CN1326721C - 带can网络的汽车行驶记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，具体地说是一种具有CAN网络的汽车行驶记录仪。包括带屏蔽防护门的壳体、CAN微处理器、彩色荧光显示器VFD电路、数据存储器、程序存储器、铁电存储器、CAN网络接口驱动电路、USB HOST&SLAVE双功能通信芯片电路、自适应串行通讯接口电路、隔离型开关量输入电路、隔离型速度信号精确捕获电路、隔离型宽范围电源电路等组成；本发明同现有技术相比，集USB、CAN、GPS、GPRS、VFD、数据库、互联网软件技术和超宽幅电源、仪表信号隔离抗干扰以及防爆等高新技术于一体，适合与包括化学危险品车辆在内的各种车型配套，功能强大，使用方便，性价比高，具有高清晰高亮度彩色VFD荧光显示，成本低、投资少，值得推广和应用。

Description

带CAN网络的汽车行驶记录仪

[技术领域]

本发明涉及汽车技术领域，具体地说是一种具有带CAN网络的汽车行驶记录仪。

[背景技术]

1925年记录仪在德国发明出现，最早的记录仪是用纸带和纸盘做记录的，1985年以后，电子控制的汽车发动机开始面世，发动机制造厂家寻求采用微型计算机控制发动机。微机在发动机控制中的应用十分自然地就具备了采集发动机状况并显示给驾驶员的功能。一些厂家的这类显示系统很快就转变成了记录装置，为用户记录相关的信息。电子控制汽车发动机出现的同时，电子控制的其他汽车部件与总成，以及基于移动通讯的其他设备也开始在汽车上使用。这些记录装置的用户要求装置记录更多的信息，于是具有多种监测能力的全功能记录仪面世了。例如，随汽车防抱死制动器的采用，记录仪可记录下这种制动器的故障。以后，汽车  的OEM(原始设备制造商)结合用户的这种需求，将其数据连接标准化，以利于记录仪的使用。大多数的OEM都能供应基于该数据总线的车载设备和仪表组合，在记录仪记录的各种信息中，特别注意了记录那些可帮助诊断故障的信息，例如，防碰撞气囊起作用或防抱死制动器工作时的信息。美国一些知名汽车制造商如福特、克莱斯勒均已独立开发了EDR(event data recorder)电子模块单元，结合汽车故障诊断系统，安装在高档轿车上使用。此时，记录仪已经进入了数字式网络化的阶段。在现在的公交技术中，电子装置已经变得越来越重要。作为汽车工业不断发展的结果，必须要对传统的线路控制部件进行最小化设计，使得这些系统用串行数据传输系统来取代。在公交车上，串行通讯被运用于四个不同的设备系统。所谓的“系统公交车”由制造厂家负责，因为它直接涉及到行车安全这种车辆装置的特殊功能在于可以使控制发动机、变速箱，行走系统以及制动系统的单元网络化。虽然，经营者和运输公司不允许编辑系统电脑参数，但是可以在公交车的中央检修口中加入一些适当的参数，来对汽车进行检修，在实时运用中，数据的传输速率可以从500KB/秒到1MB/秒。智能公交车的数据传输速率是125 KB/秒，它是通过和各叫做多路传输系统的装置来完成的，并且它对车身以及舒适性附属电子齐备的整体网络发挥着统一协调的作用。在专线公交车的领域中，车载电脑控制着诸如车门、上车辅助设备、监控系统、空调系统、驾驶区这类系统间的信息传输。智能化电脑公交车(informationsystem bus)的数据的传输速率250KB/秒，它也被称作为集成车载信息系统(IBIS)智能化微电脑系统是由那些为乘客提供信息的串行通讯以及那些与导航设备相连接电子计算机系统组成的。

[发明内容]

本发明的目的就是根据汽车技术原理，发明一种网络型智能行驶记录仪，除了它独立能实现记录、显示车速，驾驶状态等应具备的功能外，还赋予记录仪一种全新的、概念的功能整合能力，在不改变硬件的条件下，通过改进软件，使本发明成为网络上其它各个特定功能电子单元的网络成员，参与资源整合。成为对网络上其它电子单元的工作参数的显示、实时记录、协调控制的主要设备，并可利用本发明的资源对网络上各单元的工作参数，状况予以打印、显示和参数的上载和下载可实现对车辆电子网络设备的维护和分析。

