嵌入式遠程智能汽車監控系統的軟件設計

邵志剛

摘要：近年來，我國汽車工業發展迅速，且為推動我國國民經濟的增長做出了較大的貢獻。作為物聯網技術在汽車產業中應用的關鍵技術，嵌入式遠程智能汽車監控系統不僅能夠為交通管理部門提供在途車輛的運行狀況、駕駛路線等有效行車信息，而且還能夠確保人們的行車安全，對于促進汽車產業的發展和保證交通秩序具有重要意義。因此，本文以嵌入式遠程智能汽車監控系統作為研究對象，通過對系統及其應用前景進行介紹，在結合其工作原理的基礎上，對嵌入式遠程智能汽車監控系統的軟件部分展開了全面的設計和分析。

關鍵詞：嵌入式遠程智能汽車；監控系統；故障診斷專家系統；CAN總線通信

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

前言：電子通訊技術在汽車行業中的應用有效推動了汽車產業的發展，而無縫移動通訊技術的進一步發展也將使汽車成為移動多媒體信息中心，并滿足人們日常生產生活的各類信息要求。而隨著汽車車載電子設備間數據通信的愈加頻繁，智能汽車的研發也得到了較大的進展，面臨智能汽車的迅速發展趨勢，如何將嵌入式遠程監控系統應用到汽車監控工作中以保障部件性能和行車安全，已成為智能汽車發展歷進程中亟需解決的問題。

1 嵌入式遠程智能能汽車監控系統簡介與應用前景

1.1系統簡介

汽車聯網系統是指，通過將車載終端設備安置在車輛儀表臺，從而實現對汽車全部工作狀態以及動靜態信息進行采集、存儲和發送的汽車監控系統。系統主要包括了三個部分，分別為車載終端、云計算處理平臺以及數據分析平臺，以各類行業對汽車的不同功能需求為依據，從而實現對汽車的有效監控和管理[1]。汽車在行使狀態中通常涉及到多向傳感器模擬量以及開關量和CAN控制器局域網絡的信號數據，當駕駛員在操作汽車運行時，車輛所產生的各類數據信息不斷發送至后臺數據庫，從而匯集成海量數據，并由系統中的云計算平臺對海量數據進行過濾揀選，傳遞至數據分析平臺中，而數據分析平臺在對接收到的數據進行報表處理后，提供給相關管理人員查看。

1.2前景分析

汽車聯網是近年來的一個新興概念，其本質是通訊網絡、傳感網絡以及服務網絡共同構成的集成體系，是一項較為龐大的系統工程。作為一項新興的戰略產業，一方面，系統能夠為汽車產業帶來良好的效益，并帶動發動機制造業等各項相關產業的發展，另一方面，系統還可以為司機和監管部門提供更加完備的車輛信息，確保車輛的安全運行。據專家估計，物聯網在未來的產業規模將達到互聯網產業的20倍左右，其中，汽車聯網的未來產值便會占據整個物聯網產值的20%-30%，以此為依據對未來汽車聯網的產值進行估計可知，未來汽車聯網產值將是互聯網行業產值的7倍。根據《國家物聯網產業發展研究報告（2012）》，我國物聯網產業的總體規模已達到0.8萬億，且到2020年將會超過4萬億[2]。由此可見，汽車聯網不僅能夠促進汽車行業的發展，而且還能夠帶動整個物聯網產業的快速發展，具有較大的市場潛力。

