汽車遠(yuǎn)程控制終端的設(shè)計(jì)研究

摘? 要：文章主要研究北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、移動(dòng)通訊系統(tǒng)、汽車CAN總線，在汽車遠(yuǎn)程控制的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。研究的目的在于借助車內(nèi)網(wǎng)與車際網(wǎng)的通信而最終實(shí)現(xiàn)用戶通過手機(jī)遠(yuǎn)程與汽車進(jìn)行通訊，操控汽車的硬件、軟件，最終實(shí)現(xiàn)無論車在哪里，只要有移動(dòng)信號(hào)的地方都可以輕松啟動(dòng)、熄火、解鎖、關(guān)鎖、定位、預(yù)熱車輛，提前調(diào)整車廂內(nèi)溫度。

關(guān)鍵詞：CAN總線;北斗定位系統(tǒng);遠(yuǎn)程啟動(dòng);MCU系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273;U469.72? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）15-0032-04

Design and Research of Automotive Remote Control Terminal

WU Weizhong

（Guangzhou Yuefeng High & New Technology Co.，Ltd.，Guangzhou? 510663，China）

Abstract：This paper mainly studies the design and application of Beidou satellite positioning system，mobile communication system and automobile CAN bus in automobile remote control. The purpose of the research in the network and international network of communication and finally realizes the user through the phone communicate with car，remote control car of hardware，software，and finally realize no matter where is the car，as long as there is mobile signal can easily start，flameout，unlock，shut，positioning，preheating vehicles，adjust the car ahead of the temperature in the cabinet.

Keywords：CAN bus;Beidou positioning system;remote start;MCU System

0? 引? 言

汽車“無鑰匙”啟動(dòng)已經(jīng)在絕大部分新車上得到了應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)約式啟動(dòng)與熄火的過程，比傳統(tǒng)的插鑰匙打啟動(dòng)的方式方便很多。汽車制造商為了增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使得大部分中高配的汽車已經(jīng)有了這個(gè)智能設(shè)備，在科技進(jìn)步帶給人們方便的同時(shí)，我們也要考慮到它可能存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)。利用無線通訊終端通過OBDII接口接入與車內(nèi)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，而實(shí)現(xiàn)車際網(wǎng)與車內(nèi)網(wǎng)的連接，實(shí)現(xiàn)“車聯(lián)網(wǎng)”。還可以解決一系列的用車問題：系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間通知您愛車被蹭了，碰了;您只需要拿出手機(jī)點(diǎn)擊上鎖按鈕，系統(tǒng)立即會(huì)為您關(guān)閉好門窗;打開APP就可以查看愛車有沒有超速，違章，以及檢測(cè)車輛是否正常。

1? CAN總線概述

在當(dāng)前汽車應(yīng)用領(lǐng)域，車內(nèi)電器控制單元（Electrical Control Unit，ECU）可能多達(dá)70個(gè)，除了引擎控制單元（Engine Control Unit，ECU）外，還存在傳動(dòng)控制、安全氣囊、ABS、巡航控制、EPS、音響系統(tǒng)、門窗控制和電池管理等模塊，雖然某些模塊是單一的子系統(tǒng)，但是模塊之間的通訊互連依然非常重要。德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制模塊與執(zhí)行模塊之間的數(shù)據(jù)交互而開發(fā)的一種通信協(xié)議——汽車CAN總線控制局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN）。

目前CAN總線網(wǎng)絡(luò)已被廣泛地應(yīng)用在汽車上如圖1所示，有的子系統(tǒng)需要控制執(zhí)行器和接收傳感器反饋，CAN總線可以滿足這些子系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊的需求。汽車內(nèi)部的各個(gè)子模塊系統(tǒng)的總線互連架構(gòu)使得能更輕易地實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、便利、經(jīng)濟(jì)性。

同時(shí)CAN總線實(shí)現(xiàn)了汽車各個(gè)系統(tǒng)模塊間互連系統(tǒng)由傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的方式向成為先進(jìn)的總線布局模式的進(jìn)化，降低了汽車內(nèi)部電子系統(tǒng)布線線束的復(fù)雜度、提高了生產(chǎn)的效率。

2? 汽車遠(yuǎn)程控制終端原理設(shè)計(jì)

汽車遠(yuǎn)程控制終端由電源管理系統(tǒng)模塊、OBDII汽車接口模塊、GSM/GPRS模塊、藍(lán)牙模塊、北斗定位模塊、身份認(rèn)證模塊、啟動(dòng)接口模塊、MCU系統(tǒng)模塊、CAN模塊、K-Line模塊、其他（溫度、振動(dòng)）等模塊組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