为实现上述目的，本发明由下列部分组成，由带屏蔽防护门的壳体、CAN微处理器、彩色荧光显示器VFD电路、数据存储器、程序存储器、铁电存储器、CAN网络接口驱动电路、USB HOST&SLAVE双功能通信芯片电路、自适应串行通讯接口电路、隔离型开关量输入电路、隔离型速度信号精确捕获电路、隔离型宽范围电源电路，其特征在于微处理器U1连接CAN接口电路，由微处理接口3端连接光电耦合器U10支点3，U10支点6与CAN收发器U8支点1相连，微处理器接口电路2端连接光电耦合器U9支点6，光电耦合器U9支点3与CAN收发器U9支点4相连，U8支点6和7分别连接接插件J3，J3连接CAN插座P3，J3支点1和2分别连接DC/DC转换器U7，CAN收发器U8支点2和3分别连接电源隔离U7/a的V CAN+端和V CAN-(一组通信信号线)，微处理器与连接接插件J4间由一组联络信号线连接，J4接插件上连接荧光显示驱动芯片电路U14，U14一端与接插件J6一端相连，接插件J6另一端连接键盘JB，U14另一端与接插件J5一端相连，J5另一端相连荧光显示屏VFD，在U14上再抽头一端连接指示灯LED，CAN接口电路输出端一端分别连接带CAN接口的自动门控单元，GPS、GPRS单元、自动变速箱单元、温度压力采集单元、汽车空调单元。CAN接口电路由光电耦合器U9、电阻R4、电容C3、光电耦合器U10、电阻R7、电阻R3  、二极管D2、CAN收发器U8、电阻R3、接插件J3、CAN插座P3等连接组成，CPU的U1/2号脚(CANRXDC)和U1/3号脚(CANTXDC)分别连接到U9/6号脚和U10/3号脚。U9/3号脚和U10/6号脚，分别连接到R5的1端和U8/1号脚。R5的2端和U8/4号脚相连，再由U8/7号脚和U8/6号脚分别连接J3/4和J3/5号脚，再连接至插座P3的P3/4号脚(通信线CAN+)和P3/5号脚(通信线CAN-)，一组隔离电源U7/a的输出V CAN+和V CAN-分别连接于U8/3号脚和U8/2号脚。U7/b的输出VCC端连接U1/23号脚(VDD端)和U9/8号脚，VCC端还通过CAN通信指示灯D2和串联限流电阻R7连接于U10/2号脚，U7/b的GND端连接于U1/22号脚(VSS脚)和U9/5号脚。荧光显示驱动芯片电路由指示灯电路、键盘电路、荧光显示器电路、DC/DC转换电路连接组成，LED1-LED4的负端分别顺序连接于U14/42，U14/41，U14/40，U14/39号脚，LED5负端连接于GND，LED负端和LED7负端连接于RS232TXD和CANTXD端，DC/DC转换器U7的隔离电源的U7/a的F+F-分别与连接件J4/1，和J4/3号脚相连，再分别与VFD显示屏两端灯丝引脚NFD/1，2号脚和VFD/31，32号脚相连，VFD/P1-P14号脚14个阳极分别顺序连接至U14/S1G1-U14/S1G14号脚。栅极VFD/8G，VFD/7G分别连接至U14/SIG15和U14/SIG16号脚，栅极VFD/1G-VFD/6G号脚6个栅极，分别顺序连接至U14/GR1-U14/GR6号脚，由U7/C电源提供阴极电位，连接于U14/27号脚。壳体面板的左面设有防水防尘防电磁的防护屏蔽门，可开启。荧光显示器设有可显示代码、GPS、扩展、页、次、驾证、里程、车牌分类、VIN、特征、开、停、车、日期、时间、平均、最高、车速、报警、km/h、8段码、三色6块转轮图形等工作状态数据显示。壳体面板上采用专用24键贴膜键盘。

