車載無線中控系統

曹永勝，白恩健（東華大學　信息科學與技術學院，上海　201600）

車載無線中控系統

曹永勝，白恩健
（東華大學信息科學與技術學院，上海201600）

針對中低端車輛車載系統缺乏智能的問題，將嵌入式ARM控制系統與4G無線傳輸系統相結合，設計了基于ARM車載控制系統的無線遠程監控系統。介紹了系統的整體架構以及模塊間的數據通信和信號控制。為加強車主對車身的把握，系統有激光測距進行平面建模的擴展功能。實驗表明，該方案可以用于中低端汽車實現快速、廉價的智能化。

智能生活；車載系統；遠程監控系統；3G；嵌入式

0　引言

隨著經濟的發展，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生。

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

4G通信技術最明顯的優勢在于通話質量及數據通信速度。4G網絡具有100Mb/s的數據下載能力和20Mb/s的上傳能力，且價格比以往通信服務費用便宜。在生活中，4G已經應用十分廣泛，車載系統通過4G模塊可以將預警信息發送給指定的聯系人。

結合4G網絡具有的高速無線數據傳輸的優點以及ARM強大的控制功能，就可以通過手機短信的形式進行車輛的無線遠程監控。

另外，越來越多的車輛進入生活，這也意味著越來越多的駕駛新手出現，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。結合激光測距傳感器，實現對車身的平面建模，提高駕駛員對車身的把握程度，減少擦碰事故。

1　系統的整體結構

系統整體結構圖如圖1所示。系統主要由兩部分組成：一部分是4G模塊及其外圍電路（負責短信的發送）、嵌入式設備［1］（負責ARM和4G模塊的通信）、振動傳感器、顯示屏（操作界面顯示）、手機（負責短信的收取）；另一部分是激光測距傳感器、嵌入式設備（負責激光測距傳感器的相關處理和平面建模）。

系統中4G模塊選用華為ME906E模塊。該模塊支持移動3G、4G和聯通3G、4G，使得車載系統具有收發手機短信功能。ARM嵌入式系統［2］選擇Samsung S3C6410處理器，ARM1176JZF-S內核，通過USB2.0與4G模塊相連接。

圖1　系統整體框圖

當震動傳感器達到閾值時，開啟攝像頭進行錄像，錄制一段時間后，將視頻存儲到存儲器中，存儲器的存儲容量根據攝像頭的像素而定，基本需要足夠存儲5次一個小時視頻的容量大小，當錄制第6次視頻時會循環擦除原來的視頻，所以需要及時將錄像備份，但短期無需太擔心會被擦除。開啟攝像頭［3］的同時通過4G模塊將預警信息發往車主的手機，提醒車主車子存在安全隱患。當車主需要精確把握車身情況時，可以通過激光測距傳感器進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，用時也為車主提供一種使用的舒適感。

2　車載系統的數據通信

2.1振動傳感器與ARM的數據交互

為了避免振動傳感器［4］受到干擾而誤觸發，利用電壓比較器LM393對振動產生的開關量信號進行預處理，過濾干擾信號［5］，然后通過ARM上集成的A/D轉換器對信號采樣來將模擬量轉換為數字量，對離散信號進行算法處理，當數字量超過某個閾值時，ARM開啟攝像頭進行錄像。車載系統構成框圖如圖2所示，振動傳感器電路如圖3所示。

圖3　振動傳感器電路圖

2.2ARM和4G模塊的數據交互

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模塊發送AT+CPIN指令，如果返回“READY”，則表示SIM工作正常，同時不需要登入密碼。

2.2.2ARM發送短信至手機

當檢測到振動傳感時發送預警信息給車主。ARM對4G模塊進行配置和信號檢測的過程如下：

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

（2）發送“AT+CSQ ”到4G模塊，檢查網絡信號強度，判斷返回值是否為+CSQ：**，##（其中**在10～31之間，數值越大表明信號質量越好；##為誤碼率，值在0～99之間），否則應檢查天線或SIM卡是否正確安裝；

（3）發送“AT+CMGF=1 ”，設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據交互

激光測距傳感器HJ-40A的數據輸出口為串口UART（TTL電平，19 200b/s）或者串口RS 232。飛凌OK6410主板共4個串口，包括1個5線RS 232電平串口（DB9母座）和3個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據，進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三角法，如圖4所示：①半導體激光器被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計算④陣列上的光點位置得到距物體的距離。

3　系統軟件設計

3.1系統主程序工作流程

從圖1可以知道系統各部分的連接關系，所有系統外圍模塊都會接入OK6410的相關接口，都會與ARM進行數據交換。因此ARM在上電后必須首先進行初始化，保證各模塊連接正常。ARM編程是在操作系統上進行的，所以先選擇合適的操作系統，OK6410官網上Linux的資料比較齊全，本系統選用的是Linux。

圖4　激光測距傳感器構成框圖

首先要編寫振動傳感器模塊［6］、攝像頭模塊［7］、激光測距傳感器模塊、4G通信模塊的函數，接下來，在主程序中通過有選擇地關閉寄存器不需要的功能模塊，以達到省電的目的。在空閑模式下，CPU內核停止運行，只要保證喚醒CPU的I/O控制器正常工作即可。當震動信號傳來時，喚醒CPU，發出信號讓攝像頭開啟一段時間進行錄像并存儲。同時，利用4G模塊接入4G網絡，發送預警信息給車主。完整的工作流程如圖5所示。

圖5　系統主程序工作流程圖

3.2攝像頭工作流程

本系統中因為使用Linux系統，所以在攝像頭［8］方面涉及V4L2轉bmp格式的算法。格式轉換的代碼如下：

4　結論

本文結合4G網絡具有高速無線傳輸數據的優點以及ARM強大的編程控制功能，采用發送預警短信給手機的方式，實現高性價比的車載無線監控功能。同時，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的實用性、可靠性以及二次改造上的方便性。

［1］王苗田.嵌入式系統設計和實例開發［M］.北京：清華大學出版社，2002.

［2］周立功，陳明計，陳渝.ARM嵌入式Linux研究及其在ARM上的移植［J］.電腦知識與技術，2005，30（4）：3-4.

［3］宋麗華，高珂.嵌入式Linux下USB攝像頭驅動實現［J］.計算機工程，2010，36（9）：282-284.

［4］楊學山.工程振動測量儀器和測試技術［M］.北京：中國計量出版社，2001.

［5］陳通，曹小強.A new DTMF detection scheme based on NDFT Goertzel filter［J］.西南大學學報（自然科學報），2008，30（1）：152-155.

［6］周進節，欒忠權，徐小力.基于ARM的振動監測儀數采部分硬件設計［J］.北京機械工業學院學報，2006，21（3）：12-16.

［7］王永清，何波，王乾，等.Linux下基于ARM920T的USB攝像頭圖像采集［J］.微計算機信息，2007，23（1-2）：176-177.

［8］吳麗麗.嵌入式平臺下USB攝像頭驅動的開發與加載［J］.科技信息（學術研究），2008（26）：7-8.

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［J］.微型機與應用，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、密碼學。

白恩健（1977-），男，碩士生導師，副教授，主要研究方向：保密通信、密碼學及智能通信系統等。