基于CAN總線的汽車行駛信息處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

 摘  要：設(shè)計(jì)了一種基于CAN總線的汽車行駛信息處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對汽車行駛時(shí)間、速度及各個(gè)開關(guān)量信息進(jìn)行記錄、存儲, 不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)分析軟件之間的數(shù)據(jù)采集, 還能根據(jù)車輛行駛信息, 繪制出各種行駛曲線。系統(tǒng)采用V isual Basic開發(fā), 數(shù)據(jù)信息查詢簡潔快速、界面美觀、色調(diào)適宜、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠。

　　汽車工業(yè)的發(fā)展、普及, 隨著給交通管理帶來了許多問題。僅2005 年, 全國共發(fā)生道路交通事故450 254起, 造成98 738人死亡, 直接財(cái)產(chǎn)損失18 8億元。據(jù)分析, 駕駛員違章駕駛是當(dāng)前導(dǎo)致交通事故的主要原因, 其中以違章超速和疲勞駕駛為違章重點(diǎn)。在客觀上需要一種能夠?qū)崟r(shí)記錄車輛行駛和駕駛員駕駛活動等相關(guān)信息的車輛行駛狀態(tài)信息處理系統(tǒng), 以遏止疲勞駕駛, 約束駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為, 預(yù)防道路交通事故, 提高營運(yùn)管理水平, 降低交通事故發(fā)生率, 為事故分析和事故責(zé)任鑒定提供原始數(shù)據(jù)。于是, 汽車行駛信息處理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

　　汽車行駛信息處理系統(tǒng), 是對CAN 總線采集的車輛行駛速度、時(shí)間、里程以及其他開關(guān)量信息進(jìn)行記錄、存儲, 實(shí)現(xiàn)查詢、統(tǒng)計(jì)、圖表生成、參數(shù)設(shè)置和權(quán)限管理等功能, 以便分析出車輛行駛狀態(tài)和駕駛員在駕駛過程中的各種操作, 從而為有關(guān)部門對事故責(zé)任的鑒定提供有力依據(jù)。

　　1  系統(tǒng)簡介

　　整個(gè)系統(tǒng)分為車載部分和非車載的計(jì)算機(jī)部分,結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。車載部分裝在車輛上, 計(jì)算機(jī)部分的數(shù)據(jù)分析軟件歸相關(guān)部門所有。車載部分主要是CAN節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)采集單元, 各個(gè)CAN 節(jié)點(diǎn)采集的時(shí)間、速度、開關(guān)量等信息, 通過CAN 總線送到車載部分的數(shù)據(jù)采集單元中存儲, 然后再將這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集單元的RS232串行接口或USB 接口上傳到計(jì)算機(jī)中, 供數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)進(jìn)行分析, 而且數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)下傳功能, 即對車載部分實(shí)現(xiàn)初始化和參數(shù)設(shè)置。

圖1  汽車行駛信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　2  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2所示, 分為下層和上層兩部分。下層部分主要由掛接在CAN 總線上的CAN 節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)采集單元組成, 屬于車載部分。每個(gè)CAN 節(jié)點(diǎn)都由傳感器或執(zhí)行器接口、微處理器、CAN 總線控制器以及CAN 總線收發(fā)器組成。傳感器負(fù)責(zé)將采集到的車輛行駛時(shí)的速度、時(shí)間、剎車、左右轉(zhuǎn)向燈等信息傳遞給微處理器進(jìn)行處理, 處理后的信息由CAN 控制器通過控制CAN 收發(fā)器傳送到CAN 總線上。數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)將CAN 總線上的數(shù)據(jù)信息取回, 然后通過RS232或U SB 接口上傳給上層數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析。上層數(shù)據(jù)分析軟件部分屬于非車載計(jì)算機(jī)部分, 主要是對CAN 總線所上傳的車輛行駛時(shí)間、速度等數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)、生成圖表, 并實(shí)現(xiàn)對車輛和駕駛員的相關(guān)信息進(jìn)行管理的功能。

圖2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　3  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　汽車行駛信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示, 上層數(shù)據(jù)分析軟件總體流程圖如圖4所示。系統(tǒng)以SQLSever數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ), 采用V isual B asic 6 0開發(fā), 總體結(jié)構(gòu)可以劃分為登陸模塊、用戶管理模塊、車輛管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和幫助模塊等。

圖3 汽車行駛信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

圖4 上層數(shù)據(jù)分析軟件總體流程圖

　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析軟件的整個(gè)登陸過程分為4部分:

　　選擇用戶類型、輸入用戶編號、輸入用戶密碼和登陸, 而用戶類型是指登陸系統(tǒng)的用戶是管理員還是駕駛員。如果選擇了用戶類型, 輸入了正確的用戶編號和用戶密碼, 則可以成功的登陸系統(tǒng), 否則可以通過點(diǎn)擊 清除!按鈕來清除已經(jīng)輸入的用戶編號和密碼,重新輸入或是點(diǎn)擊 關(guān)閉!按鈕退出系統(tǒng)。