電源管理系統(tǒng)模塊：通過內(nèi)部電源管理系統(tǒng)將汽車電源有效分配給各電路模塊所需的電源，由MCU根據(jù)運(yùn)行策略對(duì)各模塊用電進(jìn)行管理控制，設(shè)計(jì)電路原理如圖3所示。總輸出電源是采用美國(guó)德州儀器半導(dǎo)公司的LM2576SX-5.0的穩(wěn)壓電源芯片，該芯片最高輸入電壓為45V，最大輸出電流為3A、輸出電壓為5V。該芯片具有內(nèi)部集成完善的電流限制及熱關(guān)斷電路等保護(hù)電路，外圍只需較少的元器件即可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路，成本較低的有利于規(guī)?；瘧?yīng)用;MCU供電采用XC6206，供電輸出壓為+3.3V;定位模塊的供電及藍(lán)牙模塊的供電采用SP6205-3.3V低壓差的電源芯片，通過對(duì)芯片的使能腳進(jìn)行控制，當(dāng)使能腳的電平為“0”時(shí)，停止輸出+3.3V的電壓，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的控制;移動(dòng)通訊GSM/GPRS的電源由總電源5V經(jīng)過二極管D1將電壓降至4.3V左右，然后通過對(duì)MOS場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極的使能來實(shí)現(xiàn)電源輸出的控制;身份認(rèn)證模塊的電源跟CPU采用的是同一輸出源，通過其對(duì)MOS場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極的使能來實(shí)現(xiàn)對(duì)身份認(rèn)證模塊電源的控制;系統(tǒng)通過MCU系統(tǒng)模塊的對(duì)供電電壓檢測(cè)讀取VIN電源輸入的電壓來判斷當(dāng)前汽車電瓶的工作狀態(tài)。

OBDII汽車接口模塊：汽車通訊方式大致由K-Line總線和CAN-BUS總線組成，其中使用基于ISO協(xié)議的K-Line通訊方式，通過串行通訊方式與設(shè)備相連接，采用的通訊模式為半雙工的通信方式，采用美國(guó)STMicroelectronics公司生產(chǎn)的L9637D作為K-Line通訊接口芯片，CAN總線系統(tǒng)同樣也是使用了ISO的協(xié)議，它基于網(wǎng)絡(luò)型分布方式存在，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，采用荷蘭恩智浦半導(dǎo)體（NXP Semiconductors）公司的TJA1051T作為CAN-BUS通訊接口芯片與汽車CAN總線進(jìn)行通訊，目前從2008年7月份起強(qiáng)制規(guī)定國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上所有銷售的車輛都必須適配這種ISO協(xié)議，因此通過該ISO協(xié)議實(shí)施可以更方便地接入不同廠家品牌的汽車，增加產(chǎn)品兼容性。通過K-line和CAN兩種接口連接的方式如圖4所示與汽車總線上各ECU單元模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車上的各種電器單元的控制，同時(shí)還可以讀取車輛的運(yùn)行的狀態(tài)。（注：有些數(shù)據(jù)通訊為各廠家私有，可能需要相關(guān)儀器讀取并驗(yàn)證后再進(jìn)行應(yīng)用。）

為：M35FA的GSM模塊、BM77的藍(lán)牙模塊、ATGM332D北斗定位模塊、身份認(rèn)證接口。

GSM模塊：采用上海移遠(yuǎn)公司的M35FA的通訊模塊，該模塊為四頻GSM/GPRS模塊，較小的尺寸，及超低功耗和寬工作溫度范圍，適用于車載的應(yīng)用，SMS短信、語音通話、GPRS數(shù)據(jù)傳輸是車內(nèi)網(wǎng)與車外網(wǎng)的重要通訊渠道。

藍(lán)牙模塊：藍(lán)牙模塊采用創(chuàng)杰BM77雙模模塊，該模塊為透?jìng)麟p模藍(lán)牙模塊，集成底層藍(lán)牙通訊協(xié)議，支持BLE 4.0+SPP 3.0+IAP協(xié)議，采用短距離的終端與手機(jī)藍(lán)牙建立加密數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及指令傳輸交互功能。主要用以解決近距離的身份識(shí)別認(rèn)證問題。

