摘 要： 針對(duì)中低端車(chē)輛車(chē)載系統(tǒng)缺乏智能的問(wèn)題，將嵌入式ARM控制系統(tǒng)與4G無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了基于ARM車(chē)載控制系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的整體架構(gòu)以及模塊間的數(shù)據(jù)通信和信號(hào)控制。為加強(qiáng)車(chē)主對(duì)車(chē)身的把握，系統(tǒng)有激光測(cè)距進(jìn)行平面建模的擴(kuò)展功能。實(shí)驗(yàn)表明，該方案可以用于中低端汽車(chē)實(shí)現(xiàn)快速、廉價(jià)的智能化。
關(guān)鍵詞： 智能生活；車(chē)載系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；3G；嵌入式
0 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)車(chē)的購(gòu)買(mǎi)量越來(lái)越大，汽車(chē)成為了人們生活中的必需品。然而，許多中低檔車(chē)由于制造成本有限，智能化水平并不高，這迫切要求車(chē)輛的快速智能化的產(chǎn)生。
部分高檔車(chē)的智能化水平十分高，但價(jià)格十分昂貴，且智能化需求只能被動(dòng)接受，不能主動(dòng)配置。因此，研發(fā)可拆卸、可定制的基于嵌入式車(chē)載控制系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)具有積極意義。
4G通信技術(shù)最明顯的優(yōu)勢(shì)在于通話(huà)質(zhì)量及數(shù)據(jù)通信速度。4G網(wǎng)絡(luò)具有100 Mb/s的數(shù)據(jù)下載能力和20 Mb/s的上傳能力，且價(jià)格比以往通信服務(wù)費(fèi)用便宜。在生活中，4G已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛，車(chē)載系統(tǒng)通過(guò)4G模塊可以將預(yù)警信息發(fā)送給指定的聯(lián)系人。
結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)具有的高速無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)以及ARM強(qiáng)大的控制功能，就可以通過(guò)手機(jī)短信的形式進(jìn)行車(chē)輛的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
另外，越來(lái)越多的車(chē)輛進(jìn)入生活，這也意味著越來(lái)越多的駕駛新手出現(xiàn)，許多擦碰事故的原因在于駕駛員對(duì)車(chē)身的把握度不是很好。結(jié)合激光測(cè)距傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)身的平面建模，提高駕駛員對(duì)車(chē)身的把握程度，減少擦碰事故。
1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由兩部分組成：一部分是4G模塊及其外圍電路（負(fù)責(zé)短信的發(fā)送）、嵌入式設(shè)備[1]（負(fù)責(zé)ARM和4G模塊的通信）、振動(dòng)傳感器、顯示屏（操作界面顯示）、手機(jī)（負(fù)責(zé)短信的收取）；另一部分是激光測(cè)距傳感器、嵌入式設(shè)備（負(fù)責(zé)激光測(cè)距傳感器的相關(guān)處理和平面建模）。
系統(tǒng)中4G模塊選用華為ME906E模塊。該模塊支持移動(dòng)3G、4G和聯(lián)通3G、4G，使得車(chē)載系統(tǒng)具有收發(fā)手機(jī)短信功能。ARM嵌入式系統(tǒng)[2]選擇Samsung S3C6410處理器，ARM1176JZF-S內(nèi)核，通過(guò)USB2.0與4G模塊相連接。
當(dāng)震動(dòng)傳感器達(dá)到閾值時(shí)，開(kāi)啟攝像頭進(jìn)行錄像，錄制一段時(shí)間后，將視頻存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量根據(jù)攝像頭的像素而定，基本需要足夠存儲(chǔ)5次一個(gè)小時(shí)視頻的容量大小，當(dāng)錄制第6次視頻時(shí)會(huì)循環(huán)擦除原來(lái)的視頻，所以需要及時(shí)將錄像備份，但短期無(wú)需太擔(dān)心會(huì)被擦除。開(kāi)啟攝像頭[3]的同時(shí)通過(guò)4G模塊將預(yù)警信息發(fā)往車(chē)主的手機(jī)，提醒車(chē)主車(chē)子存在安全隱患。當(dāng)車(chē)主需要精確把握車(chē)身情況時(shí)，可以通過(guò)激光測(cè)距傳感器進(jìn)行一定范圍的平面建模，在顯示屏上提醒車(chē)主車(chē)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(chē)進(jìn)入較小空間也可以有很好的參考距離，方便車(chē)主提高對(duì)汽車(chē)的把握度，用時(shí)也為車(chē)主提供一種使用的舒適感。
2 車(chē)載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信
2.1 振動(dòng)傳感器與ARM的數(shù)據(jù)交互
為了避免振動(dòng)傳感器[4]受到干擾而誤觸發(fā)，利用電壓比較器LM393對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，過(guò)濾干擾信號(hào)[5]，然后通過(guò)ARM上集成的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)采樣來(lái)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，對(duì)離散信號(hào)進(jìn)行算法處理，當(dāng)數(shù)字量超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，ARM開(kāi)啟攝像頭進(jìn)行錄像。車(chē)載系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2所示，振動(dòng)傳感器電路如圖3所示。
