嵌入式遠(yuǎn)程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用*

邊 文 俊，邊 疆

(1. 包頭師范學(xué)院 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.包頭國家稀土高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū) 招商局,內(nèi)蒙古 包頭 014010)

1 前言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，汽車已然成為人們生活中必不可少的一部分，根據(jù)統(tǒng)計截至2013年底，全國機(jī)動車擁有量為2.53億輛，其中汽車達(dá)到1.41億輛，中國現(xiàn)已成為全球第一大汽車市場。作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車行業(yè)的重要應(yīng)用，汽車移動物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被列入國家重大專項支持計劃，并且將物聯(lián)網(wǎng)取得重大成果給我國汽車行業(yè)帶來了巨大的商機(jī)，車聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為汽車企業(yè)關(guān)注的焦點。

電子通訊技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，已經(jīng)成為汽車設(shè)計、研究部門考慮汽車結(jié)構(gòu)革新的重要因素。汽車即將成為移動的多媒體信息中心，與辦公場所、家庭住宅通過先進(jìn)的通信技術(shù)密切相關(guān)，充分體現(xiàn)了“無縫移動通訊”的互聯(lián)要求，其發(fā)展趨勢正是靈活性、數(shù)字化、互聯(lián)性、整合性及私密性。隨著電控器件在汽車行業(yè)越來越多的應(yīng)用，汽車電子的網(wǎng)絡(luò)化功能將得到進(jìn)一步的拓展，從最初的多子系統(tǒng)分別工作發(fā)展到分布式模塊化控制器網(wǎng)絡(luò)化。并且，汽車車載電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信也將變得越來越重要。因此智能汽車的概念也將日益成熟，智能的汽車已經(jīng)成為21世紀(jì)的主要研究方向之一。

2 前景分析

汽車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是指通過在車輛儀表臺安裝車載終端設(shè)備，實現(xiàn)對汽車所有工作情況和靜態(tài)、動態(tài)信息的采集、存儲并發(fā)送。系統(tǒng)可分為三大部分：即車載終端、云計算處理平臺和數(shù)據(jù)分析平臺，根據(jù)不同的行業(yè)對汽車的不同功能需求實現(xiàn)有效監(jiān)控管理。汽車的運行往往涉及多項開關(guān)量、傳感器模擬量和CAN信號數(shù)據(jù)等等，駕駛員在操作汽車運行過程中，產(chǎn)生的車輛數(shù)據(jù)信息不斷地發(fā)送到后臺數(shù)據(jù)庫，形成了海量數(shù)據(jù)，然后由云計算平臺實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的“過濾清洗”，最終數(shù)據(jù)分析平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行報表式處理后供管理人員查看。

汽車聯(lián)網(wǎng)即是一個新的概念，實際上正是在原來的基礎(chǔ)上集中發(fā)展的。汽車聯(lián)網(wǎng)是一個重大的系統(tǒng)工程，是通訊網(wǎng)、傳感網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)的集成體系。它是一個戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，具有良好的效益，能夠帶動一批相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。汽車聯(lián)網(wǎng)是汽車業(yè)、通訊業(yè)和信息業(yè)的融合，這三大產(chǎn)業(yè)正是我國的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。根據(jù)專家分析估計，物聯(lián)網(wǎng)未來的產(chǎn)業(yè)規(guī)模將是互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的30倍，汽車聯(lián)網(wǎng)未來產(chǎn)值將占到物聯(lián)網(wǎng)的20%-30%，據(jù)此估算未來汽車聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)值將是互聯(lián)網(wǎng)的6倍以上；根據(jù)權(quán)威人士發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究(2010)》報告，中國的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模，預(yù)計到2015年將要超過1萬億、2020年將要超過5萬億。據(jù)此分析，2015年中國汽車聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達(dá)到2000億元，2020年將要達(dá)到1萬億元，這是萬億元級別的新型產(chǎn)業(yè)，市場潛力巨大。

