CN101638039B - 汽车行驶无线监测及记录装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到汽车监控领域，其公开了一种汽车行驶无线监测及记录装置，其特征在于：包括主控单元、无线传输模块、显示装置以及监测单元；所述主控单元与所述监测单元通过无线传输模块进行连接；所述主控单元与所述显示装置通过串口连接；所述主控单元内设时钟控制单元。本发明的有益效果是：本发明采用单片机为核心对所有的信号进行控制，实现了集中控制，使系统非常容易进行信息通信；通过对汽车超时行驶、轮胎超压超温、发动机超温的监控，避免行车途中发生交通意外；通过疲劳驾驶提示报警及记录，有效的预防司机疲劳驾驶，使长途运输行车得到有效的安全保障。

Description

汽车行驶无线监测及记录装置

技术领域

本发明涉及汽车监控领域，特别涉及一种汽车行驶无线监测及记录装置。

背景技术

汽车时代的来临，使道路交通事故在人类安全事故中所占的比例越来越大。由于在汽车行驶过程中没办法监测到一些数据，如胎温、胎压等，当这些数据达到警戒位置时也没有办法及时获知并进行报警提示，从而导致交通事故的出现。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足之处，本发明提出一种汽车行驶无线监测及记录装置，从而解决了汽车行驶过程中遇到超时、超压或超温时及时报警避免发生交通意外的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：设计、制造一种汽车行驶无线监测及记录装置，包括主控单元、显示装置以及监测单元；所述主控单元与所述监测单元通过无线网络进行连接；所述主控单元与所述显示装置通过串口连接；所述主控单元内设时钟控制单元，本发明进一步改进的是，所述汽车行驶无线监测及记录装置还设有软件处理模块；所述软件处理模块包括数据收发模块、数据处理模块、数据存储模块、串口通讯模块、时钟模块和显示模块；所述软件处理模块对时间、日期及驾驶时间进行采集、记录以及存储；所述软件处理模块对车辆行驶时的温度、胎压进行测量、记录以及存储；本发明进一步改进的是，所述无线网络为兼容IEEE 802.15.4标准和ZigBee标准的无线网络；所述无线网络可组成星型、树形或蜂窝型网状网络。

本发明进一步改进的是，所述监测单元设有无线射频模块、传感器模块以及数据采集模块；所述无线射频模块将所述数据采集模块从所述传感器模块上获取的数据传输给所述主控单元。

本发明进一步改进的是，所述主控单元设有无线射频模块、存储模块、接口装置以及转换器；所述无线射频模块用于进行无线数据传输；所述存储模块用于存储时间、温度、压力数据；所述转换器包括模数转换器和数模转换器；所述模数转换器用于将被控对象进行测量得到的模拟信息转换为数字信息传输给所述主控单元进行相关处理；所述主控单元输出的数字形式控制量通过所述数模转换器转换成模拟信号控制被控对象；所述接口装置为可外接存储器的串行接口。

本发明进一步改进的是，所述传感器模块为胎压传感器；所述胎压传感器安装在轮胎钢圈上；所述胎压传感器设有电压比较器、连接外部输入的八位门限调整器、带有正温度系数的热敏电阻、双通道的复用器、模数转换器以及取样电容；所述门限调整器通过调整门限和监控外部器件输出引脚的状态检查是达到低压门限或进行八位模数转换；通过电流源驱动带有正温度系数的热敏电阻，产生电压降以测量温度；所述通过双通道的复用器将压力信号或温度信号送到所述取样电容中，所述电压比较器监测所述取样电容并产生数字温度输出信号。

本发明进一步改进的是，所述传感器模块为温度传感器；所述温度传感器安装在待测温部位；所述温度传感器转换温度信号为串行数字信息；所述温度传感器为单线接口；所述温度传感器可设定温度报警上下限值。

