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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許偉倫
論文名稱:以車載診斷系統與全球衛星定位系統建構車輛行車紀錄裝置
論文名稱(外文):Development of Vehicle Datalogger by Integrating On-Board Diagnosis and Global Positioning System
指導教授:黃裕煒黃裕煒引用關係黃其泮
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:車輛科技研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:129
中文關鍵詞:車上診斷系統全球衛星定位系統嵌入式微處理器快閃記憶體
外文關鍵詞:On-Board DiagnosisGlobal Positioning systemembedded
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本研究主要實現一車輛行車紀錄裝置之設計,結合車上診斷系統資訊及全球衛星定位系統資訊,其採用8051架構的微處理器做為本系統之核心,藉由該微處理器,將接收到的行車資訊解碼分析,並將行車資訊即時運算,計算出車輛行駛舒適度及車輛燃油消耗程度等,即時顯示在液晶顯示器上,同步儲存至快閃記憶體內。
本行車紀錄器主要分為三大部份:車上診斷系統的應用、全球衛星定位系統的應用及嵌入式微處理器的應用。目前上市新車均已配置車上診斷系統,因此本研究將符合目前上市新車使用需求,透過車上診斷系統可以得到車輛內部的行車資訊,如引擎轉速、引擎負載等值,配合全球衛星定位系統,可以得到行車時間、車輛位置等資訊,使用嵌入式微處理器作為控制器,除了負責與行車資訊系統溝通讀取數據,及接收全球衛星定位系統資訊外,同時將資訊解譯計算後儲存至快閃記憶體內,完成車輛行車紀錄裝置之設計。
This thesis is to develop a datalogger of vehicle navigation integrating On-Board Diagnosis and Global Positioning System. This system includes three subsystems, On-Board Diagnosis system, Global Positioning system
and application of embedded microprocessor.
The datalogger of vehicle system is designed based on embedded system.
The vehicle datalogger can record vehicle’s information by On-Board Diagnosis system and record the vehicle navigation time and location by Global Positioning system. Then the microprocessor write the data into the flash memory in order to realize the vehicle datalogger system.
Keywords: On-Board Diagnosis, Global Positioning system, embedded
microprocessor, flash memory
目錄
摘要 I
Abstract II
謝誌 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 4
1.4 論文架構 5
第二章 行車紀錄器介紹 6
2.1 行車紀錄器的定義 6
2.2 行車紀錄器的種類 8
2.2 行車紀錄器的相關法規 13
2.3.1 歐洲法規 13
2.3.2 美國法規 14
2.3.3 日本法規 14
第三章 行車資訊種類介紹 16
3.1 車上診斷系統資訊 16
3.1.1 何謂車上診斷系統 16
3.1.2 車上診斷系統法規介紹 21
3.2 全球衛星定位系統資訊 22
第四章 行車紀錄器系統架構與設計 24
4.1 微處理器之運算平台 25
4.2 車上診斷系統行車資訊擷取 27
4.3 全球衛星定位系統資訊擷取 31
4.4 人機介面 34
第五章 行車紀錄器系統實作與測試 35
5.1 微處理器之運算平台功能架構與週邊電路設計 35
5.2 車上診斷系統行車資訊擷取 37
5.3 全球衛星定位系統資訊擷取 50
5.4 人機介面之設計 53
第六章 系統實測及數據分析 54
6.1 行車紀錄裝置測試 54
6.2 行車資訊數據分析 55
6.2.1 行車舒適度分析 55
6.2.2 車輛行駛分析 91
6.2.2.1 單次里程數計算 91
6.2.2.2 單次引擎負載累積計算 96
6.2.3 車輛舒適度即時分析 103
6.2.4 車輛維修分析 107
第七章 結論與未來展望 113
