晶显示模块，可已将接收到的数据以文字的格式在屏幕上显示出来

4.键盘模块，用来控制液晶屏翻页，显示收到的不同的信息

5.供电模块，用来提供整个设备正常工作的电源

根据所要用到的模块，可以得到整个设备的大致框图：

图2.1系统整体框图

第二节主要控制芯片的选择

控制芯片是整个行车记录仪系统的核心，是最重要的部分，本次设计的要求是基于单片机的行车记录仪的设计，所以控制芯片必须是单片机。

虽然选定了控制芯片为单片机，但是单片机的种类多种多样，迄今为止，市场上出售的单片机产品的种类有60多类，每一类都包含十多个品种。

如果按照CPU对数据处理位数来分的话，单片机通常可以分为4位单片机，8位单片机，16位单片机和32位单片机。

单片机的位数不同，实现的功能以及试用的场合也就不一样，虽然我们可以理解为单片机可以处理的位数越高单片机越好，但在不同的场合我们用最适合的单片机才是性价比最高的选择。

4位单片机是处理位数最少的一种单片机，它的的控制能力很弱，CPU一次可以处理的二进制数位数仅仅只有四位。

这类单片机在小型的计算器、简单的智能模块以及家电控制器中应用的比较广泛。

由于处理位数太少，并不能够对本次毕业设计中需要处理的数据进行很快很好的处理，因此在本次设计中我们不采用它。

8位单片机是指一次可以处理八位二进制数的微型控制器，它的的控制功能较强，品种也最为齐全。

和上面提到的那款相比，它的存储器可以存储大量的内容，可寻址的范围也特别广，除此之外它还有更多的中断源、I/O口（并行）和定时器/计数器，以及可以进行全双工通信的的串行口。

指令系统也比较完善，该种单片机的指令系统不仅增设了乘除指令，为了使程序设计更加简单，可以实现更多的功能，它还增加了比较指令。

为了使单片机适应更多的场合，还研制出了好多增强型单片机，这样的单片机不仅增加了A/D和D/A转换功能，还集成有定时器/比较寄存器、看门狗定时器、BUS控制部件和晶体振荡电路等功能。

由于这种类型的单片机片内资源丰富并且有强大的处理功能，所以在工业控制、智能仪表、家用电器和自动化办公系统中应用的比较广泛。

16位单片机是在20世纪80年代才慢慢的发展起来的。

这类单片机的CPU是16位的，运算速度普遍比8位的单片机要高，有的16位单片机寻址能力可以达到1MB，片内含有A/D和D/A转换电路，并且支持像C语言这类的高级语言。

这类单片机的应用领域和8位单片机差不多，都是用在工业控制，自动化办公系统以及工程控制系统中，他们比8位单片机具有更好的性能，可以完成一些8为单片机不能完成的东西。

32位单片机是指一次可以处理32位二进制数的微控制器，是单片机中最优秀的产品，具有极快的处理速度。

近年来，随着科技的发展，32位单片机的市场前景被广泛看好。

例如ARM单片机，作为一款32位的微处理器，ARM与普通的8位单片机相比，其处理效率要高很多很多。

一般的情况下人们谈到ARM时经常会把它和嵌入式操作系统联系在一起，因为利用ARM实现嵌入式是一个非常好的选择方案。

虽然ARM的各种性能都非常好，16位单片机的性能也要高于8位单片机，但是如果在本次设计的行车记录仪系统中使用16位单片机或者更好的ARM单片机完全是一种资源的浪费，因为一个8位的单片机就可以完全满足开发的要求了。

而且平时我们对于8位的单片机了解得比较多，上手起来也非常容易，所以在本次设计中8位的单片机是最好的选择。

目前流行的8为单片机很多例如AVR单片机，PIC单片机和我们最熟悉的51系列单片机，在这几个品种中，每种单片机也都有各自的优点：

C51单片机是51单片机和C语言程序设计的简称，在大学阶段我们都对51单片机有一定的了解，所以在学习51系列的其它单片机时也会很容易上手因此，此类单片机可以作为首选。

