基于智能手機(jī)的方艙控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李飛翔 商枝江

摘要：針對(duì)方艙內(nèi)部的應(yīng)用環(huán)境，對(duì)方艙控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，提出一種低成本、易擴(kuò)展，適用于方艙應(yīng)用的控制系統(tǒng)?；谥悄苁謾C(jī)平臺(tái)或平板電腦設(shè)計(jì)了一套Android智能手機(jī)方艙控制系統(tǒng)，利用Android提供的各種資源建立智能放艙控制終端軟件。該系統(tǒng)既可應(yīng)用于普通的方艙，也可用于應(yīng)急指揮方艙，實(shí)現(xiàn)了方艙內(nèi)部設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和本地控制相結(jié)合。結(jié)果表明：該系統(tǒng)硬件設(shè)備符合國產(chǎn)化要求、成本低、易擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：Android;方艙;SfotAP;嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP316;TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）07-0164-03

0 引言

隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展，各類移動(dòng)智能終端相繼問世，以Android平臺(tái)為代表的智能手機(jī)正伴隨著5G技術(shù)開始獲得人們的廣泛接受。移動(dòng)終端設(shè)備已經(jīng)跨越了僅僅將通信作為唯一目標(biāo)的模式，而形成具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的控制、管理與計(jì)算的云服務(wù)平臺(tái)[1]。將智能手機(jī)與系統(tǒng)控制相結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)便攜移動(dòng)的通信方式提供了支撐，本文實(shí)現(xiàn)了一種基于Android手機(jī)的無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中智能手機(jī)可利用WIFI與方艙內(nèi)各類設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)控制。特別是物聯(lián)網(wǎng)（IOT）開發(fā)與應(yīng)用中得到廣泛的使用[2]，將對(duì)方艙內(nèi)工作模式產(chǎn)生巨大的影響。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

智能方艙控制系統(tǒng)主要包括Android客戶端和集中控制服務(wù)器兩部分，Android智能手機(jī)安裝控制程序以后，用戶就可以通過觸屏和各種設(shè)備進(jìn)行交互。ARM嵌入式服務(wù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)將Android智能手機(jī)的操作指令轉(zhuǎn)發(fā)到方艙設(shè)備，并將方艙設(shè)備的各類狀態(tài)信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)到Android智能手機(jī)上。系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。

Android智能手機(jī)通過WIFI連接到方艙網(wǎng)絡(luò)，ARM嵌入式系統(tǒng)具有無線AP功能，通過以太網(wǎng)連接到方艙網(wǎng)絡(luò)[3]，通過IP接入器連接到方艙內(nèi)各個(gè)設(shè)備（攝像頭、視頻矩陣、液晶電視等），當(dāng)用戶在智能Android智能手機(jī)上進(jìn)行操作后，集中控制服務(wù)器接收到用戶的操作指令后，將操作指令通過AP轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送到方艙內(nèi)相相關(guān)設(shè)備，方艙設(shè)備接收到用戶的操作指令，執(zhí)行指定功能，同時(shí)將設(shè)備的狀態(tài)信息返回到集中控制服務(wù)器的接受端，從而實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)對(duì)方艙內(nèi)各種設(shè)備的指令控制[4-5]。

2 嵌入式模塊的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件平臺(tái)是基于ARM Mali-T860架構(gòu)的處理器瑞芯微RK3399，主頻達(dá)1.8GHz，具備多種數(shù)據(jù)通信接口，USB3.0，PCIE高性能設(shè)備接口，支持常用外接設(shè)備，接口豐富，性能穩(wěn)定。支持 Android、Linux、Ubuntu 等開源操作系統(tǒng)，可以移植開源項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)方艙內(nèi)設(shè)備的控制功能。

2.1 嵌入式Linux移植

為了達(dá)到方艙的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，針對(duì)RK3399開發(fā)平臺(tái)，需要對(duì)Linux做一定的配置和裁剪，再安裝到RK339平臺(tái)中。開發(fā)板交叉編譯器的PC機(jī)上，對(duì)Linux源碼進(jìn)行修改配置，包括修改編譯文件和配置文件，選擇對(duì)艙內(nèi)各個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。完成配置之后，內(nèi)核進(jìn)行重編譯，生成方艙定制的內(nèi)核鏡像。

2.2 無線網(wǎng)卡AP驅(qū)動(dòng)移植

系統(tǒng)所使用的RoHS GWF-3E無線網(wǎng)卡，驅(qū)動(dòng)分為STA驅(qū)動(dòng)和SoftAP驅(qū)動(dòng)兩種，STA驅(qū)動(dòng)支持無線網(wǎng)卡工作在STA模式下，而SoftAP的驅(qū)動(dòng)支持無線網(wǎng)卡工作在軟AP的模式下，可以將RK3399嵌入式服務(wù)器作為一個(gè)軟的接入點(diǎn)，Android智能手機(jī)通過RK3399嵌入式服務(wù)器完成對(duì)方艙內(nèi)部各個(gè)設(shè)備的控制。