7.1 結論 113
7.2 建議與未來展望 114
參考文獻 116
附錄一 119
附錄二 123

圖1.2.1 民國91 至93 年高速公路肇事原因...........3
圖2.2.1 行車記錄紙.............................8
圖2.2.2 機械式行車紀錄器記錄紙卡行駛速度之讀解....9
圖2.2.3 機械式行車紀錄器記錄紙卡行駛時間之讀解....9
圖3.1.1.1 符合「OBDⅡ」的診斷接頭...............19
圖4.1 系統基本架構.............................24
圖4.1.1 C8051F340-TB Target Board connected to AB5 Expansion Board ...................26
圖4.2.1 OBD II 至 RS 232 訊號格式轉換電路.......28
圖4.2.2 資料庫查詢系統查詢故障碼.................30
圖4.3.1 GPS 字串處理流程圖......................32
圖5.1.1 本研究微處理器系統功能架構...............36
圖5.1.2 自製的UART 及GPIO 擴充板................37
圖5.2.1 完成之OBD II 至 RS 232 轉換界面電路......38
圖5.2.2 車輛透過轉換界面電路與PC 溝通.............38
圖5.2.3 實驗用車................................39
圖5.2.4 診斷座實際位置圖.........................39
圖5.2.5 診斷插座...............................39
圖5.2.6 診斷接頭實際安裝圖.............................................39
圖5.2.7 與實車進行詢問行車資訊終端機畫面...........40
圖5.2.8 轉換界面電路與車輛行車電腦確認車身網路連線..41
圖5.2.9 轉換界面電路與車輛行車電腦確認車身網路連線失敗.42
圖5.2.10 轉換界面電路與車輛行車電腦確認車身網路連線成功42
圖5.2.11 送出詢問碼詢問車輛狀態及其回應值..........43
圖5.2.12 Visual Basic 2005 編寫的OBD 程式.......44
圖5.2.13 車輛透過轉換界面電路與微控制器溝通.......45
圖5.2.14 車輛透過轉換界面電路與微控制器溝通畫面...46
圖5.2.15 車輛與微控制器透過轉換界面電路溝通流程圖.....48
圖5.2.16 透過UART1 可以同步顯示出完整的行車資訊......49
圖5.3.1 GPS 接收器與電腦終端機連結畫面............50
圖5.3.2 過濾後的GPRMC 字串訊息...................51
圖5.3.3 實驗過程GPS 接收器安裝位置................52
圖5.4.1 輸入按鍵................................53
圖5.4.2 開機初始化時顯示畫面......................53
圖5.4.3 顯示當前日期、時間........................53
圖5.4.4 顯示行車速度、引擎轉速....................53
圖5.4.5 引擎負載、節氣閥開度.................53
圖5.4.6 引擎冷卻水溫度、故障碼.....................53
圖6.1.1 本行車紀錄裝置於實車行駛過程擷取行車資訊圖....54
圖6.2.1.1 輕度加減速測試一速度圖....................61
圖6.2.1.2 輕度加減速測試一加速度圖.................61
圖6.2.1.3 輕度加減速測試二速度圖...................61
圖6.2.1.4 輕度加減速測試二加速度圖.................61
圖6.2.1.5 輕度加減速測試三速度圖...................62
圖6.2.1.6 輕度加減速測試三加速度圖.................62
圖6.2.1.7 輕度加減速測試四速度圖...................62
圖6.2.1.8 輕度加減速測試四加速度圖.................62
圖6.2.1.9 輕度加減速測試五速度圖...................63
圖6.2.1.10 輕度加減速測試五加速度圖................63
圖6.2.1.11 輕度加減速測試六速度圖.................63
圖6.2.1.12 輕度加減速測試六加速度圖...............63
圖6.2.1.13 輕度加減速測試七速度圖.................64
圖6.2.1.14 輕度加減速測試七加度圖.................64
圖6.2.1.15 輕度加減速測試八速度圖.................64
