基于QN9021的電動車智能交互終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

毛臻，石磊，張建峰，陳洋

（無錫華普微電子有限公司，江蘇無錫214035）

基于QN9021的電動車智能交互終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

毛臻，石磊，張建峰，陳洋

（無錫華普微電子有限公司，江蘇無錫214035）

新一代電動車智能交互終端系統(tǒng)通過BLE芯片QN9021融合了防盜報(bào)警器，聯(lián)接了電動車控制器和用戶的智能手機(jī)及廠商云平臺。通過手機(jī)微信端與云端服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，把人、車輛、云端服務(wù)聯(lián)接成一個(gè)可實(shí)時(shí)交互的完整系統(tǒng)，大大提高了用戶的使用體驗(yàn)。

智能交互系統(tǒng)；QN9021

1 智能交互終端系統(tǒng)概述

電動車由于其經(jīng)濟(jì)、方便，越來越受到群眾歡迎，而隨著人們對生活水平要求的提高，電動車也趨向高端、智能化方向發(fā)展。本文討論的智能交互終端就是在電動車防盜報(bào)警器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用藍(lán)牙BLE技術(shù)，把報(bào)警器升級為電動車的智能人機(jī)交互系統(tǒng)。通過安裝本終端系統(tǒng)，原有電動車可以實(shí)現(xiàn)智能防盜報(bào)警、手機(jī)控制解鎖啟動或無鑰匙一鍵啟動、車輛行駛路徑記錄等新功能。通過此終端系統(tǒng)，后續(xù)可以與車載控制器的數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)微調(diào)適配或自適應(yīng)配置、整車車況的實(shí)時(shí)監(jiān)測、用戶使用習(xí)慣的數(shù)據(jù)收集與學(xué)習(xí)，針對用戶的定制信息推送等服務(wù)，通過用戶的使用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，整理用戶的需求痛點(diǎn)，進(jìn)行產(chǎn)品的快速迭代與更新，不斷改進(jìn)客戶的服務(wù)需求，增加客戶對產(chǎn)品的黏性，使電動車使用更方便、駕駛更舒適，系統(tǒng)更安全、更智能。

2 智能交互終端系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于QN9021的智能交互終端，其關(guān)鍵組成主要包括裝配在電動車?yán)锏慕换ソK端設(shè)備、電動車使用者關(guān)注的手機(jī)微信公眾號和云端服務(wù)3個(gè)部分，是最新的藍(lán)牙BLE技術(shù)和微信智能硬件技術(shù)與傳統(tǒng)的電動車防盜與控制技術(shù)三者相結(jié)合的完整系統(tǒng)。系統(tǒng)框架圖見圖1。

交互終端設(shè)備由藍(lán)牙BLE的SOC及射頻PCB天線、振動傳感電路、無線遙控接收電路、大動態(tài)范圍直流降壓電路等部分組成，該車載終端的功能涵蓋遙控器解鎖、二維碼掃碼配對、一鍵啟動等功能。首次配對身份驗(yàn)證后，以后只要駕車人攜帶配對過的智能手機(jī)進(jìn)入車載終端信號覆蓋范圍，即可通過輕觸電動車上的啟動按鈕直接啟動電動車，無需插拔旋轉(zhuǎn)車鑰匙等動作。

手機(jī)端微信公眾號完成掃碼配對[1]、智能交互終端藍(lán)牙BLE信號搜索與綁定、手動控制界面和配置智能交互終端參數(shù)等功能。

云端服務(wù)主要完成廠商端服務(wù)器與微信端的信息交互，提供用戶ID和交互終端的關(guān)系映射表和用戶數(shù)據(jù)庫管理，向微信公眾號推送更新信息和新品推廣信息等服務(wù)。