下面對(duì)SoftAP驅(qū)動(dòng)進(jìn)行移植：

（1）將RK3399_SoftAP_v2.4.0.1_DBA，dnsmasq- 2.65，wireless_tools.29三個(gè)文件放入/opt/wifiap/目錄;

（2）在RK3399_SoftAP_v2.4.0.1_DBA驅(qū)動(dòng)中，有MODULE、NETIF、UTIL三個(gè)文件，修改文件中的Makefile，內(nèi)容如下，修改完成后進(jìn)行編譯：

CROSS_COMPILE=arm-linux

（3）編譯通過后，將三個(gè)文件中分別生成的可加載模塊，RK3399ap.ko，rtutil3070ap.ko，rtnet3070ap.ko。通過USB接口將這三個(gè)模塊下載到S3C2440目標(biāo)板的/usr/lib/softap目錄下;

（4）拷貝dnsmasq到/usr/sbin，修改dnsmasq可執(zhí)行權(quán)限chmod+xdnsmasq;

（5）運(yùn)行腳本文件startSoftAp。腳本文件中包含的內(nèi)容如下：

dnsmasq -C/etc/softap/dnsmasq.conf ?//開啟dns和dhcpq服務(wù)

echo 1>/proc/sys/net/ipv4/ip_forward ? //開啟路由

（6）利用iwpriv配置SoftAP認(rèn)證信息。

Iwpriv ra0 set SSID = ControlerAP

3 智能方艙客戶端軟件設(shè)計(jì)

3.1 Android客戶端用戶界面

Android手機(jī)方艙控制程序主界面如圖2所示，圖中包含有攝像頭、空調(diào)、云臺(tái)、液晶電視、矩陣、系統(tǒng)設(shè)置，可以選擇要進(jìn)行控制的設(shè)備進(jìn)行操作[6]。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通信

系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)部分采用Client/Server的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器與客戶端通過Socket進(jìn)行通信?？蛻舳送ㄐ懦绦蛄鞒滩襟E如下：（1）初始化;（2）創(chuàng)建Socket長連接;（3）連接Server服務(wù)器;（4）發(fā)送控制指令;（5）結(jié)束。

為實(shí)現(xiàn)智能集控服務(wù)器與下車系統(tǒng)的手持端實(shí)現(xiàn)有效、完整、安全的通信，指定本協(xié)議規(guī)范。

通信協(xié)議規(guī)范如下：（1）所有的命令及數(shù)據(jù)報(bào)文均以ASCII形式傳送;（2）數(shù)據(jù)格式如表1。

通信協(xié)議操作指令格式的有關(guān)說明如下：1）01幀頭：0xCE;2）02請(qǐng)求位：請(qǐng)求ID;3）03手持終端地址：用于標(biāo)識(shí)當(dāng)前操作指令發(fā)送給與智能集控服務(wù)器相連接的任何類終端設(shè)備，以保持每個(gè)手持端的唯一性;如空調(diào)為0x01;4）04設(shè)備種類：用于標(biāo)示與智能集控服務(wù)器相連接的伺類設(shè)備;5）05設(shè)備地址：由設(shè)備廠商提供，用于區(qū)分同類的多個(gè)設(shè)備，保持其唯一性;6）06-08數(shù)據(jù)域1～數(shù)據(jù)域3：用于說明指令碼的操作參見具體設(shè)備協(xié)議，默認(rèn)設(shè)置均為0x00;如空調(diào)工作在制冷模式為0x03 0x00 0x00;7）09結(jié)束位：0x28。

控制空調(diào)工作在制冷模式的數(shù)據(jù)格式見表2。

3.3 數(shù)據(jù)庫

由于方艙中各個(gè)設(shè)備狀態(tài)的信息較少，采用Android平臺(tái)的SQLite數(shù)據(jù)庫。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫的API接口，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪查改等數(shù)據(jù)操作，具備易用性、可移植性、高效性和高可靠性。

數(shù)據(jù)庫主要存儲(chǔ)如下信息：方艙批號(hào)，各個(gè)設(shè)備類型，設(shè)備的各類狀態(tài)信息。

4 結(jié)語

將編譯的手機(jī)應(yīng)用App軟件成功安裝，經(jīng)反復(fù)測試，通過方艙內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)方艙內(nèi)設(shè)備的監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)集中控制和管理。

本控制系統(tǒng)采用智能終端控制方式+嵌入式服務(wù)器，這種方式采用的終端軟件具有易移植和通用性，市場的應(yīng)用價(jià)值較高，便于推廣，本系統(tǒng)所需硬件系統(tǒng)符合國產(chǎn)化要求。

參考文獻(xiàn)

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