互聯(lián)網(wǎng)背景下用于跟蹤被盜車輛的無線嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)

韓嵩

（吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 130012）

1 引言

汽車盜竊現(xiàn)象給我們的現(xiàn)代社會(huì)提出了一個(gè)嚴(yán)重的問題，因此人們開始發(fā)明反盜竊技術(shù)，如在控制、警報(bào)和固定器上設(shè)置機(jī)械屏障。起初，駕駛員在離開汽車時(shí)必須設(shè)置控制上的機(jī)械障礙，顯得很不方便的。后來，使用汽車警報(bào)雖不需要像鎖鏈這樣的體力勞動(dòng)，然而現(xiàn)在人們認(rèn)為這些警報(bào)是噪聲來源。另一個(gè)問題是，如果汽車已經(jīng)被盜了，我們需要一個(gè)系統(tǒng)來重新定位盜車者的位置。全球定位系統(tǒng)（GPS）是每個(gè)人想到的第一個(gè)定位被盜汽車的系統(tǒng)，但服務(wù)成本也是一個(gè)問題。使用GPS跟蹤被盜車輛需要在每輛車上安裝一個(gè)GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)是相對(duì)龐大的設(shè)備，消耗大量電力，因?yàn)樗鼈円蕾囆l(wèi)星來確定車輛的位置。使用GPS的主要限制是其昂貴的成本。因此，人們開始尋找其他的解決方案。

2 系統(tǒng)的提出及操作描述

擬議系統(tǒng)的主要構(gòu)想是讓所有車輛在警務(wù)處登記，以便每輛車都有一個(gè)獨(dú)特的識(shí)別號(hào)碼（車牌號(hào)），包括與車輛有關(guān)的信息：型號(hào)、顏色、車牌號(hào)碼和車主等。警察局將在汽車的隱蔽處安裝一個(gè)由調(diào)制解調(diào)器和單片機(jī)組成的小芯片。該設(shè)備應(yīng)使用獨(dú)立于汽車電池的獨(dú)立長(zhǎng)壽命電池進(jìn)行操作，以確保連續(xù)運(yùn)行，直到下次注冊(cè)汽車為止。警車在城市中行駛時(shí)，會(huì)向鄰近的車輛發(fā)送無線電信號(hào)，以確定其中一輛車是否被報(bào)告為被盜車輛。一旦汽車做出反應(yīng)，車內(nèi)的警察就會(huì)接到報(bào)警通知，并顯示預(yù)先儲(chǔ)存的有關(guān)被盜汽車的信息。根據(jù)這些信息，警察對(duì)汽車進(jìn)行了視覺搜索，并采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。有關(guān)被盜汽車的信息，或一般任何要找到的汽車的信息，都是在警察局提前輸入的。這些信息通過警察網(wǎng)絡(luò)定期發(fā)送給所有警車。出于安全和隱私的原因，只有授權(quán)人員才有權(quán)發(fā)出定位汽車的請(qǐng)求。

圖1 不同車輛信息傳輸框架

3 框架結(jié)構(gòu)

信息以指定的幀在結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間傳輸。根據(jù)幀是由警車發(fā)送的，還是由其他車輛發(fā)送的，分別有兩個(gè)不同的幀。一種是由警車發(fā)送的，用于對(duì)特定被盜車輛進(jìn)行輪詢，或者根據(jù)控制字段中的設(shè)置請(qǐng)求附近所有車輛的響應(yīng)。幀的開始（BOF）和幀的結(jié)束（EOF）分別是表示幀傳輸開始和停止的標(biāo)志（圖1）。本幀中的源地址（SA）要么是本地生成的唯一警車標(biāo)識(shí)號(hào)，要么是中央基站設(shè)置的所有警車使用的公共秘密號(hào)。選擇公共地址的原因是為了讓所有警車都能夠接收到被盜車輛的傳輸。因此，被盜車輛附近的所有警車都可以參與跟蹤過程。如前所述，這個(gè)通用源地址可以由中央基站提供，并為安全問題保密。

控制字段由8位組成。第1位用于指示我們是否使用由警官選擇的輪詢或廣播。第二個(gè)位用于表示警車正在尋找被盜車輛，或者已經(jīng)找到了一輛，并希望跟蹤它。這與第3位一起使用，第3位用于指示警車是否在跟蹤模式中朝著正確的方向移動(dòng)。根據(jù)循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）的結(jié)果，可以對(duì)方向進(jìn)行指示。不斷地接收到錯(cuò)誤的CRC結(jié)果表明移動(dòng)到錯(cuò)誤的方向，并以此為基礎(chǔ)控制中的這個(gè)位字段可以設(shè)置為表示警車正在遠(yuǎn)離被盜車輛。