3 系統(tǒng)基本工作原理

嵌入式遠(yuǎn)程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)，就是通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將互聯(lián)網(wǎng)和汽車結(jié)合起來，采集汽車中的各種實時信息和數(shù)據(jù)，包括車內(nèi)人員的信息、車輛狀態(tài)和位置信息等，以移動互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸，實時上傳到互聯(lián)網(wǎng)平臺上進(jìn)行存儲和處理，并且可以使用電腦或手機(jī)等終端設(shè)備，將用戶實際所需的信息，通過移動互聯(lián)網(wǎng)，以文字、聲音和圖像的方式展現(xiàn)給車內(nèi)的人員。以實現(xiàn)汽車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制和信息自由獲取的目的。

嵌入式遠(yuǎn)程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)是一個基于物聯(lián)網(wǎng)的車載智能化產(chǎn)品。系統(tǒng)實時采集汽車的各種相關(guān)信息，并通過移動互聯(lián)網(wǎng)的方式將這些信息交付于用戶，以便用戶、管理部門或云平臺進(jìn)行分析和處理，同時再次通過移動互聯(lián)網(wǎng)將處理結(jié)果反饋給系統(tǒng)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚磉_(dá)到了智能控制的目的。用戶或管理部門也可通過國際互聯(lián)網(wǎng)平臺或移動互聯(lián)網(wǎng)平臺，對汽車的各種狀態(tài)進(jìn)行查詢、控制和信息交流等，便于用戶和管理部門隨時對汽車狀況進(jìn)行掌握和控制。其詳細(xì)功能如下：

1)手機(jī)撥打終端進(jìn)行語音提示操作：對系統(tǒng)功能的設(shè)置和開啟，用戶可以通過手機(jī)撥打終端號碼的方式來操作，終端將通過語音的方式提示用戶各種功能的使用方式。

2)國際互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的實時操作：對系統(tǒng)功能的設(shè)置和開啟，用戶可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行操作。

3)實時監(jiān)聽：用戶可以通過手機(jī)撥打終端號碼對車內(nèi)當(dāng)前聲音進(jìn)行實時監(jiān)聽。

4)手機(jī)遠(yuǎn)程實時獲取汽車前方與車內(nèi)圖像:用戶可以通過手機(jī)彩信的方式獲取汽車前方和車內(nèi)的實時圖像。

5)手機(jī)遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉汽車前方和車內(nèi)實時視頻錄像:用戶可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉汽車前方和車內(nèi)的實時視頻錄像。

6)手機(jī)實時查詢汽車位置：用戶可以通過手機(jī)彩信的方式獲取汽車當(dāng)前的地理位置，并將以地圖的形式顯示進(jìn)行導(dǎo)航。

7)行車記錄(黑匣子)：系統(tǒng)具備行車記錄儀的功能，可以在行駛過程中與停車狀態(tài)下，進(jìn)行實時的錄像，行駛過程中的錄像將在ACC打開以后自動完成，停車過程中的錄像需通過手機(jī)控制，該功能也可以通過系統(tǒng)上的錄像鍵來啟動。

8)一鍵救援:后視鏡可以通過設(shè)置一個固定的電話號碼，在緊急情況下可以按下救援鍵，將一鍵接通該電話號碼，該號碼可以設(shè)置成110或者親人等任何號碼。

9)電子圍欄:停車以后可通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，對汽車當(dāng)前的位置設(shè)置電子圍欄，即以汽車當(dāng)前坐標(biāo)為中心，設(shè)置好一個任意形狀的區(qū)域，當(dāng)在電子圍欄沒有被取消的情況下，汽車以正?；蚍钦５姆绞今偝龌蛞瞥鲈搮^(qū)域，則進(jìn)行報警以便提醒用戶。

10)歷史軌跡：可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺查出汽車過去所行使過的路線，并以連續(xù)路徑的方式展示給用戶。

11)里程統(tǒng)計：可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺對汽車此前產(chǎn)生的里程進(jìn)行統(tǒng)計，并以報表的方式展示，可以以月或者日為單位統(tǒng)計。

12)汽車當(dāng)前位置跟蹤和實時狀態(tài)：可以通過互聯(lián)網(wǎng)鎖定當(dāng)前汽車所處的位置和查詢實時狀態(tài)，如ACC狀態(tài)。

13)停車時間的統(tǒng)計：可以通過互聯(lián)網(wǎng)對汽車以往的停車時間進(jìn)行統(tǒng)計，并以月為單位也可以以日為單位統(tǒng)計。

