智能化車輛管理綜合信息平臺設計與實現

付薛潔 牛禎 劉濤 孟文霞

摘 要：介紹車輛管理系統的需求現狀，闡述該系統的基本框架、網絡結構和主要功能，在掌握該領域的先進技術和發展動態的基礎上，利用單片機和嵌入式系統的技術，設計出智能化車輛綜合信息系統的硬件和軟件，基本上實現汽車行駛工況的采集和記錄、全球衛星定位和導航（GPS）及不停車收費系統（非接觸式IC卡）等功能。該系統也將設計CAN總線接口。

【關鍵詞】車輛管理 單片機和嵌入式技術 系統設計

1 引言

隨著社會發展，當前的汽車產品已經由傳統的機械運輸裝置演變成機電液結合的高科技產品，越來越多的電子產品出現在汽車上，汽車行駛記錄儀、汽車智能防盜系統、全球衛星定位系統（GPS）、高速路不停車收費系統等近幾年出現的一些車用電子設備，對于提高交通運輸效率和安全性具有很大幫助。但國內相關產品的開發尚處于起步階段，仍然存在許多問題，如：系統組成復雜、操作不便、專利權集中、價格較貴等，遠遠不能滿足社會的需要。本文介紹的智能化車輛綜合信息系統作為車輛用基礎終端，是ITS智能交通系統的重要組成部分。它是利用先進的計算機、通訊等技術，是智能化車輛管理綜合信息平臺當中的高科技產品。而且可以大膽預測此系統會為我國城市信息化的發展提供力量。

2 相關技術

2.1 汽車行駛工況參數的采集和記錄

行駛工況指的是一段車速變化歷程，它的主要參數，如平均車速、怠速行駛時間等應和所在地區的實際交通狀況一致或盡量接近，要獲得行駛工況，首先必須有大量實測的車速變化數據，然后按一定的標準，用數學方法從這些原始數據中提煉出有代表性的行駛工況[2]。汽車行駛工況參數的采集實驗系統主要由5部分組成：測試用車、DFL-1/2油耗傳感器、MicroStar速度傳感器、Microgas尾氣分析儀和筆記本電腦。

在分析車速的數據時，要用到以下幾個概念：怠速模式，加速模式，減速模式，勻速模式。我們要得到行駛周期，而且要求是完全正確的，必須繪制速度時間的變化曲線，在此曲線上，得到一段區間，該區間以怠速模式為起點，以怠速模式為終點。從而采集得到關于秒秒速度數據，最后我們匯總這些數據。比如，在總體數據中，我們選擇不同的行駛周期，然后組成一個數據段，可以是900～1100s的數據段，最后組成備選工況。特征參數值是通過一個電腦程序叫Matlab，計算得出總體和備選數據段的，備選工況有11個準則數數值，只有當這些數值與總體的數值吻合在誤差范圍內，才能認為該備選工況采集正確，最后記錄在案。

2.2 汽車智能防盜技術

首先研究一下汽車智能防盜技術電源設計，由于汽車目前采用12V， 24V電源系統，汽車智能防盜系統的額定電壓為5V，要實現系統電壓的轉換，我們必須應用二次降壓的辦法。因為系統具有兼容性，還有可擴充性，我們可以采用集成電源管理芯片LM2576/LM2576HV進行第一次降壓，然后進行第二次降壓。

防盜系統的監測模塊由壓電陶瓷器、霍爾器件組成，用于汽車防盜信息的采集以及數據的初步融合處理。芯片TR1300 和TR1315屬于某種編解碼芯片，這種芯片的編碼器每次都會發出不同的發出碼， 要準確解出收到的密碼，必須使用配對的解碼器，其他的解碼器都不行。

2.3 全球衛星定位和導航（GPS）技術

GPS系統包括三大部分：空間部分——GPS衛星星座；地面控制部分——地面監控系統；用戶設備部分——GPS信號接收機，GPS系統通過使用來自多個衛星的信號來確定地面或近地面任何位置的移動接收機的位置。關于我國發射的衛星是如何運行的，可以用GPS技術得到，首先接收全球定位系統的信號，然后通過處理，在整個時間內測試，翻譯導航電文。數據參數通過衛星發送給接收機，一般都是24h不間斷的，可以用計算機得出定位車輛的所有位置和物理信息。