本发明与现有技术相比，符合最新国标GB/T 19056-2003的要求，集USB、CAN、GPS、GPRS、VFD、数据库、互联网软件技术和超宽幅电源、仪表信号隔离抗干扰以及防爆等高新技术于一体，适合与包括化学危险品车辆在内的各种车型配套，功能强大，使用方便，性价比高，具有高清晰高亮度彩色VFD荧光显示，宽温度范围，按国标特别设计，60余种中文信息提示；结合24键操作面板，可独立于计算机使用，即在脱离计算机的情况下也能满足新国标的基本功能，可独立完成身份识别，设置、查询、传输和串口打印等全部功能，方便现场使用；前面板内置插拔式通讯端口方便数据采集传送，专设防水防尘屏蔽保护门，使端口不直接裸露于外环境中，延长使用寿命；所有引线均有完善的信号隔离与保护，且每个信号通道间隔离电压高于1500V，不会因接线错误而损坏仪器或车辆，并具有高可靠性和高抗干扰性以及良好的电磁兼容性；超宽电源电压工作范围，有效克服汽车行驶过程中电压波动(7VDC到54VDC)或点火系统对CPU的干扰；采用大容量存储器和高效合理的数据结构，保证不少于64k的记录容量，关键存储器采用高速非易失性铁电记忆体保证100亿次读写寿命，数据掉电后可保存10年；通讯端口均有自适应功能，保证即插即用；可检测记录监控车辆内其他CAN设备运行状况(如发动机、自动变速箱、制动系统、空调、驾驶区与门控系统等)，共享大量内部数据(包括设备自诊断信息)，适应国际上汽车测控技术向智能化、网络化、标准化和互操作性发展的趋势。

[附图说明]

图1是本发明创造的构造图。

图2是本发明创造的电原理图。

图3是本发明创造的CAN接口电路图。

图4是本发明创造的荧光显示驱动芯片电路图。

图5是本发明创造的网络连接图。

图6是本发明创造的荧光显示器图。

图7是本发明创造的仪贴膜键盘构造图。

指定图2为摘要附图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1，1为塑面框；2为屏蔽门；3为RS232板；4为USB板；5为主板；6为VFD板；7为VFD显示器；8为外壳；9为贴膜键盘；a为主视图；b为俯视图；c为A向视图，其中：X为RS232C插座，Y为USB SLAVE插座，Z为USB HOST插座，  d为开门局部俯视图，e为d的B-B剖视图。

参见图2，21为主板；22为VFD板；23为USB板；24为RS232板，N为CAN网络接口电路。其电路集中于图2-1至图2-4的四块印板上，和驾驶状态相关的开关量讯号，例如刹车灯，方向灯等14个开关信号电插座P1引入，车辆速度传感电信号由插座P2引入，通过光耦隔离的开关量输入电路U11经微处理器U1处理后，连同实时时钟电路U6的日期时钟信号一起送入可擦写存储器U4(E²ROM)，这些存储器存储着和车辆驾驶状态相关的信息，连同实时时间，均可通过显示、通信驱动电路U14在VFD荧光器显示屏上显示，芯片14还设有24键的键盘驱动电路JB，和指示不同工作状态的7个LED状态指示灯。在实现状态指示的同时，通过JB键盘的24个按键和具有几十个多种中文词组组合的荧光屏显示(参见图7)，实现人机对话操作。

参见图3，U9、U10为光电耦合器，U8为CAN收发器，J3为接插件，P3为CAN插座，CPU的U1/2号脚(CAN RXDC)和U1/3号脚(CAN TXDC)分别连接到U9/6号脚和U10/3号脚。U9/3号脚和U10/6号脚，分别连接到R5的1端和U8/1号脚。R5的2端和U8/4号脚相连，再由U8/7号脚和U8/6号脚分别连接J3/4和J3/5号脚，再连接至插座P3的P3/4号脚(通信线CAN+)和P3/5号脚(通信线CAN-)。芯片U8、U9、U10和U1分别由DC/DC转换器U7的二组隔离电源U7/a和U7/b供给，U7/a的输出V CAN+和V CAN-分别连接于U8/3号脚和U8/2号脚。U7/b的输出VCC端连接U1/23号脚(VDD端)，和U9/8号脚，VCC端还通过CAN通信指示灯D2和串联电阻限流R7连接于U10/2号脚，U7/b的GND端连接于U1/22号脚(VSS脚)和U9/5号脚。图4中R5和R7分别是光耦输入两极管的限流电阻，R3和R4为光耦输出晶体管的负载电阻，R6为CAN收发器U8的沿口调整电阻。

