嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

邵志剛

摘要：近年來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，且為推動我國國民經(jīng)濟的增長做出了較大的貢獻。作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠為交通管理部門提供在途車輛的運行狀況、駕駛路線等有效行車信息，而且還能夠確保人們的行車安全，對于促進汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和保證交通秩序具有重要意義。因此，本文以嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)作為研究對象，通過對系統(tǒng)及其應(yīng)用前景進行介紹，在結(jié)合其工作原理的基礎(chǔ)上，對嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分展開了全面的設(shè)計和分析。

關(guān)鍵詞：嵌入式遠程智能汽車；監(jiān)控系統(tǒng)；故障診斷專家系統(tǒng)；CAN總線通信

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

前言：電子通訊技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用有效推動了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而無縫移動通訊技術(shù)的進一步發(fā)展也將使汽車成為移動多媒體信息中心，并滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的各類信息要求。而隨著汽車車載電子設(shè)備間數(shù)據(jù)通信的愈加頻繁，智能汽車的研發(fā)也得到了較大的進展，面臨智能汽車的迅速發(fā)展趨勢，如何將嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到汽車監(jiān)控工作中以保障部件性能和行車安全，已成為智能汽車發(fā)展歷進程中亟需解決的問題。

1 嵌入式遠程智能能汽車監(jiān)控系統(tǒng)簡介與應(yīng)用前景

1.1系統(tǒng)簡介

汽車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是指，通過將車載終端設(shè)備安置在車輛儀表臺，從而實現(xiàn)對汽車全部工作狀態(tài)以及動靜態(tài)信息進行采集、存儲和發(fā)送的汽車監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括了三個部分，分別為車載終端、云計算處理平臺以及數(shù)據(jù)分析平臺，以各類行業(yè)對汽車的不同功能需求為依據(jù)，從而實現(xiàn)對汽車的有效監(jiān)控和管理[1]。汽車在行使狀態(tài)中通常涉及到多向傳感器模擬量以及開關(guān)量和CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò)的信號數(shù)據(jù)，當駕駛員在操作汽車運行時，車輛所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息不斷發(fā)送至后臺數(shù)據(jù)庫，從而匯集成海量數(shù)據(jù)，并由系統(tǒng)中的云計算平臺對海量數(shù)據(jù)進行過濾揀選，傳遞至數(shù)據(jù)分析平臺中，而數(shù)據(jù)分析平臺在對接收到的數(shù)據(jù)進行報表處理后，提供給相關(guān)管理人員查看。

1.2前景分析

汽車聯(lián)網(wǎng)是近年來的一個新興概念，其本質(zhì)是通訊網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)絡(luò)以及服務(wù)網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成的集成體系，是一項較為龐大的系統(tǒng)工程。作為一項新興的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，一方面，系統(tǒng)能夠為汽車產(chǎn)業(yè)帶來良好的效益，并帶動發(fā)動機制造業(yè)等各項相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，另一方面，系統(tǒng)還可以為司機和監(jiān)管部門提供更加完備的車輛信息，確保車輛的安全運行。據(jù)專家估計，物聯(lián)網(wǎng)在未來的產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的20倍左右，其中，汽車聯(lián)網(wǎng)的未來產(chǎn)值便會占據(jù)整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值的20%-30%，以此為依據(jù)對未來汽車聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)值進行估計可知，未來汽車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值將是互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)產(chǎn)值的7倍。根據(jù)《國家物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告（2012）》，我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的總體規(guī)模已達到0.8萬億，且到2020年將會超過4萬億[2]。由此可見，汽車聯(lián)網(wǎng)不僅能夠促進汽車行業(yè)的發(fā)展，而且還能夠帶動整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，具有較大的市場潛力。

