一款自動化車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視管理系統(tǒng)設(shè)計

于邱蕾，趙乙，王榕

（山東英才學(xué)院工學(xué)院，山東濟南，250104）

0 引言

隨著我國汽車數(shù)量的不斷擴大,汽車安全這個問題愈加嚴(yán)重。關(guān)于汽車主動性安全監(jiān)測的研究越來越引起了重視。隨著近年來我國自動駕駛?cè)斯ぶ悄芎妥詣踊裙I(yè)技術(shù)的廣泛普及和其飛速發(fā)展,為有效解決自動駕駛機器人車輛網(wǎng)絡(luò)和主動安全監(jiān)測等密切相關(guān)的問題奠定了堅實基礎(chǔ),促進了我國自動化車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和主動安全監(jiān)測等信息技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展[1]。車聯(lián)網(wǎng)本身就是歸入了物聯(lián)網(wǎng)之后所有,它們都是屬于我國現(xiàn)代汽車制造行業(yè)的應(yīng)用。是指以獨立的電子化車輛系統(tǒng)信息為基礎(chǔ)初始化的信息源,以電子化的車聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)和支撐,根據(jù)事前所需要選擇的無線通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交換規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)各種運輸和道路、互聯(lián)網(wǎng)之間的無線通信和資料交換,實現(xiàn)對運輸和車輛的管理,實現(xiàn)動態(tài)化信息和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化、集成化、實現(xiàn)智能化。這樣,車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將使交通控制和車輛駕駛朝著這個方向發(fā)展[2]。因此,車輛互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與管理系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計及其分析都具有十分重要的前瞻性和現(xiàn)實意義。實現(xiàn)各種車輛、道路、互聯(lián)網(wǎng)之間的無線通信和資料交換,實現(xiàn)對運輸和車輛的管理,實現(xiàn)對動態(tài)信息和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化。這樣,車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將使交通控制和車輛駕駛朝著這個方向發(fā)展[2]。因此,車輛互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與管理系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計及其分析都具有十分重要的前瞻性和現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

本文以 websocket 協(xié)議為基礎(chǔ),設(shè)計出一套新型的車聯(lián)網(wǎng)檢測監(jiān)控系統(tǒng),建立了新型的車聯(lián)網(wǎng)檢測監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示,主要包括車輛系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。建立了車聯(lián)網(wǎng)檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示,主要包括車輛系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

車載系統(tǒng)的功能主要由通訊系統(tǒng)、顯示式操作系統(tǒng)以及車輛自動定位。主要的檢測系統(tǒng)包含了監(jiān)視器操作和通訊系統(tǒng)。車載監(jiān)控系統(tǒng)可通過汽車的GPS 和北斗定位接收系統(tǒng),直觀的獲取車輛的位置信息,并通過無線通訊和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等手段將汽車的位置信息等數(shù)據(jù)傳輸至相應(yīng)的監(jiān)控站。監(jiān)控站已經(jīng)實現(xiàn)了特定的一段時刻所有車載系統(tǒng)的信息集成,顯示出了車載主檢測系統(tǒng)的一個地圖調(diào)用接口,并在車聯(lián)網(wǎng)接口上也對其進行了一些信息的顯示。并在車聯(lián)網(wǎng)的界面上也進行了一些信息的顯示。該系統(tǒng)能夠共享所有車載互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的汽車報警信息與位置數(shù)據(jù)。利用LABVIEW 編寫的檢測顯示軟件,有效地實現(xiàn)了對車輛行駛的數(shù)據(jù)實時共享與監(jiān)控[3]。