智能交互終端系統(tǒng)采用雙向驗(yàn)證的方式提高了安全性，同時(shí)整個(gè)過程完全不需要使用車鑰匙，只需隨身攜帶手機(jī)，并且不需要用戶下載專用APP，大大簡化了用戶的操作過程，提高了用戶的使用體驗(yàn)，增加了用戶粘性，同時(shí)，用戶在平時(shí)打開微信時(shí)能收到廠商推送的新品信息、優(yōu)惠信息，并提供微信支付入口，不僅使電動車商家和配件商家的推廣成本大大降低，而且通過微信支付打通了B2C的入口。

圖1 系統(tǒng)框圖

由圖1可知，智能交互終端裝配在電動車內(nèi)部，通過數(shù)據(jù)接口與控制器進(jìn)行信息交互，主要是發(fā)送鎖車、解鎖控制信號等。同時(shí)，車載交互終端可以通過用戶綁定的手機(jī)微信公眾號進(jìn)行控制。

3 終端系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述

交互終端設(shè)備的嵌入式軟硬件設(shè)計(jì)，需要完成主控藍(lán)牙SOC芯片選型、射頻PCB天線設(shè)計(jì)與阻抗匹配、振動傳感器的方案選型。彈簧傳感器是傳統(tǒng)電動車防盜器采用的方式。加速度傳感器是采用MEMS技術(shù)的新一代傳感器，目前還沒有使用在電動車防盜器上的先例，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)首次將MEMS傳感器應(yīng)用于電動車防盜領(lǐng)域。交互終端設(shè)備設(shè)計(jì)框圖見圖2。

由于電動車的電池一般有36 V、48 V和80 V等多種規(guī)格，所以智能交互終端如果要直接接入電動車的電池供電，必須采用大動態(tài)范圍的直流降壓技術(shù)，本方案采用線性直流降壓技術(shù)，通過將電池電壓線性降到12 V供高分貝報(bào)警喇叭使用，同時(shí)使用單電源降壓芯片將12 V降到5 V、3.3 V等供主控芯片和振動傳感電路使用。

射頻接收部分保留了傳統(tǒng)電動車報(bào)警器的遙控接收部分，通過與遙控鑰匙的配合，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的手動遙控解鎖鎖車等功能，這一設(shè)計(jì)方便不習(xí)慣使用智能手機(jī)的用戶采用傳統(tǒng)方式控制電動車的防盜解鎖等操作。射頻接收頻段采用433 MHz的ISM頻段，遙控距離遠(yuǎn)，單芯片解碼方式方便電路設(shè)計(jì)，增加接收的可靠性。

圖2 交互終端設(shè)備設(shè)計(jì)框圖

圖3 終端系統(tǒng)板級實(shí)物圖

4 終端系統(tǒng)軟件及服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要是基于微信公眾號開放平臺的控制系統(tǒng)開發(fā)，含手機(jī)端微信公眾號的申請、微信公眾平臺的配置和設(shè)備ID號的申請、建立統(tǒng)一的管理平臺；同時(shí)，設(shè)置微信公眾號界面的菜單布局和菜單對應(yīng)的響應(yīng)message，跳轉(zhuǎn)網(wǎng)頁鏈接；進(jìn)行語音控制交互設(shè)計(jì)，地理位置信息數(shù)據(jù)收集等；另外還要申請?jiān)贫朔?wù)器作為智能交互終端和微信公眾號之間的消息交互平臺，云端服務(wù)器可以是車載安全交互的生產(chǎn)商自建或租用公共云服務(wù)平臺，如阿里云、百度云、騰訊云等，云端服務(wù)器還需要建立用戶與智能交互終端的關(guān)系映射數(shù)據(jù)庫，并做好容災(zāi)備災(zāi)管理。有了微信公眾號和云端服務(wù)平臺相當(dāng)于是交互終端的互聯(lián)網(wǎng)+延伸，體現(xiàn)了平臺即服務(wù)的思想，使得終端硬件廠商不僅售賣硬件，還把客戶的實(shí)時(shí)使用體驗(yàn)和廠家與客戶的互動聯(lián)系起來，真正體現(xiàn)了人與人、人與物的互聯(lián)互通。