2 系統(tǒng)工作原理

嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)是指在移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，將互聯(lián)網(wǎng)同汽車進行有機結(jié)合，通過對汽車中的各類實時信息和相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集，如車內(nèi)人員信息、車輛位置和狀態(tài)信息等，并借助移動互聯(lián)網(wǎng)將各類信息實時上傳至互聯(lián)網(wǎng)平臺中進行存儲和處理，從而支持電腦或手機等終端設(shè)備將符合用戶實際需求的信息傳遞給車內(nèi)人員的車輛信息監(jiān)控系統(tǒng)，其實質(zhì)是基于互聯(lián)網(wǎng)的車載智能化產(chǎn)品，其通過對汽車的各類相關(guān)信息進行采集，在借助移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將相關(guān)信息傳遞給用戶，從而為用戶和其他管理部門對各類車輛數(shù)據(jù)進行分析可處理[3]。同時，用戶借助移動互聯(lián)網(wǎng)把對數(shù)據(jù)處理的結(jié)果反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)在接收相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果后，便會進行適當處理，從而達到對車輛進行智能控制的目的。此外，對于用戶或管理部門而言，其還可以利用移動互聯(lián)網(wǎng)平臺對車輛的狀態(tài)信息、控制信息進行交流，進而幫助其隨時掌握汽車的狀況，系統(tǒng)的具體功能如下：（1）手機撥打終端可實現(xiàn)其語音提示操作。用戶利用手機等設(shè)備撥通移動終端的號碼后，終端便會通過語音的方法向用戶發(fā)出提示，并向其提供各類功能的具體使用方法。（2）移動互聯(lián)網(wǎng)的實施操作，通過移動或國際互聯(lián)網(wǎng)，用戶可實現(xiàn)對系統(tǒng)功能的狀態(tài)（設(shè)置、開啟）進行調(diào)整的目的；（3）實時監(jiān)聽，用戶可通過手機撥通終端號碼，進而對當前車內(nèi)的聲音進行監(jiān)聽；（4）移動設(shè)備如手機和手提電腦等對汽車前方與車內(nèi)視頻錄像的開關(guān)狀態(tài)進行控制，并借助手機對當前汽車的所在位置進行實時查詢，并將其以地圖的形式進行顯示，從而幫助其導(dǎo)航。除上述功能外，嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)還具有行車記錄記載以及一鍵求援和里程統(tǒng)計等功能。在了解系統(tǒng)相關(guān)功能的基礎(chǔ)上，下文則著重對系統(tǒng)控制器的軟件結(jié)構(gòu)展開了全面的設(shè)計和分析。

3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

3.1系統(tǒng)軟件選取

嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計選擇微軟公司的WindowsCE作為操作系統(tǒng)，選取Embedddcd VC++4.0作為系統(tǒng)開發(fā)工具，具體架構(gòu)如下。

系統(tǒng)整體軟件架構(gòu)是以分層處理結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，主要包括了實時內(nèi)核、接口層、驅(qū)動層以及協(xié)議層和應(yīng)用層。其中，實時內(nèi)核的作用為對系統(tǒng)任務(wù)進行調(diào)度，并負責(zé)延時處理以及任務(wù)通信與系統(tǒng)的內(nèi)存管理等工作，而無論是任務(wù)調(diào)度，還是任務(wù)通信等工作，對于系統(tǒng)的運行情況均具有直接的影響，故實時內(nèi)核部分也是系統(tǒng)調(diào)度的核心。應(yīng)用層主要負責(zé)系統(tǒng)實際運行過程中的所需任務(wù)，例如，LCD顯示任務(wù)、CAN總線控制任務(wù)、GPS定位信息任務(wù)、USB接口任務(wù)以及串口任務(wù)和音視頻等諸多方面任務(wù)；協(xié)議層則主要負責(zé)對嵌入式智能汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議進行管理，其所管理的協(xié)議種類主要包括了USB協(xié)議、GSM、GPS協(xié)議以及藍牙協(xié)議和串口協(xié)議與CAN協(xié)議等[4]。此外，協(xié)議層還負責(zé)對信息通信過程中的協(xié)議進行解析；系統(tǒng)驅(qū)動層主要負責(zé)相關(guān)接口的驅(qū)動工作，從而保證其下層接口的有效性，驅(qū)動的接口類型主要包括了USB、GSM、GPS、CAN驅(qū)動以及藍牙驅(qū)動、串口驅(qū)動和攝像頭驅(qū)動、LCD顯示驅(qū)動等等。接口層主要包括了系統(tǒng)全部的外圍接口工作，如GPS、GSM天線以及前、后攝像頭和CAN接口工作等[5]。