14)超速和超載報表：可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)置一個標(biāo)準(zhǔn)速度與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載，當(dāng)車輛超速或超載時將對其進(jìn)行統(tǒng)計，并以報表的形式顯示。

15)后臺信息發(fā)布和語音播報：可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺向終端發(fā)布重要信息，信息將在系統(tǒng)終端的顯示屏上顯示，并以真人播報語音的方式向用戶廣播。

16)車輛調(diào)度：可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺對車輛進(jìn)行調(diào)度并且規(guī)劃車輛行駛的路線。

17)遠(yuǎn)程診斷：可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過對系統(tǒng)的OBDII接口對汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷,隨時掌握汽車的狀況。

18)自動控制：當(dāng)有人非法砸車或移動車時，系統(tǒng)自動斷開電路或油路，并及時將現(xiàn)場情況發(fā)送到車主的手機(jī)和110。

19)藍(lán)牙電話：可以使用系統(tǒng)的藍(lán)牙功能來實現(xiàn)用戶手機(jī)與車輛的對接,便可實現(xiàn)藍(lán)牙免提通話和共享上網(wǎng)等。

20)RFID讀?。和ㄟ^使用系統(tǒng)的RC500通信模塊對駕駛者的RFID卡進(jìn)行識別,同時上傳到服務(wù)器,以便實現(xiàn)企業(yè)對員工的管理。

3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框架

嵌入式遠(yuǎn)程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的基本工作原理是，使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動通信技術(shù),將用戶的車輛和互聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行有機(jī)的互聯(lián),用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺或者手機(jī),對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程實時交互,隨時掌握車輛的使用情況。

系統(tǒng)以移動通信技術(shù)為基礎(chǔ)，包含GSM通信功能，GPS全球定位功能，支持前后雙攝像頭監(jiān)控，支持車內(nèi)音頻輸入/輸出，支持LCD顯示，支持藍(lán)牙通信，支持RFID識別，支持USB傳輸，支持TF存儲卡，支持車輛OBDII故障診斷，支持串行通信，支持車輛CAN總線的接入。其中

1)GSM通信用以實現(xiàn)系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)以及通話語音網(wǎng)進(jìn)行連接；

2)GPS主要用以全程位置信息的獲??；

3)前后雙攝像頭用以獲取車內(nèi)外的視頻圖像信息；

4)音頻輸入輸出用以通話和監(jiān)聽；

5)LCD顯示用以圖文展現(xiàn)系統(tǒng)操作及后臺信息；

6)藍(lán)牙通信用以實現(xiàn)用戶手機(jī)免提通話；

7)RFID識別用以實現(xiàn)遠(yuǎn)程身份識別；

8)USB傳輸用以實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入和輸出；

9)TF卡用以實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲；

10)OBDII故障診斷用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷的數(shù)據(jù)采集；

11)串行通信用以擴(kuò)充外圍設(shè)備；

12)CAN總線接入用以實現(xiàn)采集車輛的各種狀態(tài)信息和傳遞控制信息。

嵌入式遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由傳感器部分，控制器部分，通信部分以及人機(jī)交互部分，服務(wù)平臺部分以及應(yīng)用部分構(gòu)成。其中控制器和服務(wù)平臺為核心部分。工作原理分為主動方式和被動方式。

主動方式：

1)控制器通過無線通信的方式，對車輛的有關(guān)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

2)經(jīng)控制器處理后，將有關(guān)信息數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)服務(wù)平臺，報警信息直接傳送到用戶預(yù)先設(shè)定的終端設(shè)備；

3)通過預(yù)先設(shè)定好的條件，對輸入輸出接口進(jìn)行控制；

4)服務(wù)平臺通過分析和處理后，將常規(guī)的信息存入數(shù)據(jù)庫，將突發(fā)信息主動傳送到用戶預(yù)先設(shè)定好的終端設(shè)備；

5)用戶通過應(yīng)用終端對這些信息進(jìn)行查詢與監(jiān)控，同時也可發(fā)出操作指令，通過服務(wù)平臺傳回到控制器；

6)控制器通過分析用戶發(fā)出的控制指令，對有關(guān)的設(shè)備或設(shè)施進(jìn)行操作和控制，達(dá)到了智能控制的目的。

圖1：系統(tǒng)原理框圖

被動方式：

1)用戶通過終端設(shè)備來訪問服務(wù)平臺，發(fā)出操作指令；

2)服務(wù)器將指令傳送到控制器；

3)控制器通過分析該指令對傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或?qū)涌谶M(jìn)行控制；

