基于IOS平臺的汽車安全駕駛系統(tǒng)

錢克蒼

摘 要：盡管汽車問世已有百余年，駕車體驗技術依舊有著明顯不足和巨大的改進空間。本文基于現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)及云計算技術，結合衛(wèi)星定位和手機終端設計出一種ISO平臺上的車輛故障顯示與行駛規(guī)范的一體化軟件系統(tǒng)；在文中所提出的汽車故障顯示系統(tǒng)中，用戶可通過智能手機上的故障檢測軟件發(fā)出指令，并經(jīng)手機藍牙或USB接口送達汽車故障診斷器。診斷器在通過傳感器診斷后，將反饋請求依ISO15031-5協(xié)議規(guī)定的應用層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層等要求轉換成相應的信號，再將汽車的診斷信息反饋給智能手機，并進一步通過手機發(fā)送給維修站。此外，本文設計的應用軟件還具備建議反饋及智能泊車等一系列人性化功能，從而更好提升用戶體驗。

關鍵詞：IOS；汽車故障顯示；互聯(lián)網(wǎng)；云計算

中圖分類號：TP302.1 文獻標識碼：A

Abstract：Although the automobile was invented more than 100 years，the driving experience technology still has obvious shortcomings and great space to improve.In this paper，we design a vehicle fault detection system on ISO that shows the integration and vehicle fault indication based on existing Internet and cloud computing technology，which combined with satellite and mobile phones.In this system，users can sends instruction in the system with mobile phones，and the mobile phones employ bluetooth or the interface of USB to send messages to the diagnostic device.Through the diagnostic device，the feedback requests will convert into signal according to the standard in application layer，data link layer and physical layer in ISO15031-5.Then the information will be sent back to the mobile phones，and be further sent to the maintenance station.Furthermore，the application software designed in the paper also has the a series of function such as making feedback and self-parking to polish up the user experience.

Keywords：IOS handset；vehicle fault display；internet；cloud computing

1 引言（Introduction）

汽車技術經(jīng)過100多年的發(fā)展，逐漸達到完美的地步，在其不斷滿足人們需要的同時，也對駕車體驗和安全駕駛功能提出了更高要求。目前中國汽車保有量不斷攀升，已成為世界第二大汽車生產(chǎn)和消費大國，2013年末全國民用汽車保有量達到1.3億輛，比上年末增長13.7%。一般擁有汽車的人，基本上都使用智能手機，這就為與汽車相關的手機應用軟件不斷推成出新奠定了基礎。最為常見的應用是在手機上應用的車載定位系統(tǒng)。目前的智能手機，WIFI及藍牙都已普及使用，安卓系統(tǒng)也成為流行的開發(fā)平臺，為手機端軟件的開發(fā)提供了更多的便利。在這樣的背景下，車載診斷技術的進步，催生出手機端的汽車故障監(jiān)測系統(tǒng)。

汽車故障診斷是指在不解體（僅拆部分或零件）的條件下，檢查汽車的工作狀況，確定故障發(fā)生的部位（部件）和產(chǎn)生故障原因的一門技術。該技術需從汽車的傳感設備取得數(shù)據(jù)，然后再通過相應的終端設備顯示出讓人看得懂的信息。一般汽車只具有電瓶、水溫、發(fā)動機轉速等顯示功能，只有高檔汽車才設置簡單的診斷功能，如輪胎胎壓顯示及低壓報警，至于汽車出現(xiàn)了其他故障，只能開到維修點用專門的設備檢測。所以，獲取汽車里面的數(shù)據(jù)并能夠顯示這些數(shù)據(jù)才能稱為一套完整的診斷儀器。目前市面上出現(xiàn)的很多解碼器就屬于這種，但解碼器一般以代碼方式顯示，不直觀，非專業(yè)人士很難看懂，只能由專門的維修人員使用。而本文所設計的一體化安全駕駛系統(tǒng)可以在智能手機上顯示，并能將信息傳遞到維修站，且可通過導航功能自動尋找最近維修點，并可在應用界面上完成用戶銀行卡的支付轉賬功能，顯得更為便捷與實用。更重要的是能普及汽車故障的專業(yè)知識，保護使用者在修理過程中的合法權益。

