一種基于嵌入式Linux的車輛導(dǎo)航防盜控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

唐萬偉，馬 將

（唐山學(xué)院a.信息工程系；b.網(wǎng)絡(luò)教育中心，河北 唐山063000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，私家車的擁有量迅速增加，用戶對汽車使用的要求也越來越高，導(dǎo)航防盜車載也已成為私家車的必備器件之一。汽車導(dǎo)航防盜問題的研究也是近年來一直備受關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。文獻(xiàn)［1］介紹了一種基于AT89C52的GPS車輛導(dǎo)航設(shè)備的研究方法，但單片機(jī)在內(nèi)核資源、處理速度和后續(xù)的功能擴(kuò)展上受到限制。文獻(xiàn)［2］介紹了基于Wince操作系統(tǒng)的研究方法，雖然Wince系統(tǒng)開發(fā)相對容易但需要版權(quán)費(fèi)用，并且占用較多的RAM，市場競爭力差。隨著車輛功能的逐步發(fā)展和完善，涉及到各種傳感器信息的采集與處理，使各種控制算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)會變得十分復(fù)雜。如果能有一種車載軟件系統(tǒng)平臺，提供統(tǒng)一的應(yīng)用接口，將會大大降低系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度。因此，在該領(lǐng)域進(jìn)行持續(xù)研究勢在必行。

鑒于以上分析，采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)車輛導(dǎo)航防盜控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了GPS導(dǎo)航、GPRS通信、智能手機(jī)控制和防盜等功能?？紤]到智能手機(jī)的普及性，設(shè)計(jì)使用手機(jī)進(jìn)行車輛的控制應(yīng)是研究的重點(diǎn)之一。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

采用三星S5PV210開發(fā)板，嵌入式Linux 2.6.5操作系統(tǒng)，Boot loader版本為 U－boot.1.1.6。通過移植 QT4.7.1的庫到開發(fā)板，然后在Ubuntu下用交叉編譯過的QT4.7.1的庫來編譯自主開發(fā)的QT主程序，再放到UP6410開發(fā)板上運(yùn)行。

GPS模塊與開發(fā)板的串口1連接，波特率為4 800。硬件連接好后，通過軟件設(shè)計(jì)配置并打開開發(fā)板串口1，線程一直讀串口1即可取得GPS模塊測得的當(dāng)前位置經(jīng)緯度。

GPRS模塊與開發(fā)板串口2連接，波特率為115 200，對GPRS模塊的操作主要是S5PV210通過串口2發(fā)送相應(yīng)的AT指令到GPRS芯片實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

安卓智能手機(jī)客戶端利用Android 2.3.3的SDK進(jìn)行開發(fā)，在開發(fā)板主控端編寫TCP服務(wù)器端程序，并通過開發(fā)板網(wǎng)口接上無線路由器形成一個(gè)無線局域網(wǎng)，安卓手機(jī)客戶端通過選擇WIFI控制模式進(jìn)行無線通信。此外為了實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的控制，在安卓手機(jī)客戶端編寫了短信控制模式，在該模式下用戶可隨時(shí)隨地對自己車輛進(jìn)行監(jiān)控。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包括GPS模塊，GPRS模塊，以及智能手機(jī)控制端和防盜報(bào)警部分。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

其中指紋識別模塊主要是用于汽車的安全防盜設(shè)計(jì)。溫濕度采集模塊用于實(shí)時(shí)采集汽車內(nèi)部和外部的溫濕度數(shù)據(jù)。

GPRS模塊采用SIM300通訊芯片，該模塊適合工作在環(huán)境變化大，周圍環(huán)境較惡劣的場所，提供GSM語言，短消息和GPRS上網(wǎng)等業(yè)務(wù)［3－4］，利用無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語音傳輸和點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，模組內(nèi)具備TCP／IP協(xié)議棧，可以直接利用它實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)。模塊使用標(biāo)準(zhǔn)的UART串行通信接口與主芯片進(jìn)行通信，可以與任何帶有通用UART串行通信接口的控制器進(jìn)行連接。

GPRS模組主要是實(shí)現(xiàn)和整個(gè)汽車系統(tǒng)的短信以及電話通信，在系統(tǒng)測試的時(shí)候要注意和整個(gè)系統(tǒng)的連接，在這里GPRS模塊是通過串口和開發(fā)板實(shí)現(xiàn)控制的。整個(gè)系統(tǒng)中，GPRS模組起到和Android智能手機(jī)通信，用戶獲取自己汽車的狀態(tài)的作用，并且可以控制汽車的狀態(tài)，比如開關(guān)窗，開關(guān)車門，開關(guān)空調(diào)，開關(guān)天窗等功能。