本发明进一步改进的是，所述显示装置为点阵图形式液晶显示模块；所述主控单元将数据信息在所述液晶显示模块中进行显示。

本发明进一步改进的是，所述汽车行驶无线监测及记录装置还设有报警装置；所述报警装置用于对超温、超时或超压进行警示并通过所述显示装置显示超温、超时或超压值。

本发明进一步改进的是，所述汽车行驶无线监测及记录装置还设有GPS定位模块；所述GPS定位模块同所述主控单元连接并可通过所述显示装置显示位置指示。

本发明的有益效果是：本发明采用单片机为核心对所有的信号进行控制，实现了集中控制，使系统非常容易进行信息通信；通过对汽车超时行驶、轮胎超压超温、发动机超温的监控，避免行车途中发生交通意外；通过疲劳驾驶提示报警及记录，有效的预防司机疲劳驾驶，使长途运输行车得到有效的安全保障。

附图说明

图1是本发明汽车行驶无线监测及记录装置连接框图。

图2是本发明汽车行驶无线监测及记录装置一时钟模块示意框图。

图3是本发明汽车行驶无线监测及记录装置温度传感器连接框图。

图4是本发明汽车行驶无线监测及记录装置软件模块处理示意图。

图5是本发明汽车行驶无线监测及记录装置MPXY8020A的引脚排列示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的描述。

一种汽车行驶无线监测及记录装置，包括主控单元1、显示装置以及监测单元2；所述主控单元1与所述监测单元2通过无线网络进行连接；所述主控单元1与所述显示装置通过串口连接；所述主控单元1内设时钟控制单元14。

所述监测单元设有无线射频模块、传感器模块以及数据采集模块；所述无线射频模块将所述数据采集模块从所述传感器模块上获取的数据传输给所述主控单元1。

所述无线网络为兼容IEEE 802.15.4标准和ZigBee标准的无线网络；所述无线网络可组成星型、树形或蜂窝型网状网络。

所述主控单元1设有无线射频模块11、存储模块12、接口装置以及转换器；所述无线射频模块11用于进行无线数据传输；所述存储模块12用于存储时间、温度、压力数据；所述转换器包括模数转换器和数模转换器；所述模数转换器用于将被控对象进行测量得到的模拟信息转换为数字信息传输给所述主控单元1进行相关处理；所述主控单元1输出的数字形式控制量通过所述数模转换器转换成模拟信号控制被控对象；所述接口装置为可外接存储器的串行接口13。

所述传感器模块为胎压传感器21；所述胎压传感器21安装在轮胎钢圈上；所述胎压传感器21设有电压比较器、连接外部输入的八位门限调整器、带有正温度系数的热敏电阻、双通道的复用器、模数转换器以及取样电容；所述门限调整器通过调整门限和监控外部器件输出引脚的状态检查是达到低压门限或进行八位模数转换；通过电流源驱动带有正温度系数的热敏电阻，产生电压降以测量温度；所述通过双通道的复用器将压力信号或温度信号送到所述取样电容中，所述电压比较器监测所述取样电容并产生数字温度输出信号。

所述传感器模块为温度传感器22；所述温度传感器22安装在待测温部位；所述温度传感器22转换温度信号为串行数字信息；所述温度传感器22为单线接口；所述温度传感器22可设定温度报警上下限值。

所述显示装置为点阵图形式液晶显示模块3；所述主控单元1将数据信息在所述液晶显示模块中3进行显示。

所述汽车行驶无线监测及记录装置还设有软件处理模块；所述软件处理模块包括数据收发模块、数据处理模块、数据存储模块、串口通讯模块、时钟模块和显示模块；所述软件处理模块对时间、日期及驾驶时间进行采集、记录以及存储；所述软件处理模块对车辆行驶时的温度、胎压进行测量、记录以及存储。

所述汽车行驶无线监测及记录装置还设有报警装置；所述报警装置用于对超温、超时或超压进行警示并通过所述显示装置显示超温、超时或超压值。

所述汽车行驶无线监测及记录装置还设有GPS定位模块；所述GPS定位模块同所述主控单元连接并可通过所述显示装置显示位置指示。

实际应用中时，一种基于Zigbee无线射频传输的无线汽车黑匣子，可以存储车辆行驶过程中不同时段的操作和状态信息(如温度，胎压等)而如果该指标超过正常范围则报警。需要使用行车数据时，可通过USB接口或U盘直接读取数据连接到计算机上读取，通过对轮胎内部的压力和温度数据进行监测，并进行实时显示，能够对高压、高温、低压的异常情况进行报警，从而提高行车的安全行。能够有效的防止疲劳驾驶，车辆超速和违章、约束驾驶员的不良行为、分析鉴定事故、提高交通的管理执法水平和运输管理水平、保障车辆运行安全。