北斗定位模塊：采用杭州中科微電子有限公司自主獨(dú)立研發(fā)的單芯片AT6558的低功耗特色的ATGM332D定位模塊，該模塊支持中國(guó)北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)、美國(guó)GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的雙系統(tǒng)定位模塊。提供準(zhǔn)確的時(shí)間、空間位置、速度、運(yùn)行方向等重要信息，結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種功用的應(yīng)用，如實(shí)時(shí)位置、軌跡查詢、電子圍欄等。

身份認(rèn)證模塊：采用有線連接的方式與汽車防盜系統(tǒng)對(duì)接以獲取汽車有效控制權(quán)限。

啟動(dòng)接口模塊：由剎車檢測(cè)、啟動(dòng)控制、剎車控制電路組成，如原車有一鍵啟動(dòng)功能的可以直接接入使用。如圖6所示。（注：如原車不帶一鍵啟動(dòng)功能的可以另行加裝一鍵啟動(dòng)的功能。）

MCU系統(tǒng)模塊：型號(hào)為STM32F103CBT6是意法半導(dǎo)體公司的32位ARM Cortex-M 32位處理器。處理器的最高運(yùn)行頻率：72MHz，F(xiàn)LASH：128KB，RAM：20KB，3路U（S）ART通訊口、1路CAN通訊口、通用I/O有36個(gè)，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通訊控制。U11為WS420振動(dòng)傳感器模塊，其主要的作用為：在停車、熄火、鎖門的狀態(tài)下，檢測(cè)車體的振動(dòng)。溫度傳感器采用DS18B20，通過其感知車廂內(nèi)溫度狀況，用于空調(diào)溫度的遠(yuǎn)程預(yù)調(diào)節(jié)控制。如圖7所示。

3? 場(chǎng)景應(yīng)用

根據(jù)實(shí)際使用的情況列舉了以下幾種應(yīng)用場(chǎng)景，如圖8所示。

遠(yuǎn)程啟動(dòng)：主機(jī)接收到啟動(dòng)指令后，先進(jìn)行身份驗(yàn)證，當(dāng)確認(rèn)身份合法后，使能剎車信號(hào)，使能啟動(dòng)，同時(shí)讀取汽車狀態(tài)，將汽車狀態(tài)信息與位置信息一起打包上傳平臺(tái)。通過APP軟件實(shí)時(shí)了解當(dāng)前車輛的啟動(dòng)狀態(tài)。

空調(diào)控制：主機(jī)接收到空調(diào)控制指令后，先進(jìn)行身份驗(yàn)證，確認(rèn)身份合法后，啟動(dòng)汽車，通過傳感器讀取車內(nèi)溫度，通過CAN總線控制空調(diào)進(jìn)行加熱或者制冷，將車廂溫度信息、位置信息、狀態(tài)信息一起打包上傳平臺(tái)。通過APP軟件實(shí)時(shí)了解當(dāng)前車內(nèi)溫度狀態(tài)。

遠(yuǎn)程開門、開窗：主機(jī)接收開門、開窗后，先進(jìn)行身份驗(yàn)證，確認(rèn)身份合法后，開啟車門或者升降窗，同時(shí)將位置信息、車輛的門窗狀態(tài)等信息一起打包上傳平臺(tái)。通過APP軟件實(shí)時(shí)了解當(dāng)前車輛的狀態(tài)。

蹭、碰提醒：在停車、熄火、鎖門的狀態(tài)下，如果振動(dòng)傳感器被觸發(fā)后，可以通過SMS、語音的方式向車主發(fā)送報(bào)警信息，也可以通過用車APP提醒用戶車輛在什么時(shí)間、位置出現(xiàn)異常需要關(guān)注。

4? 結(jié)? 論

通過智能終端簡(jiǎn)單方便高效地解決了車內(nèi)網(wǎng)與車外網(wǎng)之間的連接，同時(shí)獲取了汽車的控制權(quán)，解決了用戶日常用車不便的問題。同時(shí)，還可以通過授權(quán)管理的方式將其應(yīng)用于企事業(yè)單位的用車管理，也可以以平臺(tái)授權(quán)認(rèn)證的方式將其應(yīng)用于目前較為流行的共享經(jīng)濟(jì)的社會(huì)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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[3] CAN Specification 2.0 Part A [S]. Philips Semiconductors，1993.

作者簡(jiǎn)介：吳偉忠（1987.09-），男，漢族，廣東蕉嶺人，技術(shù)總監(jiān)，本科，研究方向：車聯(lián)網(wǎng)汽車電子技術(shù)。