圖6.2.1.16 輕度加減速測試八加速度圖................64
圖6.2.1.17 輕度加減速八次測試速度圖................65
圖6.2.1.18 輕度加減速八次測試加速度圖..............65
圖6.2.1.19 中度加減速測試一速度圖..................66
圖6.2.1.20 中度加減速測試一加度圖.................66
圖6.2.1.21 中度加減速測試二速度圖.................66
圖6.2.1.22 中度加減速測試二加速度圖..............66
圖6.2.1.23 中度加減速測試三速度圖................67
圖6.2.1.24 中度加減速測試三加速度圖..............67
圖6.2.1.25 中度加減速測試四速度圖................67
圖6.2.1.26 中度加減速測試四加速度圖..............67
圖6.2.1.27 中度加減速測試五速度圖................68
圖6.2.1.28 中度加減速測試五加速度圖...............68
圖6.2.1.29 中度加減速測試六速度圖.................68
圖6.2.1.30 中度加減速測試六加速度圖...............68
圖6.2.1.31 中度加減速測試七速度圖.................69
圖6.2.1.32 中度加減速測試七加速度圖................69
圖6.2.1.33 中度加減速測試八速度圖..................69
圖6.2.1.34 中度加減速測試八加速度圖...............69
圖6.2.1.35 中度加減速八次測試速度圖...............70
圖6.2.1.36 中度加減速八次測試加速度圖..............70
圖6.2.1.37 重度加減速測試一速度圖..................71
圖6.2.1.38 重度加減速測試一加速度圖...............71
圖6.2.1.39 重度加減速測試二速度圖................71
圖6.2.1.40 重度加減速測試二加速度圖..............71
圖6.2.1.41 重度加減速測試三速度圖................72
圖6.2.1.42 重度加減速測試三加速度圖..............72
圖6.2.1.43 重度加減速測試四速度圖................72
圖6.2.1.44 重度加減速測試四加速度圖..............72
圖6.2.1.45 重度加減速測試五速度圖.............73
圖6.2.1.46 重度加減速測試五加速度圖...........73
圖6.2.1.47 重度加減速測試六速度圖.............73
圖6.2.1.48 重度加減速測試六加速度圖...........73
圖6.2.1.49 重度加減速測試七速度圖.............74
圖6.2.1.50 重度加減速測試七加速度圖...........74
圖6.2.1.51 重度加減速七次測試速度圖...........75
圖6.2.1.52 重度加減速七次測試加速度圖.........75
圖6.2.1.53 一般道路駕駛測試速度圖.............76
圖6.2.1.54 一般道路駕駛測試加速度圖...........76
圖6.2.1.55 各種狀態下加減速度值比較...........77
圖6.2.1.56 各種狀態的加減速門檻值............77
圖6.2.1.57 市區較溫和駕駛方式速度圖..........83
圖6.2.1.58 市區較溫和駕駛方式加速度圖........83
圖6.2.1.59 郊區較溫和駕駛方式速度圖........84
圖6.2.1.60 郊區較溫和駕駛方式加速度圖.......84
圖6.2.1.61 高速較溫和駕駛方式速度圖.........85
圖6.2.1.62 高速較溫和駕駛方式加速度圖.......85
圖6.2.1.63 市區較激烈駕駛方式速度圖........86
圖6.2.1.64 市區較激烈駕駛方式加速度圖......86
圖6.2.1.65 郊區較激烈駕駛方式速度圖........87
圖6.2.1.66 郊區較激烈駕駛方式加速度圖......87
圖6.2.1.67 高速較激烈駕駛方式速度圖........88
圖6.2.1.68 高速較激烈駕駛方式加速度圖......88
圖6.2.2.1.1 寶山校區至進德校區路徑圖.......92
圖6.2.2.1.2 寶山校區至進德校區速度圖.......93
圖6.2.2.1.3 寶山校區至進德校區里程圖......93
圖6.2.2.1.4 進德校區至寶山校區速度圖.......94
圖6.2.2.1.5 進德校區至寶山校區里程圖.......94
圖6.2.2.2.1 噴油控制系統架構..............97
圖6.2.2.2.2 引擎負載累積測試路徑圖.........99
圖6.2.2.2.3 較溫和駕駛行為測試速度圖......100
