摘 要
以 STC12LE5A60S2 单片机为核心， 通过连接 GPS 接收模块、 SD( Secure Digital Memory Card) 卡、 显示及语音等模块实现对行车轨迹等参数的记录。对该记录仪的组成部件、 功能及其软件和硬件的设计思想进行了阐述和说明。该记录仪可在行驶的过程中实时记录下车辆、 船舶的行驶轨迹。根据设置的位置和速度信息， 可实时检测并自动语音提示， 设置位置、 速度信息及语音信息方便修改， 并能通过 USB 通信总线与 PC 机进行数据交换， 记录的信息可用于车辆、 船舶行驶过程的重现和分析。具有存储容量大， 断电不丢失数据， 使用方便等优点。
目前， 随着社会的发展， 交通的发展越来越快，道路、 航线等变得越来越复杂， 交通事故时有发生，在这种情况下， 将用户的运行路线实时记录下来有助于分析事故原因。GPS 行驶记录仪可以记录车辆的运行方向、 速度、 位置等基本信息， 并可对车辆进行超速报警， 可及时提醒驾驶员， 提高驾驶员的安全责任感， 降低交通事故率; 同时， 通过对车辆、 船只运行轨迹的回放还可作为车辆事故分析的重要依据 。而且只有数据信息量越大、 数据类型越齐全， 分析结果才越准确。一般汽车行驶记录仪都采用板载闪存芯片作为数据存储部件， 且容量在几KB 到几 MB 之间。随着记录数据量的增加， 无法满足海量存储的要求， 且由于采用板载形式， 需要通过专用接口去读取数据， 一旦电路发生故障就无法读取数据。
本文研究实现了基于 SD 卡的记录仪: 采用 SD卡作为数据存储介质， 在 SD 卡使用 FAT32 文件系统， 支持的容量更大， 实现了数据的海量存储， 可通过 USB( Universal Serial Bus) 与 PC 进行数据交换，即使在电路随坏的情况下， 也可以使用读卡器读出数据。
系统结构设计
系统整体结构框图如图 1 所示。系统由 MCU、GPS 模块、 LCD 显示及 SD 卡存储组成。MCU 选用1T 单片机 STC12LE5A60S2， 选用的晶振频率为 22MHz。记录仪 MCU 通过 RS232 串行总线读取［3 ］GPS 模块发出的信息， 经分析和提取后， 通过 I/O 把经纬度、 速度及方向等信息实时显示到 LCD 上， 同时， 通过 SPI 总线以 FAT32 的文件格式存储到 SD卡中。在存储完信息之后， MCU 读取配置信息并与从 GPS 所得的最新信息进行比较， 如果符合条件，则通过语音模块进行语音提示。键盘通过 I/O 与MCU 进行实时通信， 以完成快关机、 启动停止记录、调节音量大小等功能。
系统软件设计
系统软件包括 GPS 接收程序、 SD 卡读写程序、语音模块程序、 LCD 显示及键盘扫描程序。主程序流程图如图 5 所示， 初始化包括 SD 卡初始化，FAT32 文件系统初始化， 语音模块初始化及 GPS 接收初始化等。
系统使用 SD 卡的 SPI 模式， 为了进入该模式，初始化时需要发送的命令有 3 个: CMD0、 ACMD41、CMD55。首先发送 CMD0， 然后发送 CMD55 和 AC-MD41 确认是否有回应， 如果有回应则为 SD 卡。由于电压上升过程及 SD 卡需要同步的原因， 在发送CMD0 命令之前需要向 SD 卡发送 74 个时钟。向SD 卡写入一个 CMD 或者 ACMD 指令的过程为: 首先使 CS 为低电平， SD 卡使能; 其次在 SD 卡的 Din写入指令并附加 8 个填充时钟， 使 SD 卡完成内部操作; 然后等待 SD 卡 Dout 的回应; 回应接受完毕使CS 为低电平并附加 8 个填充时钟。在 SD 卡的 Din没有数据写入时， 应使 Din 保持高电平。
结论
基于 SD 卡的 GPS 轨迹记录仪发挥了单片机STC12LE5A60S2 的速度特性， 使用文件系统存储数据， 提供了 USB 接口与 PC 机进行交换， 不仅大大提高了存储容量， 保证了数据的可靠性， 使数据交换简单， 而且可以根据目的进行语音提示， 语音设置使用方便。目前本系统已经有实际应用， 方便数据收集、 提醒驾驶等。