摘 要： 針對中低端車輛車載系統缺乏智能的問題，將嵌入式ARM控制系統與4G無線傳輸系統相結合，設計了基于ARM車載控制系統的無線遠程監控系統。介紹了系統的整體架構以及模塊間的數據通信和信號控制。為加強車主對車身的把握，系統有激光測距進行平面建模的擴展功能。實驗表明，該方案可以用于中低端汽車實現快速、廉價的智能化。
0 引言
隨著經濟的發展，人們對車的購買量越來越大，汽車成為了人們生活中的必需品。然而，許多中低檔車由于制造成本有限，智能化水平并不高，這迫切要求車輛的快速智能化的產生。
部分高檔車的智能化水平十分高，但價格十分昂貴，且智能化需求只能被動接受，不能主動配置。因此，研發可拆卸、可定制的基于嵌入式車載控制系統的無線控制系統具有積極意義。
4G通信技術最明顯的優勢在于通話質量及數據通信速度。4G網絡具有100 Mb/s的數據下載能力和20 Mb/s的上傳能力，且價格比以往通信服務費用便宜。在生活中，4G已經應用十分廣泛，車載系統通過4G模塊可以將預警信息發送給指定的聯系人。
結合4G網絡具有的高速無線數據傳輸的優點以及ARM強大的控制功能，就可以通過手機短信的形式進行車輛的無線遠程監控。
另外，越來越多的車輛進入生活，這也意味著越來越多的駕駛新手出現，許多擦碰事故的原因在于駕駛員對車身的把握度不是很好。結合激光測距傳感器，實現對車身的平面建模，提高駕駛員對車身的把握程度，減少擦碰事故。
1 系統的整體結構
系統整體結構圖如圖1所示。系統主要由兩部分組成：一部分是4G模塊及其外圍電路（負責短信的發送）、嵌入式設備[1]（負責ARM和4G模塊的通信）、振動傳感器、顯示屏（操作界面顯示）、手機（負責短信的收取）；另一部分是激光測距傳感器、嵌入式設備（負責激光測距傳感器的相關處理和平面建模）。
系統中4G模塊選用華為ME906E模塊。該模塊支持移動3G、4G和聯通3G、4G，使得車載系統具有收發手機短信功能。ARM嵌入式系統[2]選擇Samsung S3C6410處理器，ARM1176JZF-S內核，通過USB2.0與4G模塊相連接。
當震動傳感器達到閾值時，開啟攝像頭進行錄像，錄制一段時間后，將視頻存儲到存儲器中，存儲器的存儲容量根據攝像頭的像素而定，基本需要足夠存儲5次一個小時視頻的容量大小，當錄制第6次視頻時會循環擦除原來的視頻，所以需要及時將錄像備份，但短期無需太擔心會被擦除。開啟攝像頭[3]的同時通過4G模塊將預警信息發往車主的手機，提醒車主車子存在安全隱患。當車主需要精確把握車身情況時，可以通過激光測距傳感器進行一定范圍的平面建模，在顯示屏上提醒車主車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，倒車進入較小空間也可以有很好的參考距離，方便車主提高對汽車的把握度，用時也為車主提供一種使用的舒適感。
2 車載系統的數據通信
2.1 振動傳感器與ARM的數據交互
為了避免振動傳感器[4]受到干擾而誤觸發，利用電壓比較器LM393對振動產生的開關量信號進行預處理，過濾干擾信號[5]，然后通過ARM上集成的A/D轉換器對信號采樣來將模擬量轉換為數字量，對離散信號進行算法處理，當數字量超過某個閾值時，ARM開啟攝像頭進行錄像。車載系統構成框圖如圖2所示，振動傳感器電路如圖3所示。
2.2 ARM和4G模塊的數據交互
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模塊的初始化過程如下。首先ARM向模塊發送AT指令，如果返回“OK”，則說明模塊與ARM連接良好；然后ARM向4G模塊發送AT+CPIN指令，如果返回“READY”，則表示SIM工作正常，同時不需要登入密碼。
2.2.2 ARM發送短信至手機
當檢測到振動傳感時發送預警信息給車主。ARM對4G模塊進行配置和信號檢測的過程如下：
（1）單片機發送“AT\r”到4G模塊，如果返回“OK”，則表明4G模塊與ARM連接成功；
（2）發送“AT+CSQ\r”到4G模塊，檢查網絡信號強度，判斷返回值是否為+CSQ：**，##（其中**在10~31之間，數值越大表明信號質量越好；##為誤碼率，值在0~99之間），否則應檢查天線或SIM卡是否正確安裝；
（3）發送“AT+CMGF=1\r”，設置短信信息格式為文本。
常用的AT指令如表1所示。
2.3 ARM和激光測距傳感器的數據交互
激光測距傳感器HJ-40A的數據輸出口為串口UART（TTL電平，19 200 b/s）或者串口RS232。飛凌OK6410主板共4個串口，包括1個5線RS 232電平串口（DB9母座）和3個3線TTL電平串口（20 pin 2.0 mm間距插頭座），ARM通過串口RS232讀取到激光測距傳感器的數據，進行空間上的距離顯示，方便車主把握車身。
激光測距傳感器的基本原理是光學三角法，如圖4所示：①半導體激光器被②鏡片聚焦到⑥被測物體；②反射光被③鏡片收集，投射到④CMOS陣列上；⑤信號處理器通過三角函數計算④陣列上的光點位置得到距物體的距離。
3 系統軟件設計
3.1 系統主程序工作流程
從圖1可以知道系統各部分的連接關系，所有系統外圍模塊都會接入OK6410的相關接口，都會與ARM進行數據交換。因此ARM在上電后必須首先進行初始化，保證各模塊連接正常。ARM編程是在操作系統上進行的，所以先選擇合適的操作系統，OK6410官網上Linux的資料比較齊全，本系統選用的是Linux。
首先要編寫振動傳感器模塊[6]、攝像頭模塊[7]、激光測距傳感器模塊、4G通信模塊的函數，接下來，在主程序中通過有選擇地關閉寄存器不需要的功能模塊，以達到省電的目的。在空閑模式下，CPU內核停止運行，只要保證喚醒CPU的I/O控制器正常工作即可。當震動信號傳來時，喚醒CPU，發出信號讓攝像頭開啟一段時間進行錄像并存儲。同時，利用4G模塊接入4G網絡，發送預警信息給車主。完整的工作流程如圖5所示。
3.2 攝像頭工作流程
本系統中因為使用Linux系統，所以在攝像頭[8]方面涉及V4L2轉bmp格式的算法。格式轉換的代碼如下：
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 結論
本文結合4G網絡具有高速無線傳輸數據的優點以及ARM強大的編程控制功能，采用發送預警短信給手機的方式，實現高性價比的車載無線監控功能。同時，激光測距傳感器提取到的距離信息可以使車主對車身有很好的把握，展示了該車載無線中控系統的實用性、可靠性以及二次改造上的方便性。
參考文獻
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