4)控制器將執(zhí)行結(jié)果傳回到服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過處理后再將結(jié)果反饋給用戶終端。

3.2 通信接口與GPS接入設(shè)計

防盜器中設(shè)計了兩種型號的接口：一種是2個USB接口，USB1與USB2分別連接了兩個微型攝像頭從兩個不同角度采集盜賊的圖像；另一種是2個RS232通信串口，用于GPS模塊與GPRS模塊，因為ARM7提供的是TTL電平的標(biāo)準(zhǔn)口UART，而GPS模塊與GPRS模塊的串行通信口屬于RS232電平標(biāo)準(zhǔn)，兩者不能直接進(jìn)行連接，而且需要設(shè)置TTL與-RS232電平轉(zhuǎn)換，本設(shè)計中使用了MAX3232來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的功能。圖2正是電平轉(zhuǎn)換接口電路圖。

GPRS模塊選用的是西門子公司生產(chǎn)的MC55模塊，它具有體積小、可靠性高、使用靈活等特點。GPS模塊選用的是惠普公司生產(chǎn)的HPBTG-10H模塊，它是性價比較高的GPS模塊.，也是目前GPS接收機(jī)上使用最為廣泛的模塊，串口數(shù)據(jù)傳輸速率為9600bps，無校驗位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。經(jīng)緯度信息包含在MYM GPGGA字段中，例如：MYMGPGGA,112320,3939.9999, N, 10658. 9998, E, 1, 08…

圖2:多邊形圖形柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

其中：

112320——格林威治時間11：23：20;

3939.9999, N-——北緯39 度39.9999 分;

10658.9998, E——東經(jīng)106度58.9998分;

定位指示: 0= invalid、1= GPS f ix、2= DGPS f ix ;

08——所跟蹤到的衛(wèi)星顆數(shù);

GPS信號接收的流程：系統(tǒng)啟動以后，首先進(jìn)行初始化，分別初始化串口與GPS模塊，打開串口后接收到NEMA格式的GPS數(shù)據(jù)，并將其與標(biāo)準(zhǔn)的信號格式進(jìn)行比較，檢驗這些數(shù)據(jù)是否有效，如果有效，提取相關(guān)的經(jīng)緯度信息和時間等關(guān)鍵信息，否則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)。GPS接收到數(shù)據(jù)信息以后，通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳送到處理器中進(jìn)行處理。

4 結(jié)束語

通過對此系統(tǒng)的研發(fā)工作，可以了解并且掌握嵌入式遠(yuǎn)程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)如何將單片機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)有效整和，首次把嵌入式可配置操作系統(tǒng)ECOS用于汽車監(jiān)控防盜，并將自動定位與自動跟蹤等先進(jìn)技術(shù)用于該系統(tǒng)。成功地依托GSM/GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)與GPS全球定位系統(tǒng)，實現(xiàn)手機(jī)電話、Internet和汽車的智能聯(lián)動防盜，具有防盜反劫、實時監(jiān)控、一鍵救援、雙攝像頭支持、遠(yuǎn)程控制、區(qū)域定位、車輛調(diào)度等多種強(qiáng)大的功能。該系統(tǒng)為公安人員破案提供了重要的依據(jù)，使犯罪分子難以逃脫法網(wǎng)，使整個社會更加穩(wěn)定。

掌握了這項技術(shù)以后，很容易將其推廣應(yīng)用到樓宇設(shè)備安全監(jiān)控、野外的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控、水利水情的監(jiān)控、環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測、供熱系統(tǒng)監(jiān)測、自來水管網(wǎng)監(jiān)測與管道煤氣監(jiān)測等各個領(lǐng)域。它的最大優(yōu)點是利用了公用的移動通信網(wǎng)，能夠快速建立網(wǎng)絡(luò)，通信可靠，投資少，具有很強(qiáng)的實用性與經(jīng)濟(jì)價值。隨著我國移動通信網(wǎng)的快速發(fā)展，其應(yīng)用前景效果良好。

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