PIC单片机种类很多，他的优点是比其它的单片机（例如51单片机，AVR单片机）都要稳定一些，所以这类单片机一般用在社会上对稳定性的要求比较高的场合。

PLC单片机运行很稳定，但是和他的稳定性相对应的就是它的价格普遍很高，它的核心其实也可以说就是一个51单片机，区别就在于它在51单片机的基础上又加了很多的隔离器，这样在应用过程中就不会有像单片机那样多的干扰，PLC的应用领域一般是在强电设计方面，例如工控行业。

AVR是ATMEL公司的一个系列的产品,其性价比较高,如果我们设计的产品对稳定性没有太大的要求的话，这款单片机算是一个比较不错的选择，它拥有哈佛结构和RISC，具有处理功能强、效率高等特点。

了解了各类单片机的特点与各自具有的优点，结合自己的实际选择一款单片机就变得很容易了。

因为在大学阶段，主要学习的单片机就是89C51单片机，而且C语言也是大学中必修的一门课程，这两样东西都是很熟悉的东西，而且C51系列单片机在性能上也完全可以满足开发所需要的要求，所以C51系列单片机是最佳的选择。

因此在这次毕业设计中我选择的是STC公司生产的90C51系列的单片机。

STC单片机完全兼容51单片机，并有其独到之处，其抗干扰能力极强，保密性也很不错，功耗低，可以进行远程升级，内部还配置有MAX810专用复位电路，价格也较便宜，性价比非常高，最重要的是上手容易，而且拥有不错的性能。

第三章行车记录仪系统的硬件设计

第一节单片机模块

1.1STC90C516RD+系列单片机简介

STC90C516RD+系列单片机是高速、低功耗的单片机，指令代码对传统的51系列单片机完全的兼容，并且还有可供选择的两种时钟周期（12时钟/机器周期以及6时钟/机器周期），内部配置有专用的复位电路MAX810，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。

1.增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期；

2.工作电压：

3.7V-5.5V/2.4V-3.8V；

3.工作频率的范围：

0至40MHz，相当于一般的51系列的单片机0至80MHz的频率范围；

4.用户应用程序空间4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/61K/字节；

5.片上集成128/256/512字节的RAM；

6.通用I/O口，复位后的P1/P2/P3/P4口全都是准双向口（相当于一般的51系列单片机的I/O口）；

7.内含ISP/IAP；

8.EEPROM；

9.看门狗定时器；

10.内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M以下时，可以省去外部的复位电路，只要把复位引脚接地即可；

11.共3个16位定时器/计数器，当需要时我们可以把定时器0当成2个8位定时器使用，这样就可以扩展为四个定时器；

12.4路外部中断，分别由下降沿触发和低电平触发；

13.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；[2]

14.工作温度范围：

0-75℃/-40-+85℃。

1.2STC90C51系列单片机的内部结构

STC90C51系列单片机的内部结构框图如下图所示。

STC90C51系列单片机中包含很多种模块，像中央处理器模块，程序存储器模块，数据存储器模块，定时/计数器模块，UART串口，I/O接口，EEPROM，看门狗模块等。

这个系统几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可以称得上是一个完整的片上系统。

STC90C51系列单片机的内部结构框图如下：

图3.1STC90C51RD+系列内部框图

1.3STC90C51系列单片机引脚说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位双向I/O口。

当P0口的管脚输入1时，显示高电平输入。

当P0口被定义为数据/地址的低八位时还可以用于外部程序/数据存储器。

当我们在用单片机做FIASH编程时会输入源码，进行校验时会输出源码，这时我们就可以从P0口进行输入和输出。

如果这样做的话P0口外部必须接上拉电阻。

P1口：

P1口也是一个8位双向I/O口。

当P1口的被输入1时，该引脚会被置为高电平，此时P1为信息的输入端口，当P1口被置为0，则该引脚被置为低电平时，此时成为信息的输出端口。

在FLASH编程和校验时，P1口主要是作为低八位地址的接收端口。

P2口：

P2口为8位双向I/O口，当给P2口输入“1”时，该引脚被置为高电平，此时它作为输入端口。

当把P2口做为外部的程序存储器或数据存储器进行存取的接口时，此时P2口输出的为地址