于邱蕾，趙乙，王榕

（山東英才學(xué)院工學(xué)院，山東濟(jì)南，250104）

0 引言

隨著我國(guó)汽車(chē)數(shù)量的不斷擴(kuò)大,汽車(chē)安全這個(gè)問(wèn)題愈加嚴(yán)重。關(guān)于汽車(chē)主動(dòng)性安全監(jiān)測(cè)的研究越來(lái)越引起了重視。隨著近年來(lái)我國(guó)自動(dòng)駕駛?cè)斯ぶ悄芎妥詣?dòng)化等工業(yè)技術(shù)的廣泛普及和其飛速發(fā)展,為有效解決自動(dòng)駕駛機(jī)器人車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)和主動(dòng)安全監(jiān)測(cè)等密切相關(guān)的問(wèn)題奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),促進(jìn)了我國(guó)自動(dòng)化車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和主動(dòng)安全監(jiān)測(cè)等信息技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展[1]。車(chē)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(guó)現(xiàn)代汽車(chē)制造行業(yè)的應(yīng)用。是指以獨(dú)立的電子化車(chē)輛系統(tǒng)信息為基礎(chǔ)初始化的信息源,以電子化的車(chē)聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)和支撐,根據(jù)事前所需要選擇的無(wú)線通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交換規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)輸和道路、互聯(lián)網(wǎng)之間的無(wú)線通信和資料交換,實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸和車(chē)輛的管理,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化信息和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化、集成化、實(shí)現(xiàn)智能化。這樣,車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將使交通控制和車(chē)輛駕駛朝著這個(gè)方向發(fā)展[2]。因此,車(chē)輛互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)及其分析都具有十分重要的前瞻性和現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)現(xiàn)各種車(chē)輛、道路、互聯(lián)網(wǎng)之間的無(wú)線通信和資料交換,實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸和車(chē)輛的管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)信息和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化。這樣,車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將使交通控制和車(chē)輛駕駛朝著這個(gè)方向發(fā)展[2]。因此,車(chē)輛互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)及其分析都具有十分重要的前瞻性和現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

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

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

車(chē)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(chē)輛自動(dòng)定位。主要的檢測(cè)系統(tǒng)包含了監(jiān)視器操作和通訊系統(tǒng)。車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)汽車(chē)的GPS 和北斗定位接收系統(tǒng),直觀的獲取車(chē)輛的位置信息,并通過(guò)無(wú)線通訊和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等手段將汽車(chē)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(shí)現(xiàn)了特定的一段時(shí)刻所有車(chē)載系統(tǒng)的信息集成,顯示出了車(chē)載主檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)地圖調(diào)用接口,并在車(chē)聯(lián)網(wǎng)接口上也對(duì)其進(jìn)行了一些信息的顯示。并在車(chē)聯(lián)網(wǎng)的界面上也進(jìn)行了一些信息的顯示。該系統(tǒng)能夠共享所有車(chē)載互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的汽車(chē)報(bào)警信息與位置數(shù)據(jù)。利用LABVIEW 編寫(xiě)的檢測(cè)顯示軟件,有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)輛行駛的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享與監(jiān)控[3]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施

■2.1 車(chē)載終端的設(shè)計(jì)

車(chē)載終端隸屬于一個(gè)分布式的車(chē)載智能化安防終端,其主要作用之一就是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸、物流公司的主動(dòng)性安全監(jiān)視。這類(lèi)檢測(cè)儀器主要包括分布在汽車(chē)上的各類(lèi)傳感器、油箱主控制器、貨箱檢測(cè)器、方向盤(pán)檢測(cè)器和遙控器等部件。這種檢測(cè)儀器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)線或者有線兩種不同的方式。這款檢測(cè)儀器主要功能之一是為您提供了主動(dòng)防盜報(bào)警、異常駕駛員報(bào)警、單向主動(dòng)限速、發(fā)生重大交通事故時(shí)的自動(dòng)報(bào)警搶險(xiǎn)救援及對(duì)于車(chē)輛的行駛安全監(jiān)控與管理。該高空檢測(cè)儀器的主要工作原理有以下幾點(diǎn):根據(jù)GPS 模塊、GPRS 模塊、傳感器小組和無(wú)線電模塊、嵌入式微處理器等,對(duì)檢測(cè)得到的高空傳感器信息和車(chē)輛高空作業(yè)安全狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行了一種動(dòng)態(tài)分析和計(jì)算,并通過(guò)檢測(cè)儀器本身的算法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)安全狀況的檢測(cè)自判,從而使用戶(hù)可以輕松地實(shí)現(xiàn)高空檢測(cè)車(chē)輛的操控。操作高空保護(hù)與安全操作。儀器中的GPRS 模塊可以直接實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)通訊,最后可以利用GSM 網(wǎng)絡(luò)以一個(gè)簡(jiǎn)單的短信形式與指定的手機(jī)一起進(jìn)行操作,從而可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全的報(bào)警和監(jiān)視[4]。

