一种基于嵌入式控制器和ZIGBEE通信技术的行车倾角记录仪

本实用新型属于嵌入式系统和无线传感技术领域在汽车检测领域的应用，具体涉及一种基于嵌入式控制器和ZIGBEE通信技术的行车倾角记录仪。 

我国汽车行业发展势头迅猛，汽车保有量爆发式增长，汽车检测技术作为汽车出厂前最后一道关卡起着至关重要的作用，是保障汽车出厂之前合格的保证。它直接关系到汽车的品质和安全保障，对于人们的行车安全起着至关重要的作用。然而市面上鲜有高精度的计量汽车行进过程中俯仰角与翻滚角的计量仪表出现，无法实时的记录汽车行进过程中路况的好坏。没有真实的数据，无法判断和处理汽车行进过程中俯仰状况和左右倾斜状况，也就无从对行车状况进行分析。 

本实用新型提供一种无线行车倾角记录仪,其技术方案包括：用于获取汽车行进过程中俯仰角与翻滚角的倾角传感器；微处理器与倾角传感器电连接,用于对数字信号进行接收读取；无线发送模块与微处理器电连接,用于发送数字信号，消除有线发送的各种不便与限制；与此同时，预留串行通信接口，用于有线发送数据；液晶屏与微处理器电连接，用于实时显示数据。传感器将采集来的数据信息发送给处理器，处理器将数据写入外部存储器，再将数据读出，通过ZIGBEE无线通信模块发送出去，同时通过液晶屏显示出来，并且通过RS232串口发送，需要时，可接线进行有线读取。 

整个记录仪包括动态倾角计、电源供电电路(包括直连电源和电池充电部分)、无线发送电路、串行通信电路、J-TAG通信电路、液晶显示电路、外部存 储器电路、液晶显示电路、传感器信号读取电路。 

本实用新型采用上海威格(Vigor)的SST810动态倾角计，该传感器可高精度的输出动态倾角信息，包括俯仰角、翻滚角。该传感器的幅值范围为±90°，输出信号为CAN2.0B数字信号，其波特率为50Kbps，信号更新频率为50HZ，采用12V的汽车点烟口对其进行供电。 

如图1所示，整个记录仪的供电都源自于汽车点烟口的12V电压的电源，或者当使用电池供电时，由电池对系统进行供电。电池充电的电源来自于汽车点烟口的12V电源，放电时，要经过电源供电电路转换，对系统进行供电。SST810动态倾角计采集到的俯仰角和翻滚角信息通过微控制器的处理与转换，经过ZIGBEE信号无线发送电路、液晶显示电路、串行无线发送电路对数据进行输出。 

如图2所示，本实用新型采用以LM2596-3.3为核心的3.3V电压转换电路，包括保险电阻R14，尖峰脉冲抑制二极管D3，极性电容C32，磁珠L6，二极管D4，电感L7，极性电容C33，去耦电容C34。供电电源源自于汽车点烟口，为12V电压，经过R14和L6连接到U7的1管脚，将D3和C32置于电源与地之间，U7的4管脚为反馈管脚，2管脚为输出3.3V电压的管脚，将电感L7置于2、4管脚之间，用于消除交流干扰。C33和C34置于输出电压和地间，D4置于输出端和地端之间。 

如图3所示，本实用新型采用以BQ2057为核心的电池充电电路，包括防止回流的单向导通二极管D5、D6，发光二极管D7，去耦电容C36、C37，极性电容C35，0.2K电阻R15，FZT788B三极管FZT1，1K电阻R16、R19，1M电阻R17、R18，电池的接口J4。将D6、C36、C35置于12V电源和地之间，将R15置于电源和FZT1的3管脚之间，FZT1的2管脚通过R16连接到U8的7脚，U8的1脚与FZT1的3脚相连，U8的3脚与12V电源直接相连，U8的6脚接 地，U8的8脚接12V电源，U8的4脚接于R17和R18中间，R17另一端接电源VCC12V，R18另一端接地，C34接在电池接口J4和地之间，J4的1脚接FZT1的1脚，J4的2脚接地，D5接在电池接口J1的1脚，防止电流回流。 