该汽车行驶无线监测及记录装置，记录仪(即主控单元1)安装于汽车上，实时监测并记录车辆的行驶数据；传感器节点负责实时监测汽车胎压、胎温、机箱温度等信息并通过Zigbee模块发射给中心节点记录仪；管理计算机通过RS232串行口对记录仪进行数据读取，并对原始记录数据进行显示。

胎压和胎温的检测通过Zigbee射频模块与主机通信，该系统包括一装设于轮胎钢圈上的无线监测传送装置及一可供装设在车体驾驶座内的数字接收-显示装置。当胎压和胎温超标时，系统会发出警报。

发动机机箱温度检测模块通过Zigbee射频模块与主机通信，主机接收到温度信息后即可显示，并判别超温报警。

软件处理模块划分为以下几部分：数据采集部分、数据处理部分、数据存储部分、通讯部分(USB通讯)、显示部分、胎压模块、温度模块，是以单片机为核心的控制系统。在以单片机为核心的控制系统中，所有的汽车信号及系统内部处理过程，液晶显示等都要经过单片机来处理完成。传感器对被控对象进行测量得到模拟信号，经过多路开关、采样保持器、模数转换器(A/D)等后生成数字信号传给处理器，处理器再用相应的算法经过相应的计算处理制器，并与设定值比较，输出数字形式的控制量，再经数/模转换(D/A)和保持器后，送执行器控制各被控变量。

同时，主控单元还要对所得到的数据(时间、超压、超时、超温等)进行存储，同时还具有实时显示数据，报警等功能。

在本发明的一个优选实施例中，选用数字传感器提高系统抗干扰能力，选用I2C、SPI等串行总线的接口芯片，简化控制器资源的应用。

无线传输模块采用MG2455TA1，MG2455TA1是采用韩国RadioPulse公司芯片MG2455的无线短距离通信的解决方案。完全兼容IEEE 802.15.4标准和ZigBee标准。在空旷场合，通信距离可以达到200m。其功耗很低，在睡眠模式下，电流消耗低于1uA。在接收状态下，电流消耗为33.2mA。在发送状态下，0dBm时的电流消耗为30.6mA，8dBm时的电流消耗为43mA。MG2455TA1无线通信模块，集成了符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；可实现点对点、一点对多点、多点对多点之间的设备间数据的透明传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状网络结构。它可以实现数据的广播方式发送、按照目标地址发送模式，除可实现一般的点对点数据通信功能外，还可实现多点之间的数据通讯。

对于胎压的监测，压力监控主要通过一个电压比较器来比较测试电压，同时用一个连接外部输入的8位门限调整器来实现，通过调整门限和监控外部器件输出引脚的状态可以检查系统是达到低压门限，还是进行8位A/D转换。通过一个电流源可驱动带有正温度系数的热敏电阻，从而使其产生电压降以测量温度，这个电压的室温值是由工厂通过EEPROM修正寄存器来调整的。通过双通道的复用器可以确定是压力信号还是温度信号并将其送到一个取样电容中，这个取样电容可由一个带门限调节的电压比较器监控，以使其产生数字温度输出信号，如图5所示。

如图2，时钟芯片S-35390A，可以在超低消耗电流、宽工作电压范围内工作的2线CMOS实时时钟IC。工作电压为1.3V-5.5V，可适用于从主电源电压开始到备用电源电压驱动为止的宽幅度的电源电压。通过0.25μA的计时消耗电流和1.1V计时工作电压，可大幅度地改善电池的持续时间。拥有以下特点：低消耗电流：0.25μA典型值(VDD＝3.0V，Ta＝25℃)；宽工作电压范围：1.3V～5.5V；最低计时工作电压：1.1V；内置时钟调整功能；内置用户自由寄存器；2线(I2C-BUS)方式的CPU界面；内置报警中断器；内置电源切断以及电源接通时的标记生成电路；内置稳压电路；封装：8-Pin SOP(JEDEC)，8-Pin TSSOP，SNT-8A。