2 系統(tǒng)介紹（Description of system）

2.1 系統(tǒng)工作原理

本文中所介紹的汽車安全駕駛體驗系統(tǒng)主要由導航接收與發(fā)射模塊、智能手機和汽車故障檢測模塊組成。系統(tǒng)組成如圖1所示，。導航接收模塊負責接收衛(wèi)星定位信息，汽車故障檢測模塊負責采集處理診斷信息，智能手機負責顯示并轉發(fā)故障信息，同時接收網(wǎng)絡的更新軟件及環(huán)境的各種商業(yè)信息及通告。智能手機上運行相應的軟件可以進行行車數(shù)據(jù)流顯示，加速度測試、故障診斷及行車報告等顯示。在故障檢測模塊與智能手機移動端的通訊采用應用層協(xié)議-ISO15031（SAE J1979）。該協(xié)議定義了使用何種物理層傳輸（TL718自動連接）及其控制在模塊間發(fā)送，接收和處理接收行車電腦OBD數(shù)據(jù)時所采用的數(shù)據(jù)格式。由于物理連接采用統(tǒng)一標準傳輸標準的數(shù)據(jù)包，使得開發(fā)者的編程處理變得相對簡單。當出現(xiàn)汽車故障時，還可報告給維修中心進行故障分析，并提供修理方案及報價。駕駛者可結合導航系統(tǒng)瀏覽周圍最佳維修點，并設定自動導航驅車前往。應用軟件還開發(fā)出自動結算功能，方便用戶與維修方和保險公司建立聯(lián)系；同時利用網(wǎng)上手機銀行予以支付。整個過程一鍵式操作，方便快捷。在手機網(wǎng)絡無法覆蓋的地區(qū)，還可以利用衛(wèi)星信道傳送相關信息。此外還有云端數(shù)據(jù)庫支持網(wǎng)絡運營，存儲用戶信息和維修信息及提供各種實時服務的信息系統(tǒng)。endprint

2.2 系統(tǒng)描述

2.2.1 故障檢測與信息傳輸模塊

本系統(tǒng)中的故障檢測與信息傳輸模塊主要由：藍牙模塊、GSM模塊、MCU核心處理模塊、汽車安全狀況指示燈、汽車告警模塊和OBD模塊組成。

（1）OBD模塊

本系統(tǒng)中電子設備能直接使用應用層協(xié)議ISO 15031-5（或set J1979）與汽車的故障診斷接口進行通信[1]。OBD模塊接至行車電腦ECU負責協(xié)議檢測和轉換，獲取車況數(shù)據(jù)，藍牙模塊負責將檢測系統(tǒng)反饋信息傳輸給智能手機。安全指示燈與告警系統(tǒng)負責提示車主汽車的安全狀況和隱患大小。MCU負責信息處理，包括北斗接收的數(shù)據(jù)、故障和行車數(shù)據(jù)，經(jīng)藍牙模塊傳遞到智能手機進行顯示，同時將需要傳輸給網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交給GPRS/3G模塊或北斗發(fā)送模塊。

本方案計劃采用如下EST527_MINI模塊作為OBD處理核心：

EST527_MINI模塊將汽車電控系統(tǒng)的各項傳感器數(shù)值轉換為UART格式的數(shù)據(jù)進行輸出，用戶產(chǎn)品（各種單片機、PC串口、GPS、DVD、PND等設備）通過EST527_MINI模塊與汽車快速連接，輕松實現(xiàn)產(chǎn)品二次開發(fā)。同時該模塊還支持標準的OBDII汽車故障診斷功能，支持DTC診斷請求、故障碼輸出、故障碼清除。

另附其模塊接口定義圖，如圖4所示。

（2）MCU處理核心

單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。

本項目所選用的MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor）。

（3）藍牙模塊

藍牙模塊是一種集成藍牙功能的PCBA板，用于短距離無線通訊，按功能分為藍牙數(shù)據(jù)模塊（如BLK-MD-BC04-B，BLK-MD-SPP系列）和藍牙語音模塊（如BLK-MD-SPK系列）。

藍牙技術提供低成本、近距離的無線通信，構成固定與移動設備通信環(huán)境中的個人網(wǎng)絡，使得近距離內(nèi)的各種設備能夠實現(xiàn)無縫資源共享。它的初衷是希望以相同成本和安全性實現(xiàn)一般電纜的功能，以無線連接取代有線連接，從而使移動用戶擺脫電纜的束縛，實現(xiàn)設備之間低成本的無線互連通信。