如图4所示，本实用新型采用以MAX3232为核心的电路，实现RS232串行通信技术，对数据进行发送。该电路包括104滤波电容C25、C26、C27、C28、C29，MAX3232芯片U5。C25接于U5的15、16管脚之间，C26接在U5的1、3管脚之间，C27接于U5的4、5管脚之间；C28一端接于U5的2管脚，另一端接3.3V电源；C29一端接于U5的6管脚另一端接地；U5的9脚接RXD1，10脚接TXD1，11脚接TXD2，12脚接RXD2，7脚接ZGB_R，8脚接ZGB_T，13脚接232_R,14脚接232_T。 

如图5所示，本实用新型选用以ZICM2410P0的ZIGBEE通信模块为核心的的无线发送电路，包括ZICM2410P0、复位芯片MAX809 U4，滤波电容C23、C24，100欧姆电阻R11，100K电阻R12。C23接于ZICM2410P0的24管脚和地之间，用于对ZICM2410P0进行供电；ZICM2410P0的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、20、21、22、31、34、36、49、50、51、52、53、54、55、56管脚接地；ZICM2410P0的23管脚接穿行发送RXD_1，ZICM2410P0的26管脚接串行接收TXD_1；ZICM2410P0的46管脚接拨码开关ISP，ZICM2410P0的47管脚接复位信号端RST。拨码开关1脚接3.3V上拉电源，2脚接下拉电阻R11然后接地；复位电路U4的RST脚接R12然后接地，VCC管脚接3.3V电源，然后接滤波电容C24接地。 

如图6所示，传感器信号采集电路选用以SN65HVD230为核心的CAN数据通信电路。电路包括SN65HVD230芯片，滤波电容C46，1K电阻R25，120欧姆电阻R26,0欧姆电阻R27。SN65HVD230的3管脚接3.3V电源，并通过滤 波电容C46接地；SN65HVD230的2管脚接地，SN65HVD230的8管脚通过R25接地，SN65HVD230的7管脚接J6的3端子，SN65HVD230的6管脚接J6的2端子，并且在SN65HVD230的6、7管脚之间接120欧姆电阻R26；SN65HVD230的5管脚悬空；SN65HVD230的1管脚接控制器的PB9，即CAN_TX；SN65HVD230的4管脚通过R27接控制器的PB8，即CAN_RX。 

如图7所示，J-TAG接口电路以2*10双排端子J-TAG为核心，10K的上拉电阻R1、R2、R3、R4、R5以及滤波电容C1组成。J-TAG的1、3脚接3.3V电源，4、、6、8、10、12、14、16、18、20直接接地；J-TAG的3管脚接微控制器PB4管脚，并通过上拉电阻R1接3.3V电源；J-TAG的5管脚接微控制器PA15管脚，并通过上拉电阻R2接3.3V电源；J-TAG的7管脚接微控制器PA13管脚，并通过上拉电阻R3接3.3V电源；J-TAG的9管脚接微控制器PA14管脚，并通过上拉电阻R4接3.3V电源；J-TAG的13管脚接微控制器PB3管脚，并通过上拉电阻R5接3.3V电源；J-TAG的15管脚接微控制器的RESET脚，即复位管脚。 

如图8所示，液晶模块接口为HGS1端子，HGS1端子的1脚接地，2脚接VCC3.3V电源，并在1、2脚之间接滤波电容C3；HGS1端子的4脚接微控制器DC脚，即使能管脚；HGS1端子的7脚接微控制器SI脚，即串行信号输出脚；HGS1端子的8脚接微控制器的SCL1脚，即液晶显示的时钟输出；HGS1端子的15脚接微控制器的CS脚，即片选管脚，低电平有效；HGS1端子的16脚为复位管脚，接微控制器的RST脚。 

如图9所示，整个外部数据存储器核心是以24LC64-E/SN为核心的电路组成的。24LC64-E/SN的5管脚接微控制器的SDA，用于数据串行写入和读出，并通过上拉电阻R8接3.3V高电平；24LC64-E/SN的6管脚接微控制器的SCL， 用于数据发送和接收时的时钟控制，并通过上拉电阻R7接3.3V高电平；24LC64-E/SN的7管脚接地，8管脚接VCC3.3V高电平，并在7、8管脚间接一个104滤波电容C2；24LC64-E/SN的1、2、3、4管脚接地。 