2 系統工作原理

嵌入式遠程智能汽車監控系統是指在移動互聯網技術的支持下，將互聯網同汽車進行有機結合，通過對汽車中的各類實時信息和相關數據進行采集，如車內人員信息、車輛位置和狀態信息等，并借助移動互聯網將各類信息實時上傳至互聯網平臺中進行存儲和處理，從而支持電腦或手機等終端設備將符合用戶實際需求的信息傳遞給車內人員的車輛信息監控系統，其實質是基于互聯網的車載智能化產品，其通過對汽車的各類相關信息進行采集，在借助移動互聯網的基礎上，將相關信息傳遞給用戶，從而為用戶和其他管理部門對各類車輛數據進行分析可處理[3]。同時，用戶借助移動互聯網把對數據處理的結果反饋給系統，系統在接收相關數據結果后，便會進行適當處理，從而達到對車輛進行智能控制的目的。此外，對于用戶或管理部門而言，其還可以利用移動互聯網平臺對車輛的狀態信息、控制信息進行交流，進而幫助其隨時掌握汽車的狀況，系統的具體功能如下：（1）手機撥打終端可實現其語音提示操作。用戶利用手機等設備撥通移動終端的號碼后，終端便會通過語音的方法向用戶發出提示，并向其提供各類功能的具體使用方法。（2）移動互聯網的實施操作，通過移動或國際互聯網，用戶可實現對系統功能的狀態（設置、開啟）進行調整的目的；（3）實時監聽，用戶可通過手機撥通終端號碼，進而對當前車內的聲音進行監聽；（4）移動設備如手機和手提電腦等對汽車前方與車內視頻錄像的開關狀態進行控制，并借助手機對當前汽車的所在位置進行實時查詢，并將其以地圖的形式進行顯示，從而幫助其導航。除上述功能外，嵌入式遠程智能汽車監控系統還具有行車記錄記載以及一鍵求援和里程統計等功能。在了解系統相關功能的基礎上，下文則著重對系統控制器的軟件結構展開了全面的設計和分析。

3 系統的軟件結構

3.1系統軟件選取

嵌入式遠程智能汽車監控系統的軟件設計選擇微軟公司的WindowsCE作為操作系統，選取Embedddcd VC++4.0作為系統開發工具，具體架構如下。

系統整體軟件架構是以分層處理結構為基礎的，主要包括了實時內核、接口層、驅動層以及協議層和應用層。其中，實時內核的作用為對系統任務進行調度，并負責延時處理以及任務通信與系統的內存管理等工作，而無論是任務調度，還是任務通信等工作，對于系統的運行情況均具有直接的影響，故實時內核部分也是系統調度的核心。應用層主要負責系統實際運行過程中的所需任務，例如，LCD顯示任務、CAN總線控制任務、GPS定位信息任務、USB接口任務以及串口任務和音視頻等諸多方面任務；協議層則主要負責對嵌入式智能汽車遠程監控系統的通信協議進行管理，其所管理的協議種類主要包括了USB協議、GSM、GPS協議以及藍牙協議和串口協議與CAN協議等[4]。此外，協議層還負責對信息通信過程中的協議進行解析；系統驅動層主要負責相關接口的驅動工作，從而保證其下層接口的有效性，驅動的接口類型主要包括了USB、GSM、GPS、CAN驅動以及藍牙驅動、串口驅動和攝像頭驅動、LCD顯示驅動等等。接口層主要包括了系統全部的外圍接口工作，如GPS、GSM天線以及前、后攝像頭和CAN接口工作等[5]。

3.2各模塊功能說明

對嵌入式遠程智能汽車監控系統的軟件部分進行分析可知，其主要包括了中央調度模塊、CAN模塊、實時監測模塊以及故障診斷模塊和監測數據庫模塊與報警處理模塊，各模塊的功能如下：（1）中央調度模塊，主要負責各個模塊的調度工作并實現不同模塊間的數據、信號通信；（2）CAN通信模塊，此模塊主要負責完成底層通信協議和數據傳送協議；（3）實時監測模塊，此模塊通過把汽車處于正常工作狀態下的標準參數與其運行狀態的采集數據進行比較，以各項數據的差別程度對車輛狀態等實時信息進行監測和報警，其實質工作是初步對運行狀態進行診斷，因此，此模塊也具有較強的對相關故障實時處理的特性；（4）故障診斷模塊，在上述實時監測模塊得以良好運行的基礎上，故障診斷模塊以專家系統方法為依據，對當前車輛的運行狀態進行較深層次的診斷，同時，對可能發生的故障進行預警，并診斷車輛的既有故障；（5）監測數據庫，監測數據庫的功能主要為存放由CAN總線通信控制系統采集傳送來的信號，主要包括了汽車的位置和行車狀態等數據，從而供上述實時監測與故障處理模塊調用；（6）報警處理模塊，報警處理模塊通過LCD顯示屏文字報警、聲光報警等方式向有關監管部門和車內人員進行故障預警，并將相關預警信息及時傳遞至駕駛員和監管人員方面，使其對各類故障進行及時處理[6]。