参见图4，41为由U14芯片连接的键盘电路JB，42为7个LED指示灯，43为由通信驱动芯片U14驱动VFD荧光显示器电路，44为DC/DC转换器。41的电路为由芯片U14驱动的4×6键盘扫描电路，R4为排阻，D1-D6均为线或两极管，由J6连接至24键贴摸键盘，如图7所示的。42为LED显示器，图中R5为限流排阻，图中LED1-LED7为7个发光两极管。其中LED1-LED4的负端分别连接于U14/42，U14/41，U14/40，U14/39号脚，LED5负端连接于GND，LED负端和LED7负端连接于RS232TXD和CANTXD端。43为通信显示驱动芯片U14驱动VFD荧光显示器电路。它由DC/DC转换器U7的隔离电源U7/a的F+和F-和连接件J4/1，和J4/3号脚相连再和VFD显示屏两端灯丝到脚NFD/1，2号脚和VFD/31，32号脚相连，VFD/P1-P14号脚14个阳极分别顺序连接至U14/S1G1-U14/S1G14号脚。栅极VFD/8G，VFD/7G分别连接至U14/SIG15和U14/SIG16号脚，栅极VFD/1G-VFD/6G号脚6个栅极，分别顺序连接至U14/GR1-U14/GR6号脚，由U7/C电源提供阴极电位，连接于U14/27号脚。

通信驱动芯片U14通过J4和主板上芯片U1的CPU相连，在程序的安排下通过时钟CLK，和选通信号STB的控制下由U14/6号脚接收来自CPU的数据并予以显示。在U14/SIG1-SIG16和U14/GR1-GR6的分组控制点亮显示屏该点亮的符号。由U14/5号脚输出键盘扫描状态信号，和CPU协同工作，图中R1和R2为上拉电阻。稳压管D7起稳压作用防止阳极电位-E和VFD灯丝中点F1电位过高损坏VFD显示器。

图5为带CAN接口的汽车行驶记录仪组成的网络，GPS为全球卫星定位系统，GPRS为移动通信网络，该网络使本发明的汽车行驶记录仪成为廉价的网络设备，可整合带CAN接口车辆的各种电子单元的功能，以自动门控单元，自动变速箱单元，汽车空调控制单元为例：在本发明的汽车行驶记录仪上对每一单元的各种参数进行权限允许的设置、查询、上载和下载，也可对各单元的实时运行参数进行显示、记录、或超限报警或打印相应数据，便于车队对车辆各种设备运行的状态有一个量化的科学记录分析。记录仪的RS232通讯口P6用来和外部打印机或上位机通信。P4和P5口分别为USB通信芯片U13的SLAVE和HOST接口，SLAVE P4口可和手提电脑实现快速数据上载或下载，HOST P5口可和USB闪存盘(俗称U盘)实现快速数据上载和下载。在网络中，每个块连接结构均带有完全相同的CAN网络接口电路N，该网络中均有一个五芯插座和图2中的P3一致，1号脚供电“+”端，2号脚供电“一”端，3号脚接通信线屏蔽层，4号和5号脚：分别为通信线CAN+和CAN一。需要注意的是在网络通信的两端需要各接120欧姆网端匹配电阻，以防止通信线出现回波干扰。

参见图6，61为中文显示，62为数字显示。图6-1为显示器的25个中文词组为主的点亮区，图6-2为8个7段数字显示符，6大2小，图中Np和Nx均为空脚。

参见图7，71为功能键，72为数字键，73为荧光显示屏窗口。

P1为电源和信号插座，P2为速度信号插座，P3为CAN插座，P4为USB SLAVE插座，P5为USB HOST插座，P6为RS232座，J1，J2，J3，J4，J5，J6，J7，J8为各类连接件，U1为带CPU控制器的单片8为微控制器87C591等，U2为数据存储器，U3为程序存储器，U4为2片I2C接口的铁电存储器，U5为三端稳压管，U6为时钟芯片8503等，U7为DC/DC转换器，U8为CAN收发器SN65HVD251等，U9、U10为光电耦合器HCPL-0601等，U11为带光耦开关量输入电路，U12为RS232接口驱动电路，U13为USB通信芯片，U14为荧光显示驱动芯片UPD16312等，JB为24键贴面盘，VFD为荧光显示屏，LED为指示灯。这种产品的制造技术对本专业的人来说还是清楚的。