如图10所示，为整个系统的微控制器，该计量仪选用ARM系列的STM32F103ZET6芯片为微控制器，除了上述提到的管脚连接外，STM32F103ZET6的17、39、52、62、72、84、95、108、121、131、144脚接VCC3.3V电源；STM32F103ZET6的16、38、51、63、71、83、94、107、120、130、143脚接地；并且在STM32F103ZET6的16、17管脚之间接104滤波电容C12，38、39管脚之间接104滤波电容C13，51、52管脚之间接104滤波电容C14，62、63管脚之间接104滤波电容C15，71、72管脚之间接104滤波电容C16，83、84管脚之间接104滤波电容C17，94、95管脚之间接104滤波电容C18，107、108管脚之间接104滤波电容C19，120、121管脚之间接104滤波电容C20，130、131管脚之间接104滤波电容C21，143、144管脚之间接104滤波电容C22。 

图1为本实用新型的硬件结构总体系统框图。 

图2为本实用新型的3.3V电压转换原理图。 

图3为本实用新型的电池充电及供电电路原理图。 

图4为RS232串行通信的电路原理图。 

图5为ZIGBEE无线通信模块的电路原理图,其中a图为无线ZIGBEE通信模块电路图，b图为写入配置的拨码开关电路图，c图为通信模块自动复位电路图。 

图6为传感器信号采集电路的电路原理图。 

图7为J-TAG接口电路原理图。 

图8为液晶显示接口电路原理图。 

图9为外部数据存储器模块原理图。 

图10为本实用新型的微控制器模块原理图。 

下面结合附图对本实用新型中各个部分做详细说明。 

如图1所示，整个记录仪的供电都源自于汽车点烟口的12V电压的电源，或者当使用电池供电时，由电池对系统进行供电。电池充电的电源来自于汽车点烟口的12V电源，放电时，要经过电源供电电路转换，对系统进行供电。SST810动态倾角计采集到的俯仰角和翻滚角信息通过微控制器的处理与转换，经过ZIGBEE信号无线发送电路、液晶显示电路、串行无线发送电路对数据进行输出。 

如图2所示，本实用新型采用以LM2596-3.3为核心的3.3V电压转换电路，包括保险电阻R14，尖峰脉冲抑制二极管D3，极性电容C32，磁珠L6，二极管D4，电感L7，极性电容C33，去耦电容C34。供电电源源自于汽车点烟口，为12V电压，经过R14和L6连接到U7的1管脚，将D3和C32置于电源与地之间，U7的4管脚为反馈管脚，2管脚为输出3.3V电压的管脚，将电感L7置于2、4管脚之间，用于消除交流干扰。C33和C34置于输出电压和地间，D4置于输出端和地端之间。 

如图3所示，本实用新型采用以BQ2057为核心的电池充电电路，包括防止回流的单向导通二极管D5、D6，发光二极管D7，去耦电容C36、C37，极性电容C35，0.2K电阻R15，FZT788B三极管FZT1，1K电阻R16、R19，1M电阻R17、R18，电池的接口J4。将D6、C36、C35置于12V电源和地之间，将R15置于电源和FZT1的3管脚之间，FZT1的2管脚通过R16连接到U8的7脚，U8的1脚与FZT1的3脚相连，U8的3脚与12V电源直接相连，U8的6脚接 地，U8的8脚接12V电源，U8的4脚接于R17和R18中间，R17另一端接电源VCC12V，R18另一端接地，C34接在电池接口J4和地之间，J4的1脚接FZT1的1脚，J4的2脚接地，D5接在电池接口J1的1脚，防止电流回流。 

如图4所示，本实用新型采用以MAX3232为核心的电路，实现RS232串行通信技术，对数据进行发送。该电路包括104滤波电容C25、C26、C27、C28、C29，MAX3232芯片U5。C25接于U5的15、16管脚之间，C26接在U5的1、3管脚之间，C27接于U5的4、5管脚之间；C28一端接于U5的2管脚，另一端接3.3V电源；C29一端接于U5的6管脚另一端接地；U5的9脚接RXD1，10脚接TXD1，11脚接TXD2，12脚接RXD2，7脚接ZGB_R，8脚接ZGB_T，13脚接232_R,14脚接232_T。 