2.2 ARM和4G模塊的數(shù)據(jù)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。
2.2.1 4G模塊初始化
4G模塊的初始化過(guò)程如下。首先ARM向模塊發(fā)送AT指令，如果返回“OK”，則說(shuō)明模塊與ARM連接良好；然后ARM向4G模塊發(fā)送AT+CPIN指令，如果返回“READY”，則表示SIM工作正常，同時(shí)不需要登入密碼。
2.2.2 ARM發(fā)送短信至手機(jī)
當(dāng)檢測(cè)到振動(dòng)傳感時(shí)發(fā)送預(yù)警信息給車(chē)主。ARM對(duì)4G模塊進(jìn)行配置和信號(hào)檢測(cè)的過(guò)程如下：
?。?）單片機(jī)發(fā)送“AT\r”到4G模塊，如果返回“OK”，則表明4G模塊與ARM連接成功；
?。?）發(fā)送“AT+CSQ\r”到4G模塊，檢查網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度，判斷返回值是否為+CSQ：**，##（其中**在10~31之間，數(shù)值越大表明信號(hào)質(zhì)量越好；##為誤碼率，值在0~99之間），否則應(yīng)檢查天線(xiàn)或SIM卡是否正確安裝；
（3）發(fā)送“AT+CMGF=1\r”，設(shè)置短信信息格式為文本。
常用的AT指令如表1所示。
2.3 ARM和激光測(cè)距傳感器的數(shù)據(jù)交互
激光測(cè)距傳感器HJ-40A的數(shù)據(jù)輸出口為串口UART（TTL電平，19 200 b/s）或者串口RS232。飛凌OK6410主板共4個(gè)串口，包括1個(gè)5線(xiàn)RS 232電平串口（DB9母座）和3個(gè)3線(xiàn)TTL電平串口（20 pin 2.0 mm間距插頭座），ARM通過(guò)串口RS232讀取到激光測(cè)距傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間上的距離顯示，方便車(chē)主把握車(chē)身。
激光測(cè)距傳感器的基本原理是光學(xué)三角法，如圖4所示：①半導(dǎo)體激光器被②鏡片聚焦到⑥被測(cè)物體；②反射光被③鏡片收集，投射到④CMOS陣列上；⑤信號(hào)處理器通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算④陣列上的光點(diǎn)位置得到距物體的距離。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)主程序工作流程
從圖1可以知道系統(tǒng)各部分的連接關(guān)系，所有系統(tǒng)外圍模塊都會(huì)接入OK6410的相關(guān)接口，都會(huì)與ARM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此ARM在上電后必須首先進(jìn)行初始化，保證各模塊連接正常。ARM編程是在操作系統(tǒng)上進(jìn)行的，所以先選擇合適的操作系統(tǒng)，OK6410官網(wǎng)上Linux的資料比較齊全，本系統(tǒng)選用的是Linux。
首先要編寫(xiě)振動(dòng)傳感器模塊[6]、攝像頭模塊[7]、激光測(cè)距傳感器模塊、4G通信模塊的函數(shù)，接下來(lái)，在主程序中通過(guò)有選擇地關(guān)閉寄存器不需要的功能模塊，以達(dá)到省電的目的。在空閑模式下，CPU內(nèi)核停止運(yùn)行，只要保證喚醒CPU的I/O控制器正常工作即可。當(dāng)震動(dòng)信號(hào)傳來(lái)時(shí)，喚醒CPU，發(fā)出信號(hào)讓攝像頭開(kāi)啟一段時(shí)間進(jìn)行錄像并存儲(chǔ)。同時(shí)，利用4G模塊接入4G網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送預(yù)警信息給車(chē)主。完整的工作流程如圖5所示。
3.2 攝像頭工作流程
本系統(tǒng)中因?yàn)槭褂肔inux系統(tǒng)，所以在攝像頭[8]方面涉及V4L2轉(zhuǎn)bmp格式的算法。格式轉(zhuǎn)換的代碼如下：
store_yuyv（）；
int n_len；
n_len=framebuf[buf.index].length*3/2；
newBuf=calloc（（unsigned int）n_len，sizeof（unsigned char））；
if（!newBuf）{
printf（"cannot assign the memory!\n"）；
exit（0）；
}
printf（"the information about the new buffer：\n start Address：0x%x，length=%d\n\n"，（unsigned int）newBuf，n_len）；
starter=（unsigned char*）framebuf[buf.index].start；
yuyv2rgb（）；
create_bmp_header（）；
store_bmp（n_len）；
4 結(jié)論
本文結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)具有高速無(wú)線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)以及ARM強(qiáng)大的編程控制功能，采用發(fā)送預(yù)警短信給手機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)高性?xún)r(jià)比的車(chē)載無(wú)線(xiàn)監(jiān)控功能。同時(shí)，激光測(cè)距傳感器提取到的距離信息可以使車(chē)主對(duì)車(chē)身有很好的把握，展示了該車(chē)載無(wú)線(xiàn)中控系統(tǒng)的實(shí)用性、可靠性以及二次改造上的方便性。
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