如图3中，温度传感器DS1820，可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。由于每片DS1820含有唯一的硅串行数所以在一条总线上可挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出的信息或写入DS1820的信息，仅需要一根口线(单线接口)。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820提供九位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。拥有以下特点：单线接口：仅需一根口线与MCU连接；无需外围元件；由总线提供电源；测温范围为-55℃～75℃，精度为0.5℃；九位温度读数；A/D变换时间为200ms；用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的；报警搜索命令可识别哪片DS1820超温度限。

液晶显示模块采用点阵图形式液晶显示模块，一种实施例中，其模块大小57.6*42.0*2.0mm，点阵数128*64dot。轻薄设计。设配INTEL8080操作时序电路。8bits并口数据传输方式，软件调节对比度等功能。基本特性：电源电压：3.0V；显示分辨率：128*64dot；显示方式：FSTN，正显，半透显示方式。

在接口装置中，选用CP2102实现串口转USB接口，同时该芯片能够将+5V电源进行降压稳压管理，提供+3.3V电源电压，为了与汽车蓄电池的+12V电源兼容，系统电源模块选用电源芯片7805实现+12V到+5V的降压稳压功能。

主单片机(主控单元)MG2455在接收到从胎压监测模块、温度模块、时钟模块发送来的数据后，由SPI口传送给控制器，控制器在接收数据的同时还要对该数据进行校验和复杂的算法处理，并对处理后的结果进行判断。若当数据超出了预先预定的范围(如超压、超时、超温等)，则立即启动报警，通过蜂鸣器提示驾驶员当前存在异常；否则提示汽车运行正常。此外，利用串口实现与电脑之间的通信，便于查询、分析记录的数据，为优化控制算法和分析交通事故提供依据。

图4中，系统软件处理模块主要完成两方面的功能：(1)实现汽车行驶状态的实时检测和记录，检测到故障时报警。(2)将记录数据通过RS232口上传到上位机，以便进行日常管理和事故诊断。程序主要包括：主程序、数字量采集程序、开关量采集程序、脉冲量采集程序、数据存储程序、时钟处理程序、故障处理程序、故障报警程序及串口通信程序等。其具有以下特点：

(1)具有时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功能：能对连续驾驶时间进行记录，由于交通安全法规定驾驶员每行驶4个小时要休息不得少于20分钟，因此它可以对驾驶员的疲劳状态进行监控，一旦发现违例会有报警声响起，同时会把该信息传送到监控中心。

(2)车辆行驶时温度，胎压的测量、记录、存储功能：

①温度测量系统是对车的发动机温度进行检测，并进行实时显示，能够对高温的异常情况进行报警，从而提高行车的安全行。

②轮胎压力、温度检测系统的主要功能是对轮胎内部的压力和温度数据进行监测，并进行实时显示，能够对高压、高温、低压的异常情况进行报警，从而提高行车的安全行。

③运行数据存储在大容量串行Flash存储器中，即使掉电，数据也不丢失。

④配置了USB接口可以用U盘接口通过RS232协议直接读取数据到计算机上

通过本发明，在实际测试中，数据分析结果，胎内每升高1℃，轮胎磨损就增加2％，一般温度不能超过80℃，当温度达95℃，轮胎情况就非常危险。而且气压过高，轮胎帘线过度伸张，胎体弹性降低，刚性增大，单位压力增大，胎冠部接地面积减小，同时磨耗增加，胎面花纹易裂口，行驶中一旦受到障碍物冲击，便会产生内裂或爆破。同时，本系统加有疲劳驾驶(时间监控)，所以当轮胎胎压温度超出预设值和驾驶时间超过4个小时时系统发出警报。胎压测量精度为±1Kpa，胎温为±1℃。传输过程能够实现精确无失真无丢包传输。