如图5所示，本实用新型选用以ZICM2410P0的ZIGBEE通信模块为核心的的无线发送电路，包括ZICM2410P0、复位芯片MAX809 U4，滤波电容C23、C24，100欧姆电阻R11，100K电阻R12。C23接于ZICM2410P0的24管脚和地之间，用于对ZICM2410P0进行供电；ZICM2410P0的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、20、21、22、31、34、36、49、50、51、52、53、54、55、56管脚接地；ZICM2410P0的23管脚接穿行发送RXD_1，ZICM2410P0的26管脚接串行接收TXD_1；ZICM2410P0的46管脚接拨码开关ISP，ZICM2410P0的47管脚接复位信号端RST。拨码开关1脚接3.3V上拉电源，2脚接下拉电阻R11然后接地；复位电路U4的RST脚接R12然后接地，VCC管脚接3.3V电源，然后接滤波电容C24接地。 

如图6所示，传感器信号采集电路选用以SN65HVD230为核心的CAN数据通信电路。电路包括SN65HVD230芯片，滤波电容C46，1K电阻R25，120欧姆电阻R26,0欧姆电阻R27。SN65HVD230的3管脚接3.3V电源，并通过滤 波电容C46接地；SN65HVD230的2管脚接地，SN65HVD230的8管脚通过R25接地，SN65HVD230的7管脚接J6的3端子，SN65HVD230的6管脚接J6的2端子，并且在SN65HVD230的6、7管脚之间接120欧姆电阻R26；SN65HVD230的5管脚悬空；SN65HVD230的1管脚接控制器的PB9，即CAN_TX；SN65HVD230的4管脚通过R27接控制器的PB8，即CAN_RX。 

如图7所示，J-TAG接口电路以2*10双排端子J-TAG为核心，10K的上拉电阻R1、R2、R3、R4、R5以及滤波电容C1组成。J-TAG的1、3脚接3.3V电源，4、、6、8、10、12、14、16、18、20直接接地；J-TAG的3管脚接微控制器PB4管脚，并通过上拉电阻R1接3.3V电源；J-TAG的5管脚接微控制器PA15管脚，并通过上拉电阻R2接3.3V电源；J-TAG的7管脚接微控制器PA13管脚，并通过上拉电阻R3接3.3V电源；J-TAG的9管脚接微控制器PA14管脚，并通过上拉电阻R4接3.3V电源；J-TAG的13管脚接微控制器PB3管脚，并通过上拉电阻R5接3.3V电源；J-TAG的15管脚接微控制器的RESET脚，即复位管脚。 

如图8所示，液晶模块接口为HGS1端子，HGS1端子的1脚接地，2脚接VCC3.3V电源，并在1、2脚之间接滤波电容C3；HGS1端子的4脚接微控制器DC脚，即使能管脚；HGS1端子的7脚接微控制器SI脚，即串行信号输出脚；HGS1端子的8脚接微控制器的SCL1脚，即液晶显示的时钟输出；HGS1端子的15脚接微控制器的CS脚，即片选管脚，低电平有效；HGS1端子的16脚为复位管脚，接微控制器的RST脚。 

如图9所示，整个外部数据存储器核心是以24LC64-E/SN为核心的电路组成的。24LC64-E/SN的5管脚接微控制器的SDA，用于数据串行写入和读出，并通过上拉电阻R8接3.3V高电平；24LC64-E/SN的6管脚接微控制器的SCL， 用于数据发送和接收时的时钟控制，并通过上拉电阻R7接3.3V高电平；24LC64-E/SN的7管脚接地，8管脚接VCC3.3V高电平，并在7、8管脚间接一个104滤波电容C2；24LC64-E/SN的1、2、3、4管脚接地。 

如图10所示，为整个系统的微控制器，该计量仪选用ARM系列的STM32F103ZET6芯片为微控制器，除了上述提到的管脚连接外，STM32F103ZET6的17、39、52、62、72、84、95、108、121、131、144脚接VCC3.3V电源；STM32F103ZET6的16、38、51、63、71、83、94、107、120、130、143脚接地；并且在STM32F103ZET6的16、17管脚之间接104滤波电容C12，38、39管脚之间接104滤波电容C13，51、52管脚之间接104滤波电容C14，62、63管脚之间接104滤波电容C15，71、72管脚之间接104滤波电容C16，83、84管脚之间接104滤波电容C17，94、95管脚之间接104滤波电容C18，107、108管脚之间接104滤波电容C19，120、121管脚之间接104滤波电容C20，130、131管脚之间接104滤波电容C21，143、144管脚之间接104滤波电容C22。