在車輛中安裝GPS接收機，可以定位車輛的位置，車輛位置的精確度非常高，車速可以精確到1千米每小時，運行方向和時間信息比定位車輛位置的精度還要高。車輛的當前位置可以經過處理衛星發送的信息來獲得，信號的輸出需要位置、速度和時間這三項內容，而通信控制器很容易從接收端獲得，通信控制器還可以整合車輛信息與車輛信息，使我們得到數據報告，并自動經無線通道抵達控制中心。最后我們從所提取的位置信息當中，根據車輛的車牌號和號碼，監控中心的電子地圖顯示。

2.4 不停車收費系統（非接觸式IC卡）

不停車收費系統的進本組成單位有單片機、鍵盤處理電路、顯示器電路、存儲器電路、讀卡器和時鐘電路。這些可以通過RS232接口與中心管理計算機相連接。

該系統利用非接觸式IC卡，記錄車輛進入和外出時的時間，兩者相減即為所求的時間差，從而能夠得出停車費用，費用計算公式：（T-t）×S=P。其中T是外出時間，t是進入時間，S是價格，P是應收費用。

在入口處，對于持卡的車輛，需將卡插入讀寫機，確認有效后，才允許進入，并且記錄進入時的時間。

在出口處，持卡的車輛，將卡插入讀寫器，出口管理處同樣啟動計價程序，同時在顯示屏上給予顯示本次停車的時間，停車的收費標準，以及本次應繳納的費用，系統自動扣減停車費用，并予以放行。

2.5 CAN總線技術

局域網絡CAN（Control Area Network）總線是能夠有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，具有高通信可靠性、結構簡單、通信靈活、實時性高、較強的抗干擾性以及良好的錯誤檢測能力，近年來備受關注。

CAN總線技術被公認為現代B級、C級轎車的標志之一，是高技術含量的代表之一，裝備該項技術的車型如一汽大眾的速騰、邁騰和奧迪A6，大眾的輝騰等。在B、C級車型中，帶CAN總線功能的車型占有很大比例，并呈現逐年遞增的趨勢。深入研究 CAN總線技術，如何獲取CAN總線技術以及在汽車設計過程中的應對措施，是擺在汽車設計公司和汽車生產廠商面前必須解決的實際問題，是無法回避的汽車計算機控制技術問題。

3 智能化車輛綜合信息系統的硬件模塊化設計

系統模塊設計中文件及文件夾構架設計如圖1所示。

為了滿足讀者在閱讀系統文件時，能清晰的認識系統文件，我們還設計了文件的架構圖。圖2即為主文件架構。

4 智能化車輛綜合信息系統的軟件設計

4.1 代碼設計

程序啟動后，系統登錄界面，輸入和驗證操作人員的密碼之后，程序將進入主界面。在程序的主界面上，我們可以執行相應的權限操作，而且我們發現通過主界面的菜單，我們可以調用相應的程序，然后進行其他的操作。主程序界面的運行結果如圖3所示。

4.2 數據庫設計

數據庫的物理設計完成之后，然后進行設計數據庫的工作，在電腦上通過Microsoft SQL server 設計數據庫，最后的步驟是調試，調試成功之后完成數據庫的設計。如圖4所示。

5 結束語

通過本課題的研究，設計出基于汽車CAN總線技術，集汽車行駛工況的采集和記錄、全球衛星定位和導航（GPS）、不停車收費系統（非接觸式IC卡）、汽車智能防盜、駕駛員呼吸酒精檢測等功能為一體的、具有自主知識產權的智能化車輛綜合信息系統。模塊化的設計可以靈活配置和升級，以滿足用戶的不同需求。

參考文獻

[1]包佳佳.汽車智能防盜器的研究[J].現代企業教育，2014（08）.

[2]姚志良.成都市實際道路汽車行駛工況的研究[J].北京工商大學學報（自然科學版），2004（04）.

作者簡介

付薛潔（1983-），女，山東省龍口市人。北京科技大學建筑環境與設備工程學院，車輛工程專業2006級博士?，F為煙臺南山學院機械系副教授。主要研究方向為車輛工程。

作者單位

煙臺南山學院工學院 山東省煙臺市 265713