■2.2 感知層的設(shè)計(jì)

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(duì)各種工程機(jī)械車(chē)輛進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。。這些數(shù)據(jù)主要指的是工程機(jī)械車(chē)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(kù)中采集到的故障報(bào)警信息和現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)情況信息。主要是指數(shù)據(jù)庫(kù)所采集到的故障報(bào)警信息和現(xiàn)場(chǎng)情況信息。在傳感器層中要求安裝一個(gè)指定的數(shù)據(jù)庫(kù)和測(cè)量?jī)x器,顯示各類(lèi)參數(shù)信息。其中主要指出了對(duì)于車(chē)輛在運(yùn)行中進(jìn)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(jìn)行前端系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)時(shí),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(jì)的過(guò)程當(dāng)中所采用的一個(gè)獨(dú)立構(gòu)造的模型。主處理器可以采用數(shù)據(jù)提取和無(wú)線遠(yuǎn)程采集,保證了數(shù)據(jù)提取、存儲(chǔ)、以及人機(jī)交互等功能。其次,對(duì)于不同的廠家和企業(yè)所設(shè)計(jì)的工程車(chē)輛,在各個(gè)功能模塊都是獨(dú)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(jí)與維護(hù)[5]。在傳感層的設(shè)計(jì)中,由DSP 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的主處理器。DSP 芯片擁有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)操作量和良好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能。adso-bf548 芯片的外圍接口方便了系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展。該類(lèi)芯片的性能相對(duì)較高,在以后的系統(tǒng)升級(jí)中能夠很好地體現(xiàn)出新的代碼能力。該系統(tǒng)采用ARM 實(shí)現(xiàn)了對(duì)處理器同聲傳譯。該芯片可以實(shí)現(xiàn)高效率的編程和實(shí)時(shí)測(cè)試功能,并且可以在各種工業(yè)系統(tǒng)的控制過(guò)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(chǔ)、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(kuò)展的大量數(shù)據(jù)庫(kù)和存儲(chǔ)空間,并且可以通過(guò) EBIU 實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的管理。該芯片也是采用了信號(hào)線單獨(dú)獨(dú)占的方式,以實(shí)現(xiàn)對(duì)DDR 的存儲(chǔ)和管理[6]。

■2.3 數(shù)據(jù)收集設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要是一個(gè)采用OBDII 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的方法進(jìn)行汽車(chē)參數(shù)信息采集的流程,主要軟硬件核心為T(mén)L718 芯片。本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和處理操作過(guò)程比較簡(jiǎn)易,首先,TL718 芯片已經(jīng)完成了簡(jiǎn)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(hào)來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求命令,并且可以能夠從中獲得相應(yīng)的響答數(shù)據(jù)。對(duì)于不同種類(lèi)的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀,計(jì)算和處理的方式也不一樣。在傳輸和獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程中同時(shí),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(duì)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(jì)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(kāi)發(fā)的復(fù)雜性和難度。以降低開(kāi)發(fā)難度。圖2 所示為數(shù)據(jù)采集的過(guò)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(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)量、各種數(shù)據(jù)字節(jié)量的計(jì)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(kāi)發(fā)的難度。以降低開(kāi)發(fā)難度。圖2 所示為數(shù)據(jù)采集的過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn),SMS 通信可以由串口來(lái)實(shí)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(qǐng)求,或者是由socket 實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收請(qǐng)求。socket 技術(shù)已經(jīng)能夠很好的解決整個(gè)網(wǎng)絡(luò)程序的并發(fā)通訊問(wèn)題。socket 主要是使用遠(yuǎn)程端口和當(dāng)?shù)亟K端之間建立聯(lián)系和連接并彼此進(jìn)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(shí)現(xiàn)了端口監(jiān)聽(tīng)的開(kāi)放。如果它能夠偵聽(tīng)外部鏈路請(qǐng)求,則它就可以創(chuàng)造出一個(gè)與請(qǐng)求客戶(hù)端的鏈路。從服務(wù)器獲得一個(gè)客戶(hù)端連接后,就能夠直接實(shí)現(xiàn)對(duì)其他用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳送[7]。