GPS接收機(jī)的型號為環(huán)天BR－355滑鼠型GPS接收器，其內(nèi)超大電容可儲存快速取得的衛(wèi)星訊號資料，RS232連接具有強(qiáng)力磁性可吸附于車輛上，GPS模塊接收到衛(wèi)星依據(jù)NMEA協(xié)議提供的定位信息［5］，在設(shè)計(jì)中起到了車輛定位以及獲取實(shí)時(shí)路況的功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主控模塊的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工控界面基于諾基亞Qt軟件設(shè)計(jì)開發(fā)，實(shí)際操作時(shí)點(diǎn)擊控制控件時(shí)觸發(fā)信號，然后調(diào)用相應(yīng)的槽函數(shù)，在槽函數(shù)里面做相應(yīng)的處理。工控界面的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 工控界面的結(jié)構(gòu)圖

其中點(diǎn)擊設(shè)置控件，可以進(jìn)行溫濕度閾值的設(shè)定，超出閾值范圍可以對空調(diào)進(jìn)行相應(yīng)的操作，也可以點(diǎn)擊控制控件進(jìn)行空調(diào)手動(dòng)控制。點(diǎn)擊報(bào)警控件后可以根據(jù)選擇開啟紅外報(bào)警，指紋識別，雷達(dá)測距等功能。進(jìn)入每個(gè)子界面后都可以按返回控件回到圖2主界面。為了增加系統(tǒng)的休閑娛樂功能，開發(fā)了打地鼠、鉆石情緣等小游戲。

點(diǎn)擊導(dǎo)航控件進(jìn)入車輛導(dǎo)航模式，出行時(shí)對于路徑的選擇在GPS模塊上有相應(yīng)的算法。

步驟一：選擇起始點(diǎn)位置、目的點(diǎn)位置，根據(jù)地圖匹配算法找出與坐標(biāo)對應(yīng)的道路起始節(jié)點(diǎn)StartNum，終止節(jié)點(diǎn)EndNum。

步驟二：調(diào)用最優(yōu)路徑算法 Dijkstra（inti，intj）找出i，j之間的最短路徑。該算法封裝在類Cmlnpath。

步驟三：將找到的最優(yōu)路徑的節(jié)點(diǎn)保存到鏈表中，依次用線段連接起來并顯示在地圖上（即路徑渲染）。用Cminpath：：SavePath（inttarget）、Cminpath：：Displaypath（）方法實(shí)現(xiàn)。

3.2 安卓手機(jī)客戶端應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)利用JAVA語言編寫安卓手機(jī)客戶端監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)用戶對車輛的遠(yuǎn)程控制。程序流程框圖如圖3所示。

圖3 安卓手機(jī)客戶端程序流程框圖

安卓手機(jī)客戶端程序主界面用戶可選擇進(jìn)入GPRS短信控制模式或WIFI控制模式。在短信控制模式下，用戶可設(shè)定車載電話號碼，通過點(diǎn)擊相應(yīng)的操作按鍵，客戶端即可發(fā)送相應(yīng)控制指令到車輛服務(wù)器端，從而實(shí)現(xiàn)短信遠(yuǎn)程交互與監(jiān)控，其控制界面如圖4所示。

圖4 短信控制模塊的控制界面

4 結(jié)束語

汽車導(dǎo)航防盜控制系統(tǒng)可作為車輛上的車載設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)智能導(dǎo)航與車內(nèi)舒適化控制。車主可隨時(shí)隨地通過手機(jī)監(jiān)控自己車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)，車輛防盜控制進(jìn)一步加強(qiáng)。雙模式的安卓手機(jī)客戶端能使車輛的遠(yuǎn)程控制省去許多繁瑣的操作，用戶只需簡單觸摸按鍵便可實(shí)現(xiàn)對車輛的各種控制并查看車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)。

［1］ 林粵偉，吳則舉.基于AT89C52的GPS車輛導(dǎo)航設(shè)備研制［J］.電子產(chǎn)品世界，2012（10）：48－49，60.

［2］ 劉軍，石存杰，韋龍平，等.智能車載導(dǎo)航與電話系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，32（1）：139－142，151.

［3］ 來印敬，張曙光.基于S3C2440的車載GPS／GPRS跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（19）：168－170，182.

［4］ 何小衛(wèi)，王愛華，馬躍.基于GPRS的GPS車載終端通信技術(shù)研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2008，28（11）：2952－2954.

［5］ 鄧?yán)?，趙又群，王樂，等.嵌入式與GPS在汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控中的應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2008（11）：11－14.