　　用戶管理包括管理員管理和駕駛員管理。管理員具有最高權(quán)限, 可以實(shí)現(xiàn)用戶管理、車輛管理中的所有功能, 實(shí)現(xiàn)對管理員和駕駛員的編號、姓名、密碼、年齡等基本信息的查看、增加、修改、刪除。而駕駛員只能實(shí)現(xiàn)用戶管理、車輛管理中部分功能, 即查看和修改自己的姓名、密碼等基本信息, 查看車輛基本信息。

　　車輛管理實(shí)現(xiàn)對車輛的車牌號碼、品牌、系列等基本信息的查看、增加、修改和刪除。數(shù)據(jù)分析軟件的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)管理, 下面將重點(diǎn)介紹。

　　4  數(shù)據(jù)管理

　　數(shù)據(jù)管理包括對事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理和對一般行駛數(shù)據(jù)的管理, 主要是根據(jù)車輛行駛的速度、開關(guān)量等信息, 繪制車輛行駛曲線。

　　事故疑點(diǎn)時(shí), 需要對以0 1 s為時(shí)間間隔采集的車輛行駛的時(shí)間、速度及開關(guān)量等信息進(jìn)行繪圖, 即建立速度與時(shí)間關(guān)系、加速度與時(shí)間關(guān)系以及開關(guān)量與時(shí)間關(guān)系曲線圖。一般行駛時(shí), 需要對以1 s為時(shí)間間隔采集的車輛行駛的時(shí)間、速度及開關(guān)量等信息進(jìn)行繪圖, 即建立速度與時(shí)間關(guān)系、加速度與時(shí)間關(guān)系、開關(guān)量與時(shí)間關(guān)系曲線圖。曲線的橫坐標(biāo)為時(shí)間, 單位為s, 精確到1 s, 縱坐標(biāo)為與時(shí)間對應(yīng)的車輛行駛速度、加速度及開關(guān)量, 速度的單位是km /h,精確到0.001 km /h, 加速度單位是m / s2, 精確到0.001m / s2。并可以實(shí)現(xiàn)對所繪制曲線的放大、縮小、翻頁以及曲線上數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢。

　　由于速度、加速度等為連續(xù)的數(shù)據(jù), 而開關(guān)量為離散的數(shù)據(jù), 所以繪圖時(shí)要劃分為對速度、加速度與時(shí)間的連續(xù)型曲線繪制和對開關(guān)量與時(shí)間的離散型曲線繪制。但是, 繪制曲線的基本思想都是兩點(diǎn)確定一條直線, 不斷地取數(shù)據(jù), 不斷地連接兩點(diǎn), 就可以繪制出時(shí)間- 速度關(guān)系曲線和時(shí)間- 加速度關(guān)系曲線,而實(shí)現(xiàn)方法是通過VB 中的line方法。

　　曲線上數(shù)據(jù)顯示, 是將當(dāng)前時(shí)刻的各種行駛信息以數(shù)字化的形式表現(xiàn)出來, 并與圖形相符合。當(dāng)需要某一點(diǎn)的各種信息時(shí), 可以通過鼠標(biāo)的mouse up 和mouse dow n事件先獲取該點(diǎn)的方位信息, 然后轉(zhuǎn)化為該點(diǎn)對應(yīng)的各種信息。

　　事故疑點(diǎn)時(shí), 車輛行駛時(shí)的時(shí)間與速度、時(shí)間與加速度關(guān)系曲線如圖5所示, 其中, 實(shí)線為時(shí)間- 速度關(guān)系曲線, 虛線為時(shí)間- 加速度關(guān)系曲線。為便于分析, 圖形中左邊的縱軸為速度, 右邊的縱軸為加速度。

圖5  事故疑點(diǎn)時(shí)的時(shí)間與速度、加速度關(guān)系曲線

　　一般行駛時(shí), 車輛的時(shí)間與速度、時(shí)間與加速度關(guān)系曲線如圖6所示。設(shè)計(jì)時(shí), 選取典型的開關(guān)量作為分析對象, 其中( a)、( b)、( c)、( d)曲線分別表示剎車、左轉(zhuǎn)向燈、右轉(zhuǎn)向燈、油門。

圖6  一般行駛時(shí)時(shí)間與開關(guān)量關(guān)系曲線

　　5  結(jié)束語

　　與一般的汽車行駛信息處理系統(tǒng)相比, 本系統(tǒng)優(yōu)化了車輛行駛信息的存儲, 能以有限的存儲空間存儲更多、更詳細(xì)的車輛行駛信息, 并實(shí)現(xiàn)了基于VB 環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集。在繪制車輛行駛曲線時(shí), 無論是事故疑點(diǎn)時(shí)還是一般行駛時(shí), 本系統(tǒng)都將時(shí)間與速度關(guān)系曲線和時(shí)間與加速度關(guān)系曲線放在一起, 并實(shí)現(xiàn)了曲線上數(shù)據(jù)的精確定位和顯示, 方便分析人員對車輛行駛時(shí)的狀況進(jìn)行分析。