圖3 Socket 原理的結(jié)構(gòu)

在一個(gè)新的服務(wù)端已經(jīng)剛剛開(kāi)始需要進(jìn)行一個(gè)端口直接偵聽(tīng)的這種情況下,首先應(yīng)該是通過(guò)一個(gè)新的客戶(hù)機(jī)終端來(lái)直接實(shí)現(xiàn)一個(gè)tcpclient 這種類(lèi)型的端口創(chuàng)建,然后就是它能夠在一個(gè)tcplistener 的一個(gè)實(shí)例中直接用來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)acceptcpclient()這種偵聽(tīng)方法,即使它可以直接得到與一個(gè)客戶(hù)端的端口連接,其所有的需要直接返回的端口對(duì)象必須是一個(gè)屬于它的client 值。主要使用表達(dá)式表示為:

■2.5 車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)

根據(jù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)各個(gè)組成部件的功能,將其細(xì)化到三個(gè)維度的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)系統(tǒng)。信息感知層主要是車(chē)載系統(tǒng)用于實(shí)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(shí)現(xiàn)了車(chē)載系統(tǒng)各個(gè)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(chē)載互聯(lián)網(wǎng)上的微機(jī)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了終端對(duì)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(jì)模式:GPRS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是指 GPRS 在 GSM 基站內(nèi)部之間進(jìn)行相互連接。本工程項(xiàng)目所需要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在使用時(shí)應(yīng)該是采用移動(dòng)通信調(diào)試解調(diào)器,通過(guò)電話(huà)撥號(hào)的無(wú)線方式直接地實(shí)現(xiàn)與本地 GPRS 業(yè)務(wù)各節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)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(shí)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(jì)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(gè)嵌入式微處理器通過(guò)atat執(zhí)行一個(gè)命令,采用一種 GPRS 協(xié)議進(jìn)行撥號(hào)的通信方式,這種網(wǎng)絡(luò)可以被用來(lái)直接建立一個(gè) GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)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(jìn)行通信,即采用 GPRS 的物理信道。第二層被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)鏈路層,采用一個(gè)ppp 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該操作系統(tǒng)用戶(hù)可以直接進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)登錄例如internet,通過(guò)一個(gè)GPRS 無(wú)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(wú)差錯(cuò)的底層數(shù)據(jù)鏈接線路。第三個(gè)更高層次的也就是網(wǎng)絡(luò)層。通過(guò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)終端都已經(jīng)可以相互連接進(jìn)行無(wú)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(duì)每個(gè)IP 進(jìn)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(lái)改善和增強(qiáng)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(hào)的通信方式可用來(lái)直接建立一個(gè)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(chēng)為網(wǎng)絡(luò)鏈路層,采用一個(gè)ppp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該操作系統(tǒng)用戶(hù)可以直接進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)登錄例如internet,通過(guò)一個(gè)GPRS無(wú)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(wú)差錯(cuò)的底層數(shù)據(jù)鏈接線路。第三個(gè)更高層次的也就是網(wǎng)絡(luò)層。通過(guò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)終端都已經(jīng)可以相互連接進(jìn)行無(wú)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(duì)每個(gè)IP進(jìn)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(lái)改善和增強(qiáng)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(cè)試

在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)之后,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試,并且在調(diào)試的過(guò)程中針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能做出了一些修改和更新。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的過(guò)程中,主要由 sim 卡、汽車(chē)載重器終端、PC、汽車(chē)電源等組成。PC、車(chē)輛電源等。在測(cè)試的過(guò)程中,系統(tǒng)被安裝在三輛車(chē)上,并且打開(kāi)了監(jiān)控客戶(hù)端軟件,實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控。。通過(guò)測(cè)試,可以在監(jiān)視器界面上顯示實(shí)時(shí)位置和所有車(chē)輛參數(shù)。在三輛汽車(chē)操作這個(gè)過(guò)程中,圖標(biāo)將跟著一輛車(chē)輛同步移動(dòng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)一段時(shí)間的測(cè)試,系統(tǒng)保持穩(wěn)定地工作,以適應(yīng)實(shí)際的需要。

3 結(jié)語(yǔ)

本款汽車(chē)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì),可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)和管理,對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)地帶區(qū)域內(nèi)所有貨運(yùn)動(dòng)力車(chē)輛的情況進(jìn)行了自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)和管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的遠(yuǎn)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(guò)這個(gè)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(cái)產(chǎn)損失所發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn),提高了行政管理的效率。以上這些具有創(chuàng)新性設(shè)計(jì)是適用于多種類(lèi)型的汽車(chē)。