车载无线中控系统

曹永胜，白恩健（东华大学　信息科学与技术学院，上海　201600）

车载无线中控系统

曹永胜，白恩健
（东华大学信息科学与技术学院，上海201600）

针对中低端车辆车载系统缺乏智能的问题，将嵌入式ARM控制系统与4G无线传输系统相结合，设计了基于ARM车载控制系统的无线远程监控系统。介绍了系统的整体架构以及模块间的数据通信和信号控制。为加强车主对车身的把握，系统有激光测距进行平面建模的扩展功能。实验表明，该方案可以用于中低端汽车实现快速、廉价的智能化。

智能生活；车载系统；远程监控系统；3G；嵌入式

0　引言

随着经济的发展，人们对车的购买量越来越大，汽车成为了人们生活中的必需品。然而，许多中低档车由于制造成本有限，智能化水平并不高，这迫切要求车辆的快速智能化的产生。

部分高档车的智能化水平十分高，但价格十分昂贵，且智能化需求只能被动接受，不能主动配置。因此，研发可拆卸、可定制的基于嵌入式车载控制系统的无线控制系统具有积极意义。

4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。4G网络具有100Mb/s的数据下载能力和20Mb/s的上传能力，且价格比以往通信服务费用便宜。在生活中，4G已经应用十分广泛，车载系统通过4G模块可以将预警信息发送给指定的联系人。

结合4G网络具有的高速无线数据传输的优点以及ARM强大的控制功能，就可以通过手机短信的形式进行车辆的无线远程监控。

另外，越来越多的车辆进入生活，这也意味着越来越多的驾驶新手出现，许多擦碰事故的原因在于驾驶员对车身的把握度不是很好。结合激光测距传感器，实现对车身的平面建模，提高驾驶员对车身的把握程度，减少擦碰事故。

1　系统的整体结构

系统整体结构图如图1所示。系统主要由两部分组成：一部分是4G模块及其外围电路（负责短信的发送）、嵌入式设备［1］（负责ARM和4G模块的通信）、振动传感器、显示屏（操作界面显示）、手机（负责短信的收取）；另一部分是激光测距传感器、嵌入式设备（负责激光测距传感器的相关处理和平面建模）。

系统中4G模块选用华为ME906E模块。该模块支持移动3G、4G和联通3G、4G，使得车载系统具有收发手机短信功能。ARM嵌入式系统［2］选择Samsung S3C6410处理器，ARM1176JZF-S内核，通过USB2.0与4G模块相连接。

图1　系统整体框图

当震动传感器达到阈值时，开启摄像头进行录像，录制一段时间后，将视频存储到存储器中，存储器的存储容量根据摄像头的像素而定，基本需要足够存储5次一个小时视频的容量大小，当录制第6次视频时会循环擦除原来的视频，所以需要及时将录像备份，但短期无需太担心会被擦除。开启摄像头［3］的同时通过4G模块将预警信息发往车主的手机，提醒车主车子存在安全隐患。当车主需要精确把握车身情况时，可以通过激光测距传感器进行一定范围的平面建模，在显示屏上提醒车主车的边缘与障碍物之间的距离，这样就可以很好地避免一些擦碰事件，倒车进入较小空间也可以有很好的参考距离，方便车主提高对汽车的把握度，用时也为车主提供一种使用的舒适感。

2　车载系统的数据通信

2.1振动传感器与ARM的数据交互

为了避免振动传感器［4］受到干扰而误触发，利用电压比较器LM393对振动产生的开关量信号进行预处理，过滤干扰信号［5］，然后通过ARM上集成的A/D转换器对信号采样来将模拟量转换为数字量，对离散信号进行算法处理，当数字量超过某个阈值时，ARM开启摄像头进行录像。车载系统构成框图如图2所示，振动传感器电路如图3所示。

图3　振动传感器电路图

2.2ARM和4G模块的数据交互

4G模块与ARM采用串口通信的方式，使用AT指令完成信息的交换和传输。ARM与4G的通信方式如下。

2.2.14G模块初始化

4G模块的初始化过程如下。首先ARM向模块发送AT指令，如果返回“OK”，则说明模块与ARM连接良好；然后ARM向4G模块发送AT+CPIN指令，如果返回“READY”，则表示SIM工作正常，同时不需要登入密码。

2.2.2ARM发送短信至手机

当检测到振动传感时发送预警信息给车主。ARM对4G模块进行配置和信号检测的过程如下：

（1）单片机发送“AT ”到4G模块，如果返回“OK”，则表明4G模块与ARM连接成功；

（2）发送“AT+CSQ ”到4G模块，检查网络信号强度，判断返回值是否为+CSQ：**，##（其中**在10～31之间，数值越大表明信号质量越好；##为误码率，值在0～99之间），否则应检查天线或SIM卡是否正确安装；

（3）发送“AT+CMGF=1 ”，设置短信信息格式为文本。

常用的AT指令如表1所示。

表1　常用的AT指令

2.3ARM和激光测距传感器的数据交互

激光测距传感器HJ-40A的数据输出口为串口UART（TTL电平，19 200b/s）或者串口RS 232。飞凌OK6410主板共4个串口，包括1个5线RS 232电平串口（DB9母座）和3个3线TTL电平串口（20pin 2.0mm间距插头座），ARM通过串口RS232读取到激光测距传感器的数据，进行空间上的距离显示，方便车主把握车身。

激光测距传感器的基本原理是光学三角法，如图4所示：①半导体激光器被②镜片聚焦到⑥被测物体；②反射光被③镜片收集，投射到④CMOS阵列上；⑤信号处理器通过三角函数计算④阵列上的光点位置得到距物体的距离。

3　系统软件设计

3.1系统主程序工作流程

从图1可以知道系统各部分的连接关系，所有系统外围模块都会接入OK6410的相关接口，都会与ARM进行数据交换。因此ARM在上电后必须首先进行初始化，保证各模块连接正常。ARM编程是在操作系统上进行的，所以先选择合适的操作系统，OK6410官网上Linux的资料比较齐全，本系统选用的是Linux。

图4　激光测距传感器构成框图

首先要编写振动传感器模块［6］、摄像头模块［7］、激光测距传感器模块、4G通信模块的函数，接下来，在主程序中通过有选择地关闭寄存器不需要的功能模块，以达到省电的目的。在空闲模式下，CPU内核停止运行，只要保证唤醒CPU的I/O控制器正常工作即可。当震动信号传来时，唤醒CPU，发出信号让摄像头开启一段时间进行录像并存储。同时，利用4G模块接入4G网络，发送预警信息给车主。完整的工作流程如图5所示。

图5　系统主程序工作流程图

3.2摄像头工作流程

本系统中因为使用Linux系统，所以在摄像头［8］方面涉及V4L2转bmp格式的算法。格式转换的代码如下：

4　结论

本文结合4G网络具有高速无线传输数据的优点以及ARM强大的编程控制功能，采用发送预警短信给手机的方式，实现高性价比的车载无线监控功能。同时，激光测距传感器提取到的距离信息可以使车主对车身有很好的把握，展示了该车载无线中控系统的实用性、可靠性以及二次改造上的方便性。

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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

曹永胜，白恩健.车载无线中控系统［J］.微型机与应用，2015，34（16）：52-54，57.

2015-03-20）

曹永胜（1991-），男，本科，主要研究方向：嵌入式系统、密码学。

白恩健（1977-），男，硕士生导师，副教授，主要研究方向：保密通信、密码学及智能通信系统等。