2 系統(tǒng)設(shè)計實施

■2.1 車載終端的設(shè)計

車載終端隸屬于一個分布式的車載智能化安防終端,其主要作用之一就是為了實現(xiàn)對運輸、物流公司的主動性安全監(jiān)視。這類檢測儀器主要包括分布在汽車上的各類傳感器、油箱主控制器、貨箱檢測器、方向盤檢測器和遙控器等部件。這種檢測儀器可以同時實現(xiàn)無線或者有線兩種不同的方式。這款檢測儀器主要功能之一是為您提供了主動防盜報警、異常駕駛員報警、單向主動限速、發(fā)生重大交通事故時的自動報警搶險救援及對于車輛的行駛安全監(jiān)控與管理。該高空檢測儀器的主要工作原理有以下幾點:根據(jù)GPS 模塊、GPRS 模塊、傳感器小組和無線電模塊、嵌入式微處理器等,對檢測得到的高空傳感器信息和車輛高空作業(yè)安全狀況數(shù)據(jù)進行了一種動態(tài)分析和計算,并通過檢測儀器本身的算法自動實現(xiàn)高空作業(yè)安全狀況的檢測自判,從而使用戶可以輕松地實現(xiàn)高空檢測車輛的操控。操作高空保護與安全操作。儀器中的GPRS 模塊可以直接實現(xiàn)上位機的無線數(shù)據(jù)通訊,最后可以利用GSM 網(wǎng)絡(luò)以一個簡單的短信形式與指定的手機一起進行操作,從而可以實現(xiàn)主動安全的報警和監(jiān)視[4]。

■2.2 感知層的設(shè)計

感知層是一種屬于大型數(shù)據(jù)源采集模塊的結(jié)構(gòu),能夠有效地對各種工程機械車輛進行數(shù)據(jù)采集。。這些數(shù)據(jù)主要指的是工程機械車輛所處位置和其地理區(qū)域以及行駛速度,主要指的是數(shù)據(jù)庫中采集到的故障報警信息和現(xiàn)場狀態(tài)情況信息。主要是指數(shù)據(jù)庫所采集到的故障報警信息和現(xiàn)場情況信息。在傳感器層中要求安裝一個指定的數(shù)據(jù)庫和測量儀器,顯示各類參數(shù)信息。其中主要指出了對于車輛在運行中進行維修和故障情況下的維修記錄和故障情況下的數(shù)據(jù)。在感知層模塊中,增加了VPDN 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。在進行前端系統(tǒng)控制設(shè)計時,采用了主從事雙核處理器的結(jié)構(gòu)。這樣的架構(gòu)模式是在軟硬件設(shè)計的過程當(dāng)中所采用的一個獨立構(gòu)造的模型。主處理器可以采用數(shù)據(jù)提取和無線遠程采集,保證了數(shù)據(jù)提取、存儲、以及人機交互等功能。其次,對于不同的廠家和企業(yè)所設(shè)計的工程車輛,在各個功能模塊都是獨立的后保障了處理器和通訊協(xié)議的安全和完整性,便于后期系統(tǒng)的升級與維護[5]。在傳感層的設(shè)計中,由DSP 芯片來實現(xiàn)的主處理器。DSP 芯片擁有很強的數(shù)據(jù)操作量和良好的數(shù)據(jù)存儲性能。adso-bf548 芯片的外圍接口方便了系統(tǒng)的升級和擴展。該類芯片的性能相對較高,在以后的系統(tǒng)升級中能夠很好地體現(xiàn)出新的代碼能力。該系統(tǒng)采用ARM 實現(xiàn)了對處理器同聲傳譯。該芯片可以實現(xiàn)高效率的編程和實時測試功能,并且可以在各種工業(yè)系統(tǒng)的控制過程中采集各種不同的傳感器和數(shù)據(jù)。處理器采用了外圍的電路支持,主要有數(shù)據(jù)存儲、總線接口和電源支持。ADSP 可以給外部的數(shù)據(jù)源提供可以擴展的大量數(shù)據(jù)庫和存儲空間,并且可以通過 EBIU 實現(xiàn)對其進行統(tǒng)一的管理。該芯片也是采用了信號線單獨獨占的方式,以實現(xiàn)對DDR 的存儲和管理[6]。

