曹永勝，白恩?。|華大學(xué)　信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海　201600）

車載無線中控系統(tǒng)

曹永勝，白恩健
（東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海201600）

針對中低端車輛車載系統(tǒng)缺乏智能的問題，將嵌入式ARM控制系統(tǒng)與4G無線傳輸系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了基于ARM車載控制系統(tǒng)的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的整體架構(gòu)以及模塊間的數(shù)據(jù)通信和信號控制。為加強(qiáng)車主對車身的把握，系統(tǒng)有激光測距進(jìn)行平面建模的擴(kuò)展功能。實(shí)驗(yàn)表明，該方案可以用于中低端汽車實(shí)現(xiàn)快速、廉價(jià)的智能化。

智能生活；車載系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；3G；嵌入式

0　引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對車的購買量越來越大，汽車成為了人們生活中的必需品。然而，許多中低檔車由于制造成本有限，智能化水平并不高，這迫切要求車輛的快速智能化的產(chǎn)生。

部分高檔車的智能化水平十分高，但價(jià)格十分昂貴，且智能化需求只能被動(dòng)接受，不能主動(dòng)配置。因此，研發(fā)可拆卸、可定制的基于嵌入式車載控制系統(tǒng)的無線控制系統(tǒng)具有積極意義。

4G通信技術(shù)最明顯的優(yōu)勢在于通話質(zhì)量及數(shù)據(jù)通信速度。4G網(wǎng)絡(luò)具有100Mb/s的數(shù)據(jù)下載能力和20Mb/s的上傳能力，且價(jià)格比以往通信服務(wù)費(fèi)用便宜。在生活中，4G已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛，車載系統(tǒng)通過4G模塊可以將預(yù)警信息發(fā)送給指定的聯(lián)系人。

結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)具有的高速無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)以及ARM強(qiáng)大的控制功能，就可以通過手機(jī)短信的形式進(jìn)行車輛的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控。

另外，越來越多的車輛進(jìn)入生活，這也意味著越來越多的駕駛新手出現(xiàn)，許多擦碰事故的原因在于駕駛員對車身的把握度不是很好。結(jié)合激光測距傳感器，實(shí)現(xiàn)對車身的平面建模，提高駕駛員對車身的把握程度，減少擦碰事故。

1　系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由兩部分組成：一部分是4G模塊及其外圍電路（負(fù)責(zé)短信的發(fā)送）、嵌入式設(shè)備［1］（負(fù)責(zé)ARM和4G模塊的通信）、振動(dòng)傳感器、顯示屏（操作界面顯示）、手機(jī)（負(fù)責(zé)短信的收?。涣硪徊糠质羌す鉁y距傳感器、嵌入式設(shè)備（負(fù)責(zé)激光測距傳感器的相關(guān)處理和平面建模）。

系統(tǒng)中4G模塊選用華為ME906E模塊。該模塊支持移動(dòng)3G、4G和聯(lián)通3G、4G，使得車載系統(tǒng)具有收發(fā)手機(jī)短信功能。ARM嵌入式系統(tǒng)［2］選擇Samsung S3C6410處理器，ARM1176JZF-S內(nèi)核，通過USB2.0與4G模塊相連接。

圖1　系統(tǒng)整體框圖

當(dāng)震動(dòng)傳感器達(dá)到閾值時(shí)，開啟攝像頭進(jìn)行錄像，錄制一段時(shí)間后，將視頻存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量根據(jù)攝像頭的像素而定，基本需要足夠存儲(chǔ)5次一個(gè)小時(shí)視頻的容量大小，當(dāng)錄制第6次視頻時(shí)會(huì)循環(huán)擦除原來的視頻，所以需要及時(shí)將錄像備份，但短期無需太擔(dān)心會(huì)被擦除。開啟攝像頭［3］的同時(shí)通過4G模塊將預(yù)警信息發(fā)往車主的手機(jī)，提醒車主車子存在安全隱患。當(dāng)車主需要精確把握車身情況時(shí)，可以通過激光測距傳感器進(jìn)行一定范圍的平面建模，在顯示屏上提醒車主車的邊緣與障礙物之間的距離，這樣就可以很好地避免一些擦碰事件，倒車進(jìn)入較小空間也可以有很好的參考距離，方便車主提高對汽車的把握度，用時(shí)也為車主提供一種使用的舒適感。

2　車載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信

2.1振動(dòng)傳感器與ARM的數(shù)據(jù)交互

為了避免振動(dòng)傳感器［4］受到干擾而誤觸發(fā)，利用電壓比較器LM393對振動(dòng)產(chǎn)生的開關(guān)量信號進(jìn)行預(yù)處理，過濾干擾信號［5］，然后通過ARM上集成的A/D轉(zhuǎn)換器對信號采樣來將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，對離散信號進(jìn)行算法處理，當(dāng)數(shù)字量超過某個(gè)閾值時(shí)，ARM開啟攝像頭進(jìn)行錄像。車載系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2所示，振動(dòng)傳感器電路如圖3所示。