本发明存储车辆行驶过程中不同时段的操作和状态信息(如温度，胎压等)并在LCD屏上显示出来，信息监测频率为2次/分钟，存储的频率为6次/小时，根据存储容量，能够工作256K分钟的监测时间。

可以任意的设定参考值，指标超过正常范围则报警，并随即进行紧急信息存储。需要使用行车信息时，可通过USB接口直接读取数据至PC或者PDA等个人终端上，通过USB串口转接芯片实现该功能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车行驶无线监测及记录装置，其特征在于：包括主控单元(1)、显示装置以及监测单元(2)；所述主控单元(1)与所述监测单元(2)通过无线网络进行连接；所述主控单元（1）与所述显示装置通过串口连接；所述主控单元(1)内设时钟控制单元(14), 所述汽车行驶无线监测及记录装置还设有软件处理模块；所述软件处理模块包括数据收发模块、数据处理模块、数据存储模块、串口通讯模块、时钟模块和显示模块；所述软件处理模块对时间、日期及连续驾驶时间进行采集、记录以及存储；所述软件处理模块对车辆行驶时的温度、胎压进行测量、记录以及存储;所述无线网络为兼容IEEE 802.15.4标准和ZigBee标准的无线网络；所述无线网络可组成星型、树形或蜂窝型网状网络。

2.根据权利要求1所述汽车行驶无线监测及记录装置，其特征在于：所述监测单元设有无线射频模块、传感器模块以及数据采集模块；所述无线射频模块将所述数据采集模块从所述传感器模块上获取的数据传输给所述主控单元(1)。

3.根据权利要求1所述汽车行驶无线监测及记录装置，其特征在于：所述主控单元(1)设有无线射频模块(11)、存储模块(12)、接口装置以及转换器；所述无线射频模块(11)用于进行无线数据传输；所述存储模块(12)用于存储时间、温度、压力数据；所述转换器包括模数转换器和数模转换器；所述模数转换器用于将被控对象进行测量得到的模拟信息转换为数字信息传输给所述主控单元(1)进行相关处理；所述主控单元(1)输出的数字形式控制量通过所述数模转换器转换成模拟信号控制被控对象；所述接口装置为可外接存储器的串行接口(13)。

4.根据权利要求2所述汽车行驶无线监测及记录装置，其特征在于：所述传感器模块为胎压传感器(21)；所述胎压传感器(21)安装在轮胎钢圈上；所述胎压传感器(21)设有电压比较器、连接外部输入的八位门限调整器、带有正温度系数的热敏电阻、双通道的复用器、模数转换器以及取样电容；所述门限调整器通过调整门限和监控外部器件输出引脚的状态检查是达到低压门限或进行八位模数转换；通过电流源驱动带有正温度系数的热敏电阻，产生电压降以测量温度；所述通过双通道的复用器将压力信号或温度信号送到所述取样电容中，所述电压比较器监测所述取样电容并产生数字温度输出信号。

5.根据权利要求2所述汽车行驶无线监测及记录装置，其特征在于：所述传感器模块为温度传感器(22)；所述温度传感器(22)安装在待测温部位；所述温度传感器(22)转换温度信号为串行数字信息；所述温度传感器(22)为单线接口；所述温度传感器(22)可设定温度报警上下限值。

6.根据权利要求1所述汽车行驶无线监测及记录装置，其特征在于：所述显示装置为点阵图形式液晶显示模块(3); 所述主控单元(1)将数据信息在所述液晶显示模块中(3)进行显示。

7.根据权利要求1所述汽车行驶无线监测及记录装置，其特征在于：所述汽车行驶无线监测及记录装置还设有报警装置；所述报警装置用于对超温、超时或超压进行警示并通过所述显示装置显示超温、超时或超压值。

8.根据权利要求7所述汽车行驶无线监测及记录装置，其特征在于：所述汽车行驶无线监测及记录装置还设有GPS定位模块；所述GPS定位模块同所述主控单元连接并可通过所述显示装置显示位置指示。

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