基于4G 的車聯網信息采集終端的設計與實現

張宇，趙利，蔡成林，唐俏笑

（桂林電子科技大學信息與通信學院，桂林541004）

0 引言

車載終端作為車聯網技術的起點，承擔著車輛與交通信息的全面感知和采集，是部署整個車聯網系統的先行者[1]。為解決現有終端信息整合能力的不足，本文提出了一款基于4G 無線通信的嵌入式車聯網信息采集終端。該系統以S5PV210 處理器為核心，配合4G通信模塊、北斗定位模塊、無線網卡模塊、網絡攝像頭模塊和支持Wi-Fi 連接的傳感器設備，實現車載終端對車輛運行環境中多種信息的采集和上傳。

1 車聯網系統結構

車聯網系統主要分為車載終端應用域和控制中心域兩部分。車載終端應用域主要由車載終端和各種傳感器外設組成，負責車輛環境下的位置信息、視頻信息和駕駛員身份等信息的采集和上傳?？刂浦行挠驅④囕d終端應用域采集并上傳的數據進行處理，作為車輛遠程管理的數據依據，系統的構架如圖1 所示。

2 硬件設計

車載終端硬件電路采用模塊化設計，即把功能模塊集成在單獨的電路板，然后再統一安裝在車載終端底板電路板上，增強終端的硬件擴展能力和可維護性。車載終端硬件采用Tiny210 核心板作為主控制器電路，然后在底板上引出UART、GPIO、USB、LCD、I2C等常用的接口用于連接各功能模塊。功能模塊包括SIM7600CE 無線通信模塊、UM220 北斗定位模塊、RTL8192CU 無線網卡模塊、LCD 顯示模塊和DM9000以太網控制器電路等，終端的硬件總體框圖如圖2所示。

圖1 車載終端系統結構圖

2.1 主控核心板

嵌入式處理器使用的是友善之臂公司的Tiny210核心板，核心板搭載S5PV210 處理器，同時標配一顆512MB 的NAND Flash 芯片，四顆32 位的DDR2 規格的DRAM。處理器核心通過高性能總線（AHB Bus）和先進的可擴展接口總線（AXI）和儲存器、多媒體和外部接口控制器等進行通信[2]。

圖2 硬件電路設計圖

2.2 4G無線通信模塊

4G 無線通信采用SIM7600CE 通信模塊，SIM7600CE 是一款SMT 封裝的模塊，支持LTE CAT4，LTE CAT4 上行最大速率50Mbps，下行最大速率150Mbps，SIM7600CE 支持標準的RS-232 串行通信，支持語音數據和短消息的通信，支持TCP/IP、PPP 通信協議[3]。SIM7600CE 和ARM 處理器的USB2 口直接相連，工作電壓4.2V，借助4G 無線通信模塊強大的數據傳輸能力實時的和車聯網控制中心進行通信。

2.3 北斗定位模塊

北斗定位模塊采用和芯星通公司的UM220 模塊，該模塊同時支持BD2 和GPS 獨立定位和多系統聯合定位，選用串口通信的方式和ARM 處理器進行通信。UM220 模塊工作電壓范圍是2.0V 至3.6V，這里配置為3.3V，第22 引腳為備用電源引腳，當主電源意外斷電后，這個引腳可為芯片內部關鍵部件繼續供電，以維持模塊正常運行[4]。

2.4 無線網卡模塊

Wi-Fi 通信模塊采用基于瑞昱RTL8192CU 芯片的模組來實現。RTL8192CU 是一款低功耗，高線性輸出功率的Wi-Fi 芯片，遵循802.11n 標準，采用雙天線技術，無線傳輸速率達到300M，支持雙發雙收（2T2R）。同時向下兼容IEEE802.11b/g 標準。模塊采用3.3V 的工作電壓，通過USB 接口和處理器核心板進行通信[5]。

3 軟件設計

如圖3 所示，軟件數據處理采用多線程的方法，每個模塊的信息處理都在單獨的線程內完成，數據保存在相應的子線程緩沖區中，主線程按照JT/T808 協議封裝子線程緩沖區數據，最后再調用4G 通信子線程發送數據。多線程技術在提高了數據處理速度的前提下，降低了系統的開銷，使得繁雜的數據處理變得高效簡

潔[6-7]。

圖3 軟件結構圖

4 系統測試

為檢測車載終端數據傳輸的可靠性，對模塊采集的1000 個數據分別進行處理，然后按照JT/T808 協議進行組幀，最后經過4G 網絡上傳到車聯網控制中心，計算控制中心接收到的有效數據和模塊發送的數據包數量之比[8]，即數據包傳輸率，如表1 所示。

表1 數據傳輸測試結果

實驗結果表明：數據傳輸過程中會存在丟包現象，但是總的來看數據包的傳輸率能達到90%以上，視頻傳輸在能夠滿足車聯網控制中心對車輛各項數據的實時監控需求。

5 結語

本文提出并開發出一種基于4G 的車聯網綜合信息采集終端，實現對運輸車輛位置信息、視頻信息和外部設備信息的綜合采集和上傳。車載信息終端以Linux 為操作系統平臺，基于S5PV210 為核心處理器，通過USB 控制器、UART 控制器和以太網控制器等去驅動功能模塊進行數據采集，并實現4G 網絡下信息的上傳。隨著無線通信技術和網絡技術的不斷發展和智慧交通的興起，4G 車聯網終端將會廣泛應用于物流運輸、公交系統等行業[9]。