智能網聯汽車追蹤定位安防系統(tǒng)設計

楊曉輝 王超 張淑艷

摘? ?要：隨著經濟的發(fā)展和汽車化時代的到來，車輛為人們出行帶來方便的同時，也產生了一系列問題，如交通阻塞、能源消耗、車輛管理等。文章主要研究車輛追蹤定位、安全防護、控制與管理等內容，實現車與車、車與路、車與人的有效連接，并對車聯網的一些關鍵技術提出解決方案，希望能夠為車輛管理和交通安全等方面做出些許貢獻。

關鍵詞：智能網聯;傳感網絡;開放式多媒體應用平臺處理器;追蹤定位

隨著工業(yè)化進程的加快以及人們生活水平的提高，全球汽車數量快速增長，導致交通阻塞、車輛安全、能源損耗等一系列問題。為應對這些難題，世界各國開始著眼于“智能交通系統(tǒng)”的研究，而“智能網聯汽車”就是智能交通的重要技術手段，車輛追蹤定位安防系統(tǒng)是廣泛應用于車輛管理領域的一種監(jiān)測設備，為實現車與人、車與車、車與路、車與第三方服務器的有效連接搭建了網絡平臺并提供最佳解決方案。市場上的車輛追蹤定位安防系統(tǒng)一般僅是安裝了GPS和報警系統(tǒng)，無法做到高效、智能化的人、車、路等多方信息的接入。因此，設計一套智能化、實時性好、多網接入的車輛追蹤定位安防系統(tǒng)具有一定的意義和價值[1]。

1? ? 系統(tǒng)總體設計

該系統(tǒng)設計主要是面向車輛追蹤、定位、安全防護以及網絡信息接入等領域的研究，在保證車輛安全、網絡接入的狀態(tài)下，解決車輛的智能化監(jiān)管和個性化控制的問題。車聯網追蹤定位安防系統(tǒng)設計主要包括：傳感器采集系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、和網絡接入系統(tǒng)3個部分。

傳感器采集系統(tǒng)由模數（Analog-to-Digital，AD）轉換電路、溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、震動傳感器、紅外熱釋電傳感器和GPS定位系統(tǒng)組成。其中，火焰?zhèn)鞲衅骱驼饎觽鞲衅髋cAD轉換電路相連，紅外熱釋電傳感器、溫濕度傳感器、GPS定位系統(tǒng)直接與控制系統(tǒng)相連。主控制系統(tǒng)是該系統(tǒng)的核心，用于分析和處理來自傳感器和外網的數據，并可根據輸入信息數據進行設定和調整。網絡接入系統(tǒng)主要是指通過信號接收模塊接收微波信號，變頻到中頻信號，由主控系統(tǒng)數字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）模塊進行主載波的捕獲與跟蹤、副載波的檢測與解調，最后，將解調的數據進行分析和處理。系統(tǒng)原理框架如圖1所示。

2? ? 系統(tǒng)硬件設計

2.1? 控制系統(tǒng)

主控系統(tǒng)設計中采用的是Cortex-A8構架的OMAP3430微處理器，由德州儀器公司設計，主頻可達800～1 000 MHz，內置DSP和現場可編程邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）模塊，引腳豐富、性能優(yōu)越，具備視頻圖像加速、音視頻解碼等功能，可完美運行Linux，Android等操作系統(tǒng)[2]。

2.2? 傳感器采集系統(tǒng)

傳感器采集系統(tǒng)設計中包括溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、震動傳感器、紅外熱釋電傳感器。震動傳感器和火焰?zhèn)鞲衅饔糜谄嚪辣I和車內火患檢測，采集信息后轉換為模擬的電壓信號，須經過AD轉換電路將模擬信號轉換為數字信號傳遞給主控系統(tǒng)進行分析和處理。溫濕度傳感器、紅外熱釋電傳感器直接與主控系統(tǒng)相連，采集車內溫濕度信息和周邊人員情況。GPS模塊用于采集當前車體的位置信息，實現車輛的追蹤和定位功能。

2.3? 信號接收系統(tǒng)

信號接收系統(tǒng)通過天線接收微波信息，將微波信息變頻為中頻信號，經主控系統(tǒng)的DSP模塊進行處理并實現主載波的捕獲與跟蹤、副載波的監(jiān)測與解調。最終將得到的數據信息送到控制界面顯示[3]。主控系統(tǒng)的FPGA模塊負責主載波的捕獲與跟蹤、副載波解調、匹配濾波，DSP模塊負責數字載波環(huán)、位同步和數字信息處理。接收原理框架如圖2所示。

3? ? 系統(tǒng)軟件設計

OMAP3430微處理器完美兼容多種實時多任務操作系統(tǒng)，可根據需求進行裁剪和移植[4]。本設計采用Android操作系統(tǒng)作為運行環(huán)境，它是以Linux為基礎的開源實時操作系統(tǒng)。軟件設計流程包括：

（1）啟動并對系統(tǒng)進行初始化，創(chuàng)建基本環(huán)境框架。

（2）QT界面搭建，主要包括Windows主窗口和副窗口及各類控件的建立。

（3）將各類控件進行重新排布，使界面劃分更清晰、明確。

（4）設置相應的回調函數，并編寫回調函數功能。

（5）檢測嵌入式主控系統(tǒng)與GPS模塊握手成功與否。

（6）通過GPS定位系統(tǒng)獲取經度、緯度、時間等基本信息。

（7）接入地圖庫函數，分析計算數據，獲取位置信息并進行定位。

（8）通過局部傳感網獲取單體車輛基本信息，如運行情況、設備溫度等。

（9）將獲取的數據信息送到QT界面控件，在電容屏上進行實時顯示。

（10）檢測主控系統(tǒng)與GPRS模塊、GPRS模塊與基站通信鏈接情況。

（11）通過GPRS網絡，實現主控制系統(tǒng)與遠程管理端的數據交互功能。

具體軟件設計流程如圖3所示。

4? ? 結語

系統(tǒng)設計實現了智能網聯汽車追蹤定位安防系統(tǒng)的基本功能，檢測時間低于1 ms，完全滿足一般車輛追蹤定位的基本要求，融合目前嵌入式終端開發(fā)技術及無線傳感網絡技術，實現了上位機監(jiān)控、嵌入式設備監(jiān)控一體的監(jiān)控方式，提高了車輛追蹤定位的可靠性及監(jiān)控效率。

在此項目的研究過程中，團隊感受到了學院對科研工作的大力支持，項目組也在研發(fā)過程中積累了大量的實際工作經驗，該項目的完成也為今后項目組進行其他的科研工作打下了堅實的基礎。

[參考文獻]

[1]王超，楊曉輝.基于無線傳感網絡的魚類培育環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].無線互聯科技，2018（10）：122-123.

[2]田紀亞，王超.基于無線傳感網絡的實驗室監(jiān)管系統(tǒng)設計[J].無線互聯科技，2018（11）：69-70，73.

[3]王超，楊曉輝.智慧實驗室監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].科學技術創(chuàng)新，2018（4）：81-82.

[4]劉楊，李君興.魚類多樣性監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].傳感器與微系統(tǒng)，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