■2.3 數(shù)據(jù)收集設(shè)計

本系統(tǒng)主要是一個采用OBDII 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的方法進行汽車參數(shù)信息采集的流程,主要軟硬件核心為TL718 芯片。本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實現(xiàn)的數(shù)據(jù)讀寫和處理操作過程比較簡易,首先,TL718 芯片已經(jīng)完成了簡單的換行格式、返波格式等復(fù)雜幀格式的初始化和設(shè)置,其中絕大多數(shù)都是采用默認(rèn)值。其中絕大多數(shù)采用了默認(rèn)值。初始化的工作結(jié)束后,根據(jù)ISO 文檔中描述的服務(wù)模型和參數(shù)編號來進行實現(xiàn)請求命令,并且可以能夠從中獲得相應(yīng)的響答數(shù)據(jù)。對于不同種類的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀,計算和處理的方式也不一樣。在傳輸和獲取數(shù)據(jù)的過程中同時,OBDII 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要包括各種參數(shù)所對應(yīng)的各種數(shù)據(jù)字節(jié)量、各種最終數(shù)據(jù)字節(jié)量的計算和轉(zhuǎn)換方法以及最終的數(shù)值作為基礎(chǔ)單元,以大大減少了軟件開發(fā)的復(fù)雜性和難度。以降低開發(fā)難度。圖2 所示為數(shù)據(jù)采集的過程。OBDII 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要內(nèi)容包括各種參數(shù)所對應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)量、各種數(shù)據(jù)字節(jié)量的計算和轉(zhuǎn)換方法以及最終數(shù)值為基礎(chǔ)的單元,以減少軟件開發(fā)的難度。以降低開發(fā)難度。圖2 所示為數(shù)據(jù)采集的過程。

圖2 數(shù)據(jù)收集流程

■2.4 監(jiān)控服務(wù)端通信

監(jiān)控服務(wù)器的通信主要包括短信和群發(fā)。GPRS 通信可以由socket 插座來實現(xiàn),SMS 通信可以由串口來實現(xiàn)。應(yīng)用程序一般是由socket 向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出數(shù)據(jù)請求,或者是由socket 實現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收請求。socket 技術(shù)已經(jīng)能夠很好的解決整個網(wǎng)絡(luò)程序的并發(fā)通訊問題。socket 主要是使用遠程端口和當(dāng)?shù)亟K端之間建立聯(lián)系和連接并彼此進行相互通訊,因而這些聯(lián)系和信息都是 socket 與網(wǎng)絡(luò)通訊的重要依據(jù)。圖3 顯示了套接式文字原理的基本結(jié)構(gòu)。首先,服務(wù)器端實現(xiàn)了端口監(jiān)聽的開放。如果它能夠偵聽外部鏈路請求,則它就可以創(chuàng)造出一個與請求客戶端的鏈路。從服務(wù)器獲得一個客戶端連接后,就能夠直接實現(xiàn)對其他用戶的數(shù)據(jù)傳送[7]。

圖3 Socket 原理的結(jié)構(gòu)

在一個新的服務(wù)端已經(jīng)剛剛開始需要進行一個端口直接偵聽的這種情況下,首先應(yīng)該是通過一個新的客戶機終端來直接實現(xiàn)一個tcpclient 這種類型的端口創(chuàng)建,然后就是它能夠在一個tcplistener 的一個實例中直接用來實現(xiàn)一個acceptcpclient()這種偵聽方法,即使它可以直接得到與一個客戶端的端口連接,其所有的需要直接返回的端口對象必須是一個屬于它的client 值。主要使用表達式表示為:

■2.5 車聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)