圖6.2.2.2.4 較溫和駕駛行為測試引擎負載圖...100
圖6.2.2.2.5 較溫和駕駛行為測試累積負載圖...100
圖6.2.2.2.6 較激烈駕駛行為測試速度圖.....101
圖6.2.2.2.7 較激烈駕駛行為測試引擎負載圖.101
圖6.2.2.2.8 較激烈駕駛行為測試累積負載圖.101
圖6.2.2.2.9 引擎負載值累積比較圖........102
圖6.2.3.1 新擷取到資料的時間與上一筆資料的時間模擬畫面103
圖6.2.3.2 新擷取到資料的時間與上一筆資料的時間間隔模擬畫面...104
圖6.2.3.3 新擷取到資料的速度與上一筆速度資料的速度差模擬畫面..105
圖6.2.3.4 新擷取到資料的速度與上一筆速度資料的加速度模擬畫面105
圖6.2.3.5 舒適度顯示模擬畫面..................106
圖6.2.4.1 行駛過程中記錄的行車速度資訊.........108
圖6.2.4.2 行駛過程中記錄的引擎轉速資訊.........108
圖6.2.4.3 行駛過程中記錄的節氣閥開度資訊........109
圖6.2.4.4 行駛過程中記錄的進氣壓力資訊.........109
圖6.2.4.5 行駛過程中記錄的進氣溫度資訊.........110
圖6.2.4.6 行駛過程中記錄的引擎冷卻水溫度資訊...110
圖6.2.4.7 行駛過程中記錄的引擎負載資訊........111
圖6.2.4.8 行駛過程中記錄的點火時間資訊.........111
圖6.2.4.9 行駛過程中記錄的噴油長效修正資訊......112
圖6.2.4.10 行駛過程中記錄的噴油短效修正資訊.....112

表2.1.1 各國技術規範對於數位式行車紀錄器之定義....6
表2.1.2 各國數位式行車紀錄器技術規範之特色........7
表2.2.1 行車記錄紙分析工具...............10
表2.2.2 機械式與數位式行車紀錄器之功能比較..12
表3.1.1.1 OBD I 與OBD II 比較..........20
表3.1.2.1 通訊協定標準..................22
表4.2.1 轉換電路規範....................27
表4.2.2 常用詢問碼及其代表意義............28
表4.3.1 GPS Receiver 特性...............31
表4.3.2 NMEA-0183 定義的GPRMC 格式.......33
表6.2.1.1 煞車門檻值定義表................57
表6.2.1.2 輕度加減速測試一................61
表6.2.1.3 輕度加減速測試二................61
表6.2.1.4 輕度加減速測試三................62
表6.2.1.5 輕度加減速測試四...............62
表6.2.1.6 輕度加減速測試五...............63
表6.2.1.7 輕度加減速測試六..................63
表6.2.1.8 輕度加減速測試七..................64
表6.2.1.9 輕度加減速測試八..................64
表6.2.1.10 輕度加減速平均值.................65
表6.2.1.11 中度加減速測試一.................66
表6.2.1.12 中度加減速測試二.................66
表6.2.1.13 中度加減速測試三.................67
表6.2.1.14 中度加減速測試四.................67
表6.2.1.15 中度加減速測試五.................68
表6.2.1.16 中度加減速測試六.................68
表6.2.1.17 中度加減速測試七.................69
表6.2.1.18 中度加減速測試八.................69
表6.2.1.19 中度加減速平均值.................70
表6.2.1.20 重度加減速測試一..................71
表6.2.1.21 重度加減速測試二..................71
表6.2.1.22 重度加減速測試三..................72
表6.2.1.23 重度加減速測試四...................72
表6.2.1.24 重度加減速測試五...................73
表6.2.1.25 重度加減速測試六....................73
表6.2.1.26 重度加減速測試七....................74
表6.2.1.27 重度加減速平均值.....................75
表6.2.1.28 一般道路駕駛加減速...................76
表6.2.1.29 加速度門檻值定義表...................78
表6.2.1.30 減速度門檻值定義表...................78
表6.2.1.31 原門檻表與本研究自訂的門檻值分析比較表..80