2.2.2 衛(wèi)星導航模塊

在本系統(tǒng)中，衛(wèi)星導航模塊的功能主要如下：

（1）為導航系統(tǒng)提供衛(wèi)星定位咨詢

衛(wèi)星導航系統(tǒng)不僅可以無源定位目標，還能實時反饋目標周圍的地面信息，并發(fā)送至客戶端。其主要途徑為：衛(wèi)星搜集信息→傳送至地面基站→傳送至目標客戶端[2]。

（2）在手機處于3G信號無法覆蓋范圍時提供通訊支持：

衛(wèi)星具有良好的通訊功能，考慮汽車用戶的活動范圍多數(shù)也僅限于國內(nèi)，因此該方案可以滿足需求。其輔助通訊時，先由地面站發(fā)出無線電信號，這個微弱的信號被衛(wèi)星通信天線接收后，首先在通信轉發(fā)器中進行放大，變頻和功率放大，最后再由衛(wèi)星的通信天線把放大后的無線電波發(fā)向車載導航系統(tǒng)，再尤其將信號傳輸給手機，輔助手機的通訊和上網(wǎng)。

2.2.3 智能手機端軟件介紹

（1）IOS平臺的特點

a.軟件與硬件整合度高

IOS系統(tǒng)的軟件與硬件的整合度相當高，使其分化大大降低，在這方面要遠勝于碎片化嚴重的Android。這也增加了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，經(jīng)常使用iPhone的用戶也能發(fā)現(xiàn)，手機很少出現(xiàn)死機、無響應的情況。

b.界面美觀、易操作

蘋果在界面設計上投入了很多精力，無論是從外觀性到易用性，IOS都致力于為使用者提供最直觀的用戶體驗。IOS系統(tǒng)給人的第一感覺就是簡潔、美觀、有氣質(zhì)，并且操作簡單，用戶上手很快，用起來有種手到擒來、行云流水的感覺。

c.安全性強

對于用戶來說，保障移動設備的信息安全具有十分重要的意義，不管這些信息是企業(yè)和客戶信息、或者是個人照片、銀行信息或者地址等，都必須保證其安全。蘋果對IOS生態(tài)采取了封閉的措施，并建立了完整的開發(fā)者認證和應用審核機制，因而惡意程序基本上沒有登臺亮相的機會。IOS設備使用嚴格的安全技術和功能，并且使用起來十分方便。IOS設備上的許多安全功能都是默認的，無需對其進行大量的設置，而且某些關鍵性功能，比如設備加密，則是不允許配置的，這樣用戶就不會意外關閉這項功能。

d.應用數(shù)量多、品質(zhì)高

IOS所擁有的應用程序是所有移動操作系統(tǒng)中最多的，IOS平臺擁有數(shù)量龐大的app和第三方開發(fā)者，幾乎每類app都有數(shù)千款，并且優(yōu)質(zhì)應用極多，這是其他移動操作系統(tǒng)無法比擬的。

（2）軟件主要功能

下面我們介紹下部分基于安卓系統(tǒng)平臺開發(fā)的車載診斷系統(tǒng)手機端軟件界面。只要是有手機端軟件開發(fā)能力的，都可以按照自己的風格及對汽車的了解，開發(fā)出自己的車載診斷系統(tǒng)軟件。

在本應用軟件打開后如圖8所示，其主要功能有：

a.故障檢測功能

b.導航行駛信息顯示功能

c.便捷支付功能

而在各分支功能之上有著連接各功能使用界面的主界面，其具體形式如下：

I.故障檢測功能

該功能通過對車輛的運行車況進行實時監(jiān)控掌握車輛的健康狀況，保證車輛健康上路，避免因車輛故障帶來的交通事故。在其顯示界面中，同時還能顯示車輛特定行駛信息，用于了解汽車的健康狀況，以判斷可能的故障問題。另外該應用除了能顯示汽車當前行駛狀態(tài)（如平均油耗、平均速度等），還可以監(jiān)測其他系統(tǒng)（如冷卻液溫度、進氣流量、即時油耗等）。endprint