3.2各模塊功能說明

對嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分進行分析可知，其主要包括了中央調(diào)度模塊、CAN模塊、實時監(jiān)測模塊以及故障診斷模塊和監(jiān)測數(shù)據(jù)庫模塊與報警處理模塊，各模塊的功能如下：（1）中央調(diào)度模塊，主要負責(zé)各個模塊的調(diào)度工作并實現(xiàn)不同模塊間的數(shù)據(jù)、信號通信；（2）CAN通信模塊，此模塊主要負責(zé)完成底層通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳送協(xié)議；（3）實時監(jiān)測模塊，此模塊通過把汽車處于正常工作狀態(tài)下的標準參數(shù)與其運行狀態(tài)的采集數(shù)據(jù)進行比較，以各項數(shù)據(jù)的差別程度對車輛狀態(tài)等實時信息進行監(jiān)測和報警，其實質(zhì)工作是初步對運行狀態(tài)進行診斷，因此，此模塊也具有較強的對相關(guān)故障實時處理的特性；（4）故障診斷模塊，在上述實時監(jiān)測模塊得以良好運行的基礎(chǔ)上，故障診斷模塊以專家系統(tǒng)方法為依據(jù)，對當前車輛的運行狀態(tài)進行較深層次的診斷，同時，對可能發(fā)生的故障進行預(yù)警，并診斷車輛的既有故障；（5）監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的功能主要為存放由CAN總線通信控制系統(tǒng)采集傳送來的信號，主要包括了汽車的位置和行車狀態(tài)等數(shù)據(jù)，從而供上述實時監(jiān)測與故障處理模塊調(diào)用；（6）報警處理模塊，報警處理模塊通過LCD顯示屏文字報警、聲光報警等方式向有關(guān)監(jiān)管部門和車內(nèi)人員進行故障預(yù)警，并將相關(guān)預(yù)警信息及時傳遞至駕駛員和監(jiān)管人員方面，使其對各類故障進行及時處理[6]。

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

對系統(tǒng)的軟件流程圖進行分析可知，程序在啟動時，會首先關(guān)閉系統(tǒng)的總中斷，而后才進入系統(tǒng)的初始化工作，初始化工作的任務(wù)量較多，主要包括了系統(tǒng)中央處理器的初始化、GSM（全球移動通信系統(tǒng)）與USB初始化和時鐘初始化。當系統(tǒng)初始化工作結(jié)束后，便開始進入自檢工作，進而檢查系統(tǒng)自身是否完好無損，各部分模塊功能是否能夠順利實現(xiàn)，如對外圍傳感器、執(zhí)行器等相關(guān)器件的檢查，并將其記錄下來，進行存儲[7]。自檢工作結(jié)束后，對系統(tǒng)上次關(guān)機前狀態(tài)進行檢查，并判斷相關(guān)狀態(tài)信息是否被上傳至管理服務(wù)器，若未上傳，則需要將狀態(tài)信息存到系統(tǒng)的發(fā)送緩存器方面，進而準備發(fā)送，否則，則需要對操作系統(tǒng)進行初始化處理，通過創(chuàng)建任務(wù)并打開移動終端，實現(xiàn)對任務(wù)的實時調(diào)度工作，進而將系統(tǒng)的實際控制權(quán)轉(zhuǎn)移至操作系統(tǒng)方面。

3.3故障診斷專家系統(tǒng)

