智能网联汽车追踪定位安防系统设计

杨晓辉 王超 张淑艳

摘   要：隨着经济的发展和汽车化时代的到来，车辆为人们出行带来方便的同时，也产生了一系列问题，如交通阻塞、能源消耗、车辆管理等。文章主要研究车辆追踪定位、安全防护、控制与管理等内容，实现车与车、车与路、车与人的有效连接，并对车联网的一些关键技术提出解决方案，希望能够为车辆管理和交通安全等方面做出些许贡献。

关键词：智能网联;传感网络;开放式多媒体应用平台处理器;追踪定位

随着工业化进程的加快以及人们生活水平的提高，全球汽车数量快速增长，导致交通阻塞、车辆安全、能源损耗等一系列问题。为应对这些难题，世界各国开始着眼于“智能交通系统”的研究，而“智能网联汽车”就是智能交通的重要技术手段，车辆追踪定位安防系统是广泛应用于车辆管理领域的一种监测设备，为实现车与人、车与车、车与路、车与第三方服务器的有效连接搭建了网络平台并提供最佳解决方案。市场上的车辆追踪定位安防系统一般仅是安装了GPS和报警系统，无法做到高效、智能化的人、车、路等多方信息的接入。因此，设计一套智能化、实时性好、多网接入的车辆追踪定位安防系统具有一定的意义和价值[1]。

1    系统总体设计

该系统设计主要是面向车辆追踪、定位、安全防护以及网络信息接入等领域的研究，在保证车辆安全、网络接入的状态下，解决车辆的智能化监管和个性化控制的问题。车联网追踪定位安防系统设计主要包括：传感器采集系统、主控制系统、和网络接入系统3个部分。

传感器采集系统由模数（Analog-to-Digital，AD）转换电路、温湿度传感器、火焰传感器、震动传感器、红外热释电传感器和GPS定位系统组成。其中，火焰传感器和震动传感器与AD转换电路相连，红外热释电传感器、温湿度传感器、GPS定位系统直接与控制系统相连。主控制系统是该系统的核心，用于分析和处理来自传感器和外网的数据，并可根据输入信息数据进行设定和调整。网络接入系统主要是指通过信号接收模块接收微波信号，变频到中频信号，由主控系统数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）模块进行主载波的捕获与跟踪、副载波的检测与解调，最后，将解调的数据进行分析和处理。系统原理框架如图1所示。

2    系统硬件设计

2.1  控制系统

主控系统设计中采用的是Cortex-A8构架的OMAP3430微处理器，由德州仪器公司设计，主频可达800～1 000 MHz，内置DSP和现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）模块，引脚丰富、性能优越，具备视频图像加速、音视频解码等功能，可完美运行Linux，Android等操作系统[2]。

2.2  传感器采集系统

传感器采集系统设计中包括温湿度传感器、火焰传感器、震动传感器、红外热释电传感器。震动传感器和火焰传感器用于汽车防盗和车内火患检测，采集信息后转换为模拟的电压信号，须经过AD转换电路将模拟信号转换为数字信号传递给主控系统进行分析和处理。温湿度传感器、红外热释电传感器直接与主控系统相连，采集车内温湿度信息和周边人员情况。GPS模块用于采集当前车体的位置信息，实现车辆的追踪和定位功能。

2.3  信号接收系统

信号接收系统通过天线接收微波信息，将微波信息变频为中频信号，经主控系统的DSP模块进行处理并实现主载波的捕获与跟踪、副载波的监测与解调。最终将得到的数据信息送到控制界面显示[3]。主控系统的FPGA模块负责主载波的捕获与跟踪、副载波解调、匹配滤波，DSP模块负责数字载波环、位同步和数字信息处理。接收原理框架如图2所示。

3    系统软件设计

OMAP3430微处理器完美兼容多种实时多任务操作系统，可根据需求进行裁剪和移植[4]。本设计采用Android操作系统作为运行环境，它是以Linux为基础的开源实时操作系统。软件设计流程包括：

（1）启动并对系统进行初始化，创建基本环境框架。

（2）QT界面搭建，主要包括Windows主窗口和副窗口及各类控件的建立。

（3）将各类控件进行重新排布，使界面划分更清晰、明确。

（4）设置相应的回调函数，并编写回调函数功能。

（5）检测嵌入式主控系统与GPS模块握手成功与否。

（6）通过GPS定位系统获取经度、纬度、时间等基本信息。

（7）接入地图库函数，分析计算数据，获取位置信息并进行定位。

（8）通过局部传感网获取单体车辆基本信息，如运行情况、设备温度等。

（9）将获取的数据信息送到QT界面控件，在电容屏上进行实时显示。

（10）检测主控系统与GPRS模块、GPRS模块与基站通信链接情况。

（11）通过GPRS网络，实现主控制系统与远程管理端的数据交互功能。

具体软件设计流程如图3所示。

4    结语

系统设计实现了智能网联汽车追踪定位安防系统的基本功能，检测时间低于1 ms，完全满足一般车辆追踪定位的基本要求，融合目前嵌入式终端开发技术及无线传感网络技术，实现了上位机监控、嵌入式设备监控一体的监控方式，提高了车辆追踪定位的可靠性及监控效率。

在此项目的研究过程中，团队感受到了学院对科研工作的大力支持，项目组也在研发过程中积累了大量的实际工作经验，该项目的完成也为今后项目组进行其他的科研工作打下了坚实的基础。

[参考文献]

[1]王超，杨晓辉.基于无线传感网络的鱼类培育环境监测系统设计[J].无线互联科技，2018（10）：122-123.

[2]田纪亚，王超.基于无线传感网络的实验室监管系统设计[J].无线互联科技，2018（11）：69-70，73.

[3]王超，杨晓辉.智慧实验室监控系统研究[J].科学技术创新，2018（4）：81-82.

[4]刘杨，李君兴.鱼类多样性监测系统设计[J].传感器与微系统，2014（5）：66-69.

Abstract：With the development of the economy and the arrival of the era of motorization， vehicles have brought convenience to peoples travel while also creating a number of problems， such as traffic congestion， energy consumption， vehicle management， etc.. This article mainly studies vehicle tracking and positioning， safety protection， control and management， and realizes the effective connection between car and car， car and road， and car and people， and proposes solutions to some key technologies for vehicle networking. It is hoped to contribute to vehicle management and traffic safety.

Key words：intelligent network; sensor network; open multimedia application platform processor; tracking and positioning