Claims (6)

1、一种带CAN网络的汽车行驶记录仪，包括带带屏蔽防护门的壳体、CAN微处理器、彩色荧光显示器VFD电路、数据存储器、程序存储器、铁电存储器、CAN网络接口驱动电路、USB HOST&SLAVE双功能通信芯片电路、自适应串行通讯接口电路、隔离型开关量输入电路、隔离型速度信号精确捕获电路、隔离型宽范围电源电路，其特征在于微处理器U1连接CAN接口电路，由微处理接口3端连接光电耦合器U10支点3，U10支点6与CAN收发器U8支点1相连，微处理器接口电路2端连接光电耦合器U9支点6，光电耦合器U9支点3与CAN收发器U9支点4相连，U8支点6和7分别连接接插件J3，J3连接CAN插座P3，J3支点1和2分别连接DC/DC转换器U7，CAN收发器U8支点2和3分别连接电源隔离U7/a的V CAN+端和V CAN-，一组通信信号线，微处理器与连接接插件J4间由一组联络信号线连接，J4接插件上连接荧光显示驱动芯片电路U14，U14一端与接插件J6一端相连，接插件J6另一端连接键盘JB，U14另一端与接插件J5一端相连，J5另一端相连荧光显示屏VFD，在U14上再抽头一端连接指示灯LED，CAN接口电路输出端一端分别连接带CAN接口的自动门控单元，GPS、GPRS单元、自动变速箱单元、温度压力采集单元、汽车空调单元。

2、如权利要求1所述的带CAN网络的汽车行驶记录仪，其特征在于CAN接口电路由光电耦合器U9、电阻R4、电容C3、光电耦合器U10、电阻R7、电阻R3、二极管D2、CAN收发器U8、电阻R3、接插件J3、CAN插座P3等连接组成，CPU的U1/2号脚和U1/3号脚分别连接到U9/6号脚和U10/3号脚；U9/3号脚和U10/6号脚，分别连接到R5的1端和U8/1号脚；R5的2端和U8/4号脚相连，再由U8/7号脚和U8/6号脚分别连接J3/4和J3/5号脚，再连接至插座P3的P3/4号脚和P3/5号脚，一组隔离电源U7/a的输出V CAN+和V CAN-分别连接于U8/3号脚和U8/2号脚；U7/b的输出VCC端连接U1/23号脚和U9/8号脚，VCC端还通过CAN通信指示灯D2和串联限流电阻R7连接于U10/2号脚，U7/b的6ND端连接于U1/22号脚和U9/5号脚。

3、如权利要求1所述的带CAN网络的汽车行驶记录仪，其特征在于荧光显示驱动芯片电路由指示灯电路、键盘电路、荧光显示器电路、DC/DC转换电路连接组成，LED1-LED4的负端分别顺序连接于U14/42，U14/41，U14/40，U14/39号脚，LED5负端连接于GND，LED负端和LED7负端连接于RS232TXD和CANTXD端，DC/DC转换器U7的隔离电源的U7/a的F+F-分别与连接件J4/1，和J4/3号脚相连，再分别与VFD显示屏两端灯丝引脚NFD/1，2号脚和VFD/31，32号脚相连，VFD/P1-P14号脚14个阳极分别顺序连接至U14/S1G1-U14/S1614号脚；栅极VFD/8G，VFD/7G分别连接至U14/SIG15和U14/S1616号脚，栅极VFD/1G-VFD/6G号脚6个栅极，分别顺序连接至U14/GR1-U14/GR6号脚，由U7/C电源提供阴极电位，连接于U14/27号脚。

4、如权利要求1所述的带CAN网络的汽车行驶记录仪，其特征在于壳体面板的左面设有防水防尘防电磁的防护屏蔽门，可开启。

5、如权利要求1所述的带CAN网络的汽车行驶记录仪，其特征在于荧光显示器设有可显示代码、GPS、扩展、页、次、驾证、里程、车牌分类、VIN、特征、开、停、车、日期、时间、平均、最高、车速、报警、km/h、8段码、三色6块转轮图形等工作状态数据显示。

6、如权利要求1所述的带CAN网络的汽车行驶记录仪，其特征在于壳体面板上采用专用24键贴膜键盘。

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