故障診斷專家系統(tǒng)是嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，其主要是采用一種規(guī)則推理的方法進行設(shè)計的。對汽車行使狀態(tài)進行分析可知，由于其關(guān)鍵狀態(tài)較多，且不同狀態(tài)均會對汽車的行使安全產(chǎn)生不同程度的影響，加之部分狀態(tài)之間還存在著耦合關(guān)系，因此，作為一個具有多傳感器的信息系統(tǒng)，嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)需要將各個傳感器中的數(shù)據(jù)進行高度的融合和處理，進而獲得各數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)矩陣，進而為故障專家診斷系統(tǒng)提供信息數(shù)據(jù)源?？紤]到汽車在其行駛過程中的故障診斷較為模糊，即各類潛在故障所具備的不確定性，故整個故障專家診斷系統(tǒng)均采用產(chǎn)生式規(guī)則將專家知識表達出來，此類規(guī)則的一般表達式如下：R# if A the B then CF（B，A），表達式中R#表示規(guī)則編號“if***”為故障的表現(xiàn)，then為所產(chǎn)生的表現(xiàn)得原因，CF表示當前車輛診斷過程中產(chǎn)生式規(guī)則的置信度數(shù)值，可具體理解為權(quán)值，即因素A對因素B的支持程度[8]。由此可知，置信度CF的取值范圍為[0，1]。仍需說明的是，在故障診斷的專家知識庫當中，其內(nèi)部所有規(guī)則共同構(gòu)成一個推理網(wǎng)絡(luò)，且此推理網(wǎng)絡(luò)為層層遞進的。

3.4 CAN總線通信控制系統(tǒng)

對嵌入式智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)進行分析可知，系統(tǒng)運行過程中，各類信號的采集單元和嵌入式處理單元全部作為一智能節(jié)點而掛載到系統(tǒng)CAN總線上。其中，嵌入式處理單元的作用尤為明顯，其主要角色和功能為，作為系統(tǒng)中央處理模塊，讀取各個信號采集智能單元所發(fā)送的數(shù)據(jù)。由此，制定出系統(tǒng)軟件中CAN總線通信模塊的流程圖，在對流程圖進行分析后可知，中央處理系統(tǒng)模塊同車輛的CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)連接，從而對總線上的所有數(shù)據(jù)幀進行接收。值得注意的是CAN網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)是以報文為單位進行傳輸?shù)?，而各單元?jié)點對CAN訪問的方式則多以取位仲裁為主。每個CAN總線數(shù)據(jù)幀主要由八字節(jié)的數(shù)據(jù)與標識符共同構(gòu)成，以標識符為依據(jù)，可進一步判斷出發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)幀的采集智能單元，而后，根據(jù)事先設(shè)計好的同此信號采集智能單元的通信協(xié)議，便可對CAN總線數(shù)據(jù)幀中的八個字節(jié)數(shù)據(jù)做出進一步解析，并最終獲取實際參數(shù)值。

結(jié)論：本文通過對嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和前景進行分析，在結(jié)合系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，對其實時監(jiān)聽和語音提示等功能做出了系統(tǒng)說明；在系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)方面，通過選取Embedddcd VC++4.0作為系統(tǒng)開發(fā)工具，對遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的實時內(nèi)核、接口層、驅(qū)動層以及協(xié)議層和應(yīng)用層等作用進行了詳細闡述，并對中央調(diào)度模塊、實時監(jiān)測和故障診斷等模塊功能予以探析，結(jié)合所給出的軟件架構(gòu)，著重對故障診斷專家系統(tǒng)而后CAN總線通信系統(tǒng)的設(shè)計方法展開研究。研究結(jié)果表明，檢測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)包括了多個汽車狀態(tài)監(jiān)測的功能，且各功能具有較強的拓展性。未來，可進一步加大嵌入式遠程智能汽車監(jiān)控系統(tǒng)的研究力度，在滿足人們各類行車需求的基礎(chǔ)上，促進汽車產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)的發(fā)展。

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