根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)各個組成部件的功能,將其細化到三個維度的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)系統(tǒng)。信息感知層主要是車載系統(tǒng)用于實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的采集和整合處理的基礎(chǔ)性底層,網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要是中間部分,實現(xiàn)了車載系統(tǒng)各個終端之間的信息定向傳輸,應(yīng)用層則是最高的部分,即:基于車載互聯(lián)網(wǎng)上的微機系統(tǒng),實現(xiàn)了終端對大量數(shù)據(jù)的采集和處理功能。GPRS 與 internet 相互連接的一種設(shè)計模式:GPRS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是指 GPRS 在 GSM 基站內(nèi)部之間進行相互連接。本工程項目所需要設(shè)計的系統(tǒng)在使用時應(yīng)該是采用移動通信調(diào)試解調(diào)器,通過電話撥號的無線方式直接地實現(xiàn)與本地 GPRS 業(yè)務(wù)各節(jié)點之間的無線通訊,并將其直接接入 GPRS 網(wǎng)絡(luò),再加上利用 GPRS 網(wǎng)關(guān)和 internet 相互連接,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)通信協(xié)議棧:本系統(tǒng)通信系統(tǒng)主要的設(shè)計采用四層通信協(xié)議棧的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),第一層的結(jié)構(gòu)是作為系統(tǒng)的物理層,采用一種 GPRS 通信協(xié)議,armt 由一個嵌入式微處理器通過atat執(zhí)行一個命令,采用一種 GPRS 協(xié)議進行撥號的通信方式,這種網(wǎng)絡(luò)可以被用來直接建立一個 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)和一個采用 GPRS 網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器與該網(wǎng)絡(luò)的一種具有通用性的物理信道進行通信,即采用 GPRS 的物理信道。第二層被稱為網(wǎng)絡(luò)鏈路層,采用一個ppp 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該操作系統(tǒng)用戶可以直接進行遠程網(wǎng)絡(luò)登錄例如internet,通過一個GPRS 無線網(wǎng)關(guān)直接獲取所有ipt 的地址。使用新的ppp 連接協(xié)議使您可以把原先基于GPRS 的物理層數(shù)據(jù)連接轉(zhuǎn)換成一條無差錯的底層數(shù)據(jù)鏈接線路。第三個更高層次的也就是網(wǎng)絡(luò)層。通過使用互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的ipipin 協(xié)議,因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的每一個網(wǎng)絡(luò)終端都已經(jīng)可以相互連接進行無線連接。因特網(wǎng)上的終端相互連接。終端的 ip 地址是不一樣的。利用IP 路由和IP 接入系統(tǒng),可以對每個IP 進行路由選擇和數(shù)據(jù)接入。第四層即傳輸層,它利用 tcp 協(xié)議來改善和增強了數(shù)據(jù)傳送的功能可靠性和一種面向互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。如下圖4 所示顯示了該系統(tǒng)的通訊協(xié)議棧。采用一種GPRS 協(xié)議撥號的通信方式可用來直接建立一個GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)和采用GPRS網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器與該網(wǎng)絡(luò)的一種通用物理信道通信,即采用GPRS 物理信道。第二層被稱為網(wǎng)絡(luò)鏈路層,采用一個ppp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該操作系統(tǒng)用戶可以直接進行遠程網(wǎng)絡(luò)登錄例如internet,通過一個GPRS無線網(wǎng)關(guān)直接獲取所有ipt的地址。使用新的ppp 連接協(xié)議使您可以把原先基于GPRS 的物理層數(shù)據(jù)連接轉(zhuǎn)換成一條無差錯的底層數(shù)據(jù)鏈接線路。第三個更高層次的也就是網(wǎng)絡(luò)層。通過使用互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的ipipin協(xié)議,因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的每一個網(wǎng)絡(luò)終端都已經(jīng)可以相互連接進行無線連接。因特網(wǎng)上的終端相互連接。終端的 ip 地址是不一樣的。利用IP 路由和IP 接入系統(tǒng),可以對每個IP進行路由選擇和數(shù)據(jù)接入。第四層即傳輸層,它利用 tcp 協(xié)議來改善和增強了數(shù)據(jù)傳送的功能可靠性和一種面向互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。如圖4 所示顯示了該系統(tǒng)的通訊協(xié)議棧。

圖4 系統(tǒng)通信協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)

■2.6 系統(tǒng)測試

在整個系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)之后,對整個系統(tǒng)進行了調(diào)試,并且在調(diào)試的過程中針對整個系統(tǒng)的功能做出了一些修改和更新。在進行實驗檢測的過程中,主要由 sim 卡、汽車載重器終端、PC、汽車電源等組成。PC、車輛電源等。在測試的過程中,系統(tǒng)被安裝在三輛車上,并且打開了監(jiān)控客戶端軟件,實現(xiàn)了監(jiān)控。。通過測試,可以在監(jiān)視器界面上顯示實時位置和所有車輛參數(shù)。在三輛汽車操作這個過程中,圖標(biāo)將跟著一輛車輛同步移動。經(jīng)過長一段時間的測試,系統(tǒng)保持穩(wěn)定地工作,以適應(yīng)實際的需要。

3 結(jié)語

本款汽車互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測和管理系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計,可以直接實現(xiàn)對汽車互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測和管理,對于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)地帶區(qū)域內(nèi)所有貨運動力車輛的情況進行了自動化的監(jiān)測和管理,實現(xiàn)對汽車的遠程指揮、跟蹤定位、安全和事故發(fā)生的救災(zāi)。安全和發(fā)生事故的救災(zāi)。通過這個子系統(tǒng),可以有效地大大降低了道路上的交通事故和其他人員的財產(chǎn)損失所發(fā)生的風(fēng)險,提高了行政管理的效率。以上這些具有創(chuàng)新性設(shè)計是適用于多種類型的汽車。