另一方面，良好的CRC表明警車的方向是正確的。在輪詢場(chǎng)景中，數(shù)據(jù)字段由被盜的汽車標(biāo)識(shí)碼組成，而在廣播場(chǎng)景中，它被設(shè)置為所有的標(biāo)識(shí)碼。每次傳輸檢查是否有一輛被盜的汽車在警車附近。該代碼由24位組成，使該服務(wù)能夠容納1 600多萬輛汽車。最后，使用16位CRC碼來幫助保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性和檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤。在接收到這個(gè)幀后，被盜車輛將返回一個(gè)只有警車才能識(shí)別的確認(rèn)（ACK）幀。

在本例中，不需要控制字段，因?yàn)樗锌刂七^程都是在警車中完成的，在本例中，警車是主站。源地址是警車最初在數(shù)據(jù)字段中發(fā)送的被盜車輛身份代碼。這些數(shù)據(jù)要么載有警車的地址，要么載有被盜車輛收到的所有警車的通用代碼。

4 系統(tǒng)原型的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的運(yùn)行情況。它由1臺(tái)電腦、2個(gè)微控制器和幾個(gè)收發(fā)器組成。所實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的電腦具有圖形用戶界面（GUI），可以顯示警官面前顯示的信息。此外，在本例中，以管理員身份登錄代表警察局的GUI，可以將新報(bào)告的被盜車輛添加到系統(tǒng)中。

該P(yáng)C機(jī)通過串口連接到基于摩托羅拉MC9S12DP256微處理器的MiniDRAGON+微控制器。該單片機(jī)具有2個(gè)串口，用于實(shí)現(xiàn)警車系統(tǒng)。第二串口用于將單片機(jī)連接到警車的XECOM收發(fā)機(jī)上。警車與其他車輛之間的通信是通過每個(gè)收發(fā)器中的全向天線通過空中進(jìn)行的。其他車輛有XECOM收發(fā)器和AVR微控制器。

警車微控制器代碼流程描述如下：微控制器等待從用戶界面單元讀取一個(gè)字符，字符R表示向微控制器內(nèi)存中添加一輛新車；字符D表示從需要的汽車列表中刪除一輛車；X表示GUI中沒有新的輸入。假設(shè)用戶想要添加一輛要定位的新車，內(nèi)存中保存該代碼單片機(jī)，它將開始做搜索，以便找到一輛車。刪除過程也是以同樣的方式完成的。在添加新車的過程中，如果微控制器中沒有內(nèi)存空間，微控制器會(huì)發(fā)出一條錯(cuò)誤消息。

同樣，如果用戶想刪除一輛不在微控制器內(nèi)存中的汽車，則會(huì)發(fā)出一個(gè)錯(cuò)誤命令。搜索過程從微控制器發(fā)出命令開始。在這個(gè)階段，單片機(jī)接收到可用車輛的節(jié)點(diǎn)信號(hào)。微控制器發(fā)送與可用節(jié)點(diǎn)號(hào)對(duì)應(yīng)的車輛代碼，并等待響應(yīng)。如果汽車的微控制器對(duì)該代碼作出響應(yīng)，則該微控制器將該代碼傳遞給用戶界面單元，以便在屏幕上顯示；如果沒有，它就開始尋找另一輛車。搜索完可用節(jié)點(diǎn)后，微控制器發(fā)出開始命令，以便從用戶界面接收新命令。

在輪詢場(chǎng)景中，車輛微控制器總是偵聽接收到的代碼。建立連接后，接收到的代碼將保存在一個(gè)臨時(shí)位置。此代碼將與微控制器中預(yù)定義的代碼進(jìn)行比較。如果兩個(gè)代碼匹配，收發(fā)器將把這個(gè)代碼傳回警車。傳輸完成后，調(diào)制解調(diào)器斷開連接，GUI是使用Visual Basic開發(fā)的，用于顯示向警官顯示的信息。這個(gè)GUI在一個(gè)列中顯示所有被盜車輛的ID代碼，在另一個(gè)列中顯示找到被盜車輛的ID代碼。

汽車的信息可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中顯示出來。這個(gè)GUI提供了一些額外的功能，比如向系統(tǒng)添加新車、刪除現(xiàn)有的汽車或查找特定的汽車。所有這些特性都取決于向用戶提供的授權(quán)級(jí)別[2]。

5 結(jié)論

綜上所示，本文提出的一種基于嵌入式無線通信系統(tǒng)的車輛識(shí)別系統(tǒng)可以有效的對(duì)丟失車輛進(jìn)行尋回。在警車和附近車輛之間建立一個(gè)分散的自組網(wǎng)。系統(tǒng)不使用任何額外的基礎(chǔ)設(shè)施。降低了使用成本。此外，本文提出的系統(tǒng)還可為追蹤可疑車輛提供借鑒。