表6.2.1.32 車速穩定指標門檻值定義表..............82
表6.2.1.33 市區較溫和駕駛方式平均值..............83
表6.2.1.34 郊區較溫和駕駛方式平均值..............84
表6.2.1.35 高速較溫和駕駛方式平均值..............85
表6.2.1.36 市區較激烈駕駛方式平均值..............86
表6.2.1.37 郊區較激烈駕駛方式平均值..............87
表6.2.1.38 高速較激烈駕駛方式平均值...............88
表6.2.1.39 市區較溫和駕駛與較激烈駕駛平均值比較.....89
表6.2.1.40 郊區較溫和駕駛與較激烈駕駛平均值比較.....89
表6.2.1.41 高速較溫和駕駛與較激烈駕駛平均值比較.....90
表6.2.2.1.1 記錄里程比較.............93
表6.2.2.1.2 記錄里程比較.............94
表6.2.2.2.1 噴油量參照表.............98
表6.2.2.2.2 較溫和駕駛行為...........100
表6.2.2.2.3 較激烈駕駛行為...........101
表6.2.2.2.4 引擎負載測試比較表.......102
附表一.............................128
附表二.............................129
[1] 王詩涵,"國道客運駕駛員駕駛行為、駕駛表現與人格特質 之探討",國立成功大學交通管理科學研究所碩士論文,民 95年5月。
[2] 楊淑娟,"使用數位式行車紀錄器之駕駛安全研究",逢甲 大學交通工程與管理學系碩士在職專班碩士論文,民95 年7 月。
[3] 張季倫,"公路客運行車監控之研訂及駕駛與車輛資料庫管 理系統之研發─數位式行車紀錄器之應用",國立交通大學 交通運輸研究所碩士論文,民91年6月。
[4] 陳芳正,"長途客運業駕駛績效之探討",國立成功大學交 通管理科學研究所碩士論文,民94年7月。
[5] 陳孟良,"應用於車輛行車安全管理之系統建構",明志科 技大學工程技術研究所碩士論文,民94 年6月。
[6] 陳俊霖,"以嵌入式行動裝置整合行動通訊與隨車診斷技術 建構行車記錄查詢系統",國立彰化師範大學車輛科技研究 所碩士論文,民96年6月。
[7] 樺崎實業股份有限公司,"破解行車管理之行車紀錄器基本 技巧本"。
[8] "93年高速公路交通事故分析",民94年9月。
[9] 鄭子玔、林維信,"數位式行車紀錄器功能技術規範建立與應用之 研究",民93年7月。
[10] 林峻毅,"車上診斷系統(On-Board Diagnostic, OBD)法規介紹",財 團法人車輛研究測試中心。
[11] 林峻毅,"車上診斷系統(On-Board Diagnostic, OBD)診斷技術介紹 ",財團法人車輛研究測試中心。
[12] 楊松桓,"利用行動通訊建立的即時隨車診斷系統資訊回報 軟硬體技術",國立彰化師範大學電機工程學系碩士論文, 民94年6月。
[13] TomTom全球導航企業
( http://www.tomtom.com.tw/faq/faq01.html )
[14] 林清一,"利用行動通訊建立的即時隨車診斷系統資訊回報 軟硬體技術支援",財團法人車輛研究測試中心,民93年 12月。
[15] Elm Electronics,"ELM323 OBD(ISO) to RS232 Interpreter".

[16] http://www.pocketgpsworld.com/holuxgm210.php

[17] http://www.urmap.com.tw/

[18] 陳東杰,"閉迴路式機車引擎噴油控制器之開發與研究", 國立屏東科技大學車輛工程學系碩士論文,民94年1月。
[19] http://www.hkfiatclub.com/drive.htm

[20] 陳會安,"Visual Basic 2005 程式設計範例教本",旗標出 版股份有限公司,民95年8月。
[21] William H.Crouse & Donald L.Anglin, "Automotive Mechanics", 1985.

[22] P. Greening, ”On-Board Diagnostics for Control of Vehicle Emissions”, Vehicle Diagnostics in Europe, IEE Colloquium, February 23, 1994.

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[24] 陳高村、蘇裕展,“行車紀錄器於肇事重建應用之研究“,93年道路 交通安全與執法國際研討會,民93年9月。
[25] Silicon Laboratories, “C8051F340/1/2/3/4/5/6/7“
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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