用戶首次操作需要綁定手機(jī)微信公眾號與智能交互終端，過程非常方便，只需要手機(jī)打開藍(lán)牙和開啟上網(wǎng)模式，在微信端掃描設(shè)備型號碼，微信客戶端會搜索并顯示附近的對應(yīng)設(shè)備，用戶點(diǎn)擊圖標(biāo)即可綁定公眾號與設(shè)備，其中綁定關(guān)系是通過公眾號的唯一用戶ID號和設(shè)備型號碼上報(bào)服務(wù)器后生成的唯一設(shè)備ID號實(shí)現(xiàn)的。服務(wù)器端定義的鍵值message響應(yīng)部分Java代碼如下：

package com.bluelight.demo.service;

import java.util.Map;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

import com.bluelight.demo.api.DeviceApi;

import com.bluelight.demo.api.MpApi;

import com.bluelight.demo.consts.MsgType;

import com.bluelight.demo.consts.XmlResp;

import com.bluelight.demo.mock.DBMock;

import com.bluelight.demo.protocol.BlueLight;

import com.bluelight.demo.protocol.BlueLight. CmdId;

/**

*回調(diào)業(yè)務(wù)處理

*/

public class CallbackService{

//自定義菜單中的key值

public static final String V0001_UNLOCK= "V0001_UNLOCK";//解鎖

public static final String V0002_LOCK= "V0002_LOCK";//鎖車

public static final String V0003_PWRREQ= "V0003_PWRREQ";//電量查詢

public static final String V0004_MODSEL= "V0004_MODSEL";//模式選擇

public static final String V0007_BAND= "V0007_BAND";//對碼

public static final String V0008_SEARCH= "V0008_SEARCH";//尋車

public String handle(Map＜String,String＞reqMap)throws Exception{

String msgType=reqMap.get("MsgType");

String fromUser=reqMap.get ("FromUserName");

String toUser=reqMap.get("ToUserName");

//針對不同類型的消息和事件進(jìn)行處理

//文本消息

if(MsgType.TEXT.equals(msgType)){

//可以在此處進(jìn)行關(guān)鍵字自動回復(fù)

String content="收到文本消息："+ reqMap.get("Content");

return XmlResp.buildText(fromUser, toUser,content);

}

在廠家服務(wù)器端會通過數(shù)據(jù)庫建立綁定映射表，后期的每項(xiàng)操作會通過這個(gè)綁定關(guān)系一一對應(yīng)起來。服務(wù)器端也會同時(shí)做好用戶數(shù)據(jù)管理、用戶設(shè)備管理和數(shù)據(jù)的容災(zāi)備份等工作。

5 系統(tǒng)主要功能及控制界面設(shè)計(jì)

智能交互終端不僅可以通過手機(jī)控制，還可以通過傳統(tǒng)的433 MHz遙控器控制，主要按鍵有4個(gè)，分別是鎖車、解鎖、尋車、設(shè)置。遙控器端采用電池供電，正常使用情況下可維持至少兩年；遙控器端第一步先用傳統(tǒng)的433 MHz方案，車載交互終端設(shè)計(jì)有解碼接收電路，第二步是把遙控器端也采用藍(lán)牙BLE方案，這樣一方面可以省去智能交互終端的解碼接收電路，另一方面由于藍(lán)牙BLE方案是全雙工工作方式[2]，可以進(jìn)行雙向驗(yàn)證，提高信號發(fā)射和接收的可靠性。交互終端安裝線路圖見圖4。

微信端可以發(fā)出的命令有鎖車、解鎖、電量查詢、對碼、尋車、模式選擇等。其中電量查詢命令可以通過車載交互終端的電量測量電路，實(shí)時(shí)查看當(dāng)前車載電池的剩余電量百分比，可以與液晶儀表上的電池電量進(jìn)行比較或自動校準(zhǔn)。用戶在按下鎖車時(shí)啟動報(bào)警并鎖止電機(jī)，同時(shí)報(bào)警喇叭會發(fā)出提示音；按下解鎖按鍵解除報(bào)警并發(fā)出提示音；按下尋車鍵，報(bào)警器以最高分貝發(fā)出連續(xù)響聲，提醒車輛位置，再按任意鍵停止；靈敏度設(shè)置可以設(shè)置報(bào)警器的靈敏度，靈敏度共分4個(gè)等級，其中4檔靈敏度最高，即在鎖車狀態(tài)下車輛發(fā)生輕微振動即可觸發(fā)報(bào)警，1檔靈敏度最低。模式選擇保留作為后期功能擴(kuò)展用。手機(jī)端微信控制界面初步設(shè)計(jì)圖見圖5。