圖3　振動(dòng)傳感器電路圖

2.2ARM和4G模塊的數(shù)據(jù)交互

4G模塊與ARM采用串口通信的方式，使用AT指令完成信息的交換和傳輸。ARM與4G的通信方式如下。

2.2.14G模塊初始化

4G模塊的初始化過程如下。首先ARM向模塊發(fā)送AT指令，如果返回“OK”，則說明模塊與ARM連接良好；然后ARM向4G模塊發(fā)送AT+CPIN指令，如果返回“READY”，則表示SIM工作正常，同時(shí)不需要登入密碼。

2.2.2ARM發(fā)送短信至手機(jī)

當(dāng)檢測到振動(dòng)傳感時(shí)發(fā)送預(yù)警信息給車主。ARM對4G模塊進(jìn)行配置和信號檢測的過程如下：

（1）單片機(jī)發(fā)送“AT ”到4G模塊，如果返回“OK”，則表明4G模塊與ARM連接成功；

（2）發(fā)送“AT+CSQ ”到4G模塊，檢查網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度，判斷返回值是否為+CSQ：**，##（其中**在10～31之間，數(shù)值越大表明信號質(zhì)量越好；##為誤碼率，值在0～99之間），否則應(yīng)檢查天線或SIM卡是否正確安裝；

（3）發(fā)送“AT+CMGF=1 ”，設(shè)置短信信息格式為文本。

常用的AT指令如表1所示。

表1　常用的AT指令

2.3ARM和激光測距傳感器的數(shù)據(jù)交互

激光測距傳感器HJ-40A的數(shù)據(jù)輸出口為串口UART（TTL電平，19 200b/s）或者串口RS 232。飛凌OK6410主板共4個(gè)串口，包括1個(gè)5線RS 232電平串口（DB9母座）和3個(gè)3線TTL電平串口（20pin 2.0mm間距插頭座），ARM通過串口RS232讀取到激光測距傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間上的距離顯示，方便車主把握車身。

激光測距傳感器的基本原理是光學(xué)三角法，如圖4所示：①半導(dǎo)體激光器被②鏡片聚焦到⑥被測物體；②反射光被③鏡片收集，投射到④CMOS陣列上；⑤信號處理器通過三角函數(shù)計(jì)算④陣列上的光點(diǎn)位置得到距物體的距離。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)主程序工作流程

從圖1可以知道系統(tǒng)各部分的連接關(guān)系，所有系統(tǒng)外圍模塊都會(huì)接入OK6410的相關(guān)接口，都會(huì)與ARM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此ARM在上電后必須首先進(jìn)行初始化，保證各模塊連接正常。ARM編程是在操作系統(tǒng)上進(jìn)行的，所以先選擇合適的操作系統(tǒng)，OK6410官網(wǎng)上Linux的資料比較齊全，本系統(tǒng)選用的是Linux。

圖4　激光測距傳感器構(gòu)成框圖

首先要編寫振動(dòng)傳感器模塊［6］、攝像頭模塊［7］、激光測距傳感器模塊、4G通信模塊的函數(shù)，接下來，在主程序中通過有選擇地關(guān)閉寄存器不需要的功能模塊，以達(dá)到省電的目的。在空閑模式下，CPU內(nèi)核停止運(yùn)行，只要保證喚醒CPU的I/O控制器正常工作即可。當(dāng)震動(dòng)信號傳來時(shí)，喚醒CPU，發(fā)出信號讓攝像頭開啟一段時(shí)間進(jìn)行錄像并存儲(chǔ)。同時(shí)，利用4G模塊接入4G網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送預(yù)警信息給車主。完整的工作流程如圖5所示。

圖5　系統(tǒng)主程序工作流程圖

3.2攝像頭工作流程

本系統(tǒng)中因?yàn)槭褂肔inux系統(tǒng)，所以在攝像頭［8］方面涉及V4L2轉(zhuǎn)bmp格式的算法。格式轉(zhuǎn)換的代碼如下：

4　結(jié)論

本文結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)具有高速無線傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)以及ARM強(qiáng)大的編程控制功能，采用發(fā)送預(yù)警短信給手機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的車載無線監(jiān)控功能。同時(shí)，激光測距傳感器提取到的距離信息可以使車主對車身有很好的把握，展示了該車載無線中控系統(tǒng)的實(shí)用性、可靠性以及二次改造上的方便性。

［1］王苗田.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)例開發(fā)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

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Vehicle-carried remote control system

Cao Yongsheng，Bai Enjian
（College of Information Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201600，China）

Aiming at the lack of intelligence of low-end vehicle，the wireless remote control system based on ARM vehiclecarried control system is designed by combining the ARM control and 4G wireless transmission.The integrated structure of the system and data communication and signal control between modules are introduced.In order to strengthen the owner mastery of the vehicle，the system possess the expandable function of 2D modeling using laser ranging module.The experiment of remote control indicates that this strategy can be used in the rapid intelligence of low-end intelligent car.

smart life；vehicle-carried system；remote control system；3G；embedded intelligent platform

TN46

A

1674-7720（2015）16-0052-04

曹永勝，白恩健.車載無線中控系統(tǒng)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（16）：52-54，57.

2015-03-20）

曹永勝（1991-），男，本科，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)、密碼學(xué)。

白恩?。?977-），男，碩士生導(dǎo)師，副教授，主要研究方向：保密通信、密碼學(xué)及智能通信系統(tǒng)等。