3.3系統軟件架構

對系統的軟件流程圖進行分析可知，程序在啟動時，會首先關閉系統的總中斷，而后才進入系統的初始化工作，初始化工作的任務量較多，主要包括了系統中央處理器的初始化、GSM（全球移動通信系統）與USB初始化和時鐘初始化。當系統初始化工作結束后，便開始進入自檢工作，進而檢查系統自身是否完好無損，各部分模塊功能是否能夠順利實現，如對外圍傳感器、執行器等相關器件的檢查，并將其記錄下來，進行存儲[7]。自檢工作結束后，對系統上次關機前狀態進行檢查，并判斷相關狀態信息是否被上傳至管理服務器，若未上傳，則需要將狀態信息存到系統的發送緩存器方面，進而準備發送，否則，則需要對操作系統進行初始化處理，通過創建任務并打開移動終端，實現對任務的實時調度工作，進而將系統的實際控制權轉移至操作系統方面。

3.3故障診斷專家系統

故障診斷專家系統是嵌入式遠程智能汽車監控系統的重要組成部分，其主要是采用一種規則推理的方法進行設計的。對汽車行使狀態進行分析可知，由于其關鍵狀態較多，且不同狀態均會對汽車的行使安全產生不同程度的影響，加之部分狀態之間還存在著耦合關系，因此，作為一個具有多傳感器的信息系統，嵌入式遠程智能汽車監控系統需要將各個傳感器中的數據進行高度的融合和處理，進而獲得各數據的關聯矩陣，進而為故障專家診斷系統提供信息數據源。考慮到汽車在其行駛過程中的故障診斷較為模糊，即各類潛在故障所具備的不確定性，故整個故障專家診斷系統均采用產生式規則將專家知識表達出來，此類規則的一般表達式如下：R# if A the B then CF（B，A），表達式中R#表示規則編號“if***”為故障的表現，then為所產生的表現得原因，CF表示當前車輛診斷過程中產生式規則的置信度數值，可具體理解為權值，即因素A對因素B的支持程度[8]。由此可知，置信度CF的取值范圍為[0，1]。仍需說明的是，在故障診斷的專家知識庫當中，其內部所有規則共同構成一個推理網絡，且此推理網絡為層層遞進的。

3.4 CAN總線通信控制系統

對嵌入式智能汽車監控系統進行分析可知，系統運行過程中，各類信號的采集單元和嵌入式處理單元全部作為一智能節點而掛載到系統CAN總線上。其中，嵌入式處理單元的作用尤為明顯，其主要角色和功能為，作為系統中央處理模塊，讀取各個信號采集智能單元所發送的數據。由此，制定出系統軟件中CAN總線通信模塊的流程圖，在對流程圖進行分析后可知，中央處理系統模塊同車輛的CAN總線通信網絡連接，從而對總線上的所有數據幀進行接收。值得注意的是CAN網絡中，數據是以報文為單位進行傳輸的，而各單元節點對CAN訪問的方式則多以取位仲裁為主。每個CAN總線數據幀主要由八字節的數據與標識符共同構成，以標識符為依據，可進一步判斷出發送相關數據幀的采集智能單元，而后，根據事先設計好的同此信號采集智能單元的通信協議，便可對CAN總線數據幀中的八個字節數據做出進一步解析，并最終獲取實際參數值。

結論：本文通過對嵌入式遠程智能汽車監控系統的結構和前景進行分析，在結合系統工作原理的基礎上，對其實時監聽和語音提示等功能做出了系統說明；在系統的軟件結構方面，通過選取Embedddcd VC++4.0作為系統開發工具，對遠程智能汽車監控系統的實時內核、接口層、驅動層以及協議層和應用層等作用進行了詳細闡述，并對中央調度模塊、實時監測和故障診斷等模塊功能予以探析，結合所給出的軟件架構，著重對故障診斷專家系統而后CAN總線通信系統的設計方法展開研究。研究結果表明，檢測系統的體系結構包括了多個汽車狀態監測的功能，且各功能具有較強的拓展性。未來，可進一步加大嵌入式遠程智能汽車監控系統的研究力度，在滿足人們各類行車需求的基礎上，促進汽車產業健康、持續的發展。

參考文獻：

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[8]劉振永，高恒志.嵌入式系統在遠程監控中的應用[J].安防科技，2012，06（04）：35-37.