圖4 智能交互終端安裝線路圖

圖5 手機(jī)端微信控制界面圖

本系統(tǒng)的優(yōu)勢有：

（1）由于遙控器可以由手機(jī)替代，成本比傳統(tǒng)的遙控器方案要低，并且隨著藍(lán)牙BLE技術(shù)的廣泛應(yīng)用，成本將會越來越低。

（2）振動傳感器采用最近普及的MEMS加速度傳感器，一方面提高了振動傳感的靈敏度，并且可以數(shù)字量化為多個(gè)級別；另一方面相較于傳統(tǒng)的振動傳感器，可有效降低誤報(bào)率。隨著MEMS制造工藝越來越成熟，傳感器的成本也會越來越低，基本上可以與現(xiàn)有的振動傳感器如滾珠型或彈簧型傳感器的成本持平甚至更低。同時(shí)，由于MEMS傳感器還可以檢測車輛停止時(shí)的姿態(tài)信息，車輛姿態(tài)發(fā)生變化也可以記錄下來，并在解鎖時(shí)憑借內(nèi)置算法估算出車輛姿態(tài)或位置是否發(fā)生變化，這項(xiàng)功能是采用傳統(tǒng)振動傳感器無法實(shí)現(xiàn)的。

（3）采用目前用戶基礎(chǔ)最廣泛的微信平臺作為人機(jī)交互接口，用戶可以直接掃碼綁定并進(jìn)行控制，大大降低了產(chǎn)品推廣、運(yùn)營和維護(hù)的成本，省去了同時(shí)維護(hù)iOS和Android等多個(gè)手機(jī)系統(tǒng)平臺APP的麻煩，對于各個(gè)不同型號和品牌的手機(jī)、不同屏幕尺寸的匹配和兼容也無需逐一適配和調(diào)試。

（4）通過系統(tǒng)的逐步推廣、用戶的不斷擴(kuò)大，終端系統(tǒng)不僅提供了安全防盜與鎖車解鎖，還通過與車載控制器的數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)整車車況的實(shí)時(shí)監(jiān)測、用戶使用習(xí)慣的數(shù)據(jù)收集與學(xué)習(xí)、針對用戶的定制信息推動等服務(wù)。

6 結(jié)束語

隨著智能化時(shí)代發(fā)展的需要，新一代融合手機(jī)微信控制與云端互聯(lián)的設(shè)備將會越來越多，本文從智能化電動車交互終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)入手，描述了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行原理、設(shè)計(jì)中涉及的技術(shù)細(xì)節(jié)以及產(chǎn)品將來的長期演進(jìn)思路等。

[1]信東東.基于微信的空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2015.

[2]劉曦.智能家居手機(jī)遙控器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京：東南大學(xué)，2012.

Design of Intelligent Interactive System of Electric Bikes Based on QN9021

MAO Zhen,SHI Lei,ZHANG Jianfeng,CHEN Yang
（Wuxi Hope Microelectronics Co.,Ltd.,Wuxi 214035,China）

A design of new generation of intelligent interactive system based on QN9021 and traditional alarm devices for electric bikes is presented in the paper.The system connects user's mobile phone to both bike and cloud platform via Bluetooth and WeChat,thereby enabling real-time interactivity among them.

intelligentinteractive;QN9021

TN402

A

1681-1070（2017）05-0044-04

毛臻（1979—），男，江蘇宜興人，畢業(yè)于南京理工大學(xué)，目前為無錫華普微電子公司模塊部部長。

2016-12-20