基于CAN总线的汽车行驶信息处理系统的设计

 摘  要：设计了一种基于CAN总线的汽车行驶信息处理系统。该系统通过对汽车行驶时间、速度及各个开关量信息进行记录、存储, 不仅能够实现数据采集单元和数据分析软件之间的数据采集, 还能根据车辆行驶信息, 绘制出各种行驶曲线。系统采用V isual Basic开发, 数据信息查询简洁快速、界面美观、色调适宜、抗干扰能力强、工作稳定可靠。

　　汽车工业的发展、普及, 随着给交通管理带来了许多问题。仅2005 年, 全国共发生道路交通事故450 254起, 造成98 738人死亡, 直接财产损失18 8亿元。据分析, 驾驶员违章驾驶是当前导致交通事故的主要原因, 其中以违章超速和疲劳驾驶为违章重点。在客观上需要一种能够实时记录车辆行驶和驾驶员驾驶活动等相关信息的车辆行驶状态信息处理系统, 以遏止疲劳驾驶, 约束驾驶人员的不良驾驶行为, 预防道路交通事故, 提高营运管理水平, 降低交通事故发生率, 为事故分析和事故责任鉴定提供原始数据。于是, 汽车行驶信息处理系统应运而生。

　　汽车行驶信息处理系统, 是对CAN 总线采集的车辆行驶速度、时间、里程以及其他开关量信息进行记录、存储, 实现查询、统计、图表生成、参数设置和权限管理等功能, 以便分析出车辆行驶状态和驾驶员在驾驶过程中的各种操作, 从而为有关部门对事故责任的鉴定提供有力依据。

　　1  系统简介

　　整个系统分为车载部分和非车载的计算机部分,结构示意图如图1所示。车载部分装在车辆上, 计算机部分的数据分析软件归相关部门所有。车载部分主要是CAN节点和数据采集单元, 各个CAN 节点采集的时间、速度、开关量等信息, 通过CAN 总线送到车载部分的数据采集单元中存储, 然后再将这些数据通过数据采集单元的RS232串行接口或USB 接口上传到计算机中, 供数据分析处理系统进行分析, 而且数据分析处理系统还具有数据下传功能, 即对车载部分实现初始化和参数设置。

图1  汽车行驶信息处理系统结构示意图

　　2  系统总体设计方案

　　系统总体设计如图2所示, 分为下层和上层两部分。下层部分主要由挂接在CAN 总线上的CAN 节点和数据采集单元组成, 属于车载部分。每个CAN 节点都由传感器或执行器接口、微处理器、CAN 总线控制器以及CAN 总线收发器组成。传感器负责将采集到的车辆行驶时的速度、时间、刹车、左右转向灯等信息传递给微处理器进行处理, 处理后的信息由CAN 控制器通过控制CAN 收发器传送到CAN 总线上。数据采集单元负责将CAN 总线上的数据信息取回, 然后通过RS232或U SB 接口上传给上层数据分析软件进行分析。上层数据分析软件部分属于非车载计算机部分, 主要是对CAN 总线所上传的车辆行驶时间、速度等数据信息实现统计、生成图表, 并实现对车辆和驾驶员的相关信息进行管理的功能。

图2  系统结构示意图

　　3  系统软件设计

　　汽车行驶信息处理系统的结构图如图3所示, 上层数据分析软件总体流程图如图4所示。系统以SQLSever数据库为基础, 采用V isual B asic 6 0开发, 总体结构可以划分为登陆模块、用户管理模块、车辆管理模块、数据管理模块和帮助模块等。

图3 汽车行驶信息处理系统的结构图

图4 上层数据分析软件总体流程图

　　系统数据分析软件的整个登陆过程分为4部分:

　　选择用户类型、输入用户编号、输入用户密码和登陆, 而用户类型是指登陆系统的用户是管理员还是驾驶员。如果选择了用户类型, 输入了正确的用户编号和用户密码, 则可以成功的登陆系统, 否则可以通过点击 清除!按钮来清除已经输入的用户编号和密码,重新输入或是点击 关闭!按钮退出系统。

　　用户管理包括管理员管理和驾驶员管理。管理员具有最高权限, 可以实现用户管理、车辆管理中的所有功能, 实现对管理员和驾驶员的编号、姓名、密码、年龄等基本信息的查看、增加、修改、删除。而驾驶员只能实现用户管理、车辆管理中部分功能, 即查看和修改自己的姓名、密码等基本信息, 查看车辆基本信息。

　　车辆管理实现对车辆的车牌号码、品牌、系列等基本信息的查看、增加、修改和删除。数据分析软件的重点是数据管理, 下面将重点介绍。

　　4  数据管理

　　数据管理包括对事故疑点数据的管理和对一般行驶数据的管理, 主要是根据车辆行驶的速度、开关量等信息, 绘制车辆行驶曲线。

　　事故疑点时, 需要对以0 1 s为时间间隔采集的车辆行驶的时间、速度及开关量等信息进行绘图, 即建立速度与时间关系、加速度与时间关系以及开关量与时间关系曲线图。一般行驶时, 需要对以1 s为时间间隔采集的车辆行驶的时间、速度及开关量等信息进行绘图, 即建立速度与时间关系、加速度与时间关系、开关量与时间关系曲线图。曲线的横坐标为时间, 单位为s, 精确到1 s, 纵坐标为与时间对应的车辆行驶速度、加速度及开关量, 速度的单位是km /h,精确到0.001 km /h, 加速度单位是m / s2, 精确到0.001m / s2。并可以实现对所绘制曲线的放大、缩小、翻页以及曲线上数据的实时查询。

　　由于速度、加速度等为连续的数据, 而开关量为离散的数据, 所以绘图时要划分为对速度、加速度与时间的连续型曲线绘制和对开关量与时间的离散型曲线绘制。但是, 绘制曲线的基本思想都是两点确定一条直线, 不断地取数据, 不断地连接两点, 就可以绘制出时间- 速度关系曲线和时间- 加速度关系曲线,而实现方法是通过VB 中的line方法。

　　曲线上数据显示, 是将当前时刻的各种行驶信息以数字化的形式表现出来, 并与图形相符合。当需要某一点的各种信息时, 可以通过鼠标的mouse up 和mouse dow n事件先获取该点的方位信息, 然后转化为该点对应的各种信息。

　　事故疑点时, 车辆行驶时的时间与速度、时间与加速度关系曲线如图5所示, 其中, 实线为时间- 速度关系曲线, 虚线为时间- 加速度关系曲线。为便于分析, 图形中左边的纵轴为速度, 右边的纵轴为加速度。

图5  事故疑点时的时间与速度、加速度关系曲线

　　一般行驶时, 车辆的时间与速度、时间与加速度关系曲线如图6所示。设计时, 选取典型的开关量作为分析对象, 其中( a)、( b)、( c)、( d)曲线分别表示刹车、左转向灯、右转向灯、油门。

图6  一般行驶时时间与开关量关系曲线

　　5  结束语

　　与一般的汽车行驶信息处理系统相比, 本系统优化了车辆行驶信息的存储, 能以有限的存储空间存储更多、更详细的车辆行驶信息, 并实现了基于VB 环境下的数据采集。在绘制车辆行驶曲线时, 无论是事故疑点时还是一般行驶时, 本系统都将时间与速度关系曲线和时间与加速度关系曲线放在一起, 并实现了曲线上数据的精确定位和显示, 方便分析人员对车辆行驶时的状况进行分析。