基于RASPBERRY-PI的汽車故障監(jiān)測應(yīng)用

吳征洋 逯慧敏

摘?要：基于RASPBERRY-PI模塊研制出一款汽車故障監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以RASPBERRY-PI作為核心控制模塊，實時監(jiān)測汽車各部件使用情況是否正常，當(dāng)汽車發(fā)生故障無法正常運行時，車主只需要打開該系統(tǒng)就可迅速檢查出是汽車哪個部件出現(xiàn)故障，并提供給車主維修方案，該系統(tǒng)期望達(dá)到的效果是既能幫助車主省去在偏遠(yuǎn)地區(qū)等待汽修公司的煩惱，也能正確區(qū)分汽車故障中的真故障和假故障。

關(guān)鍵詞：RASPBERRY-PI：汽車故障監(jiān)測

中圖分類號：U472?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.11.043

作者簡介：吳征洋（1999-），男，漢，山西太原人，本科在讀，研究方向：計算機科學(xué)與技術(shù)。

通訊作者：逯慧敏（1987-），女，漢，山西太原人，碩士，講師，研究方向：馬克思主義理論。

0?引言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，消費者對于汽車的購買能力也越來越強。為出行方便，車輛也成為家庭必不可少的配備，在這樣的狀況下，汽車故障也成為有車一族的困擾，尤其對于汽車系統(tǒng)不太熟悉的司機，在報修的描述中常常無法準(zhǔn)確表述汽車所發(fā)生的故障，導(dǎo)致在長途行車或者遠(yuǎn)離市區(qū)時，維修人員不能準(zhǔn)確判斷故障原因。這就需要一種技術(shù)能夠方便地建立起維修人員與不同位置和不同設(shè)備的聯(lián)系方式，使汽車維修人員能夠?qū)崟r掌握圖像、聲音、溫度等在實際現(xiàn)場才能獲取的數(shù)據(jù)。

項目主要探索通過RASPBERRY（樹莓派）-PI模塊研制出一款汽車故障監(jiān)測系統(tǒng)，以此正確反饋汽車故障，使維修人員在遠(yuǎn)程情況下判定故障發(fā)生狀態(tài)和原由。

1?項目的硬件支持體系

2019年6月發(fā)布的樹莓派4B版本，搭載1.5 GHz的64位四核處理器（Broadcom BCM2711， Quad core Cortex-A72 （ARM v8） 64-bit SoC @1.5 GHz），其配備全吞吐量千兆以太網(wǎng) （PCI-E 通道）、雙micro HDMI輸出，支持4 K分辨率、microSD存儲系統(tǒng)增加了雙倍數(shù)據(jù)速率支持率等功能，這為項目提供了硬件支持。我們發(fā)現(xiàn)樹莓派4B在探測物體的速度上比上一代樹莓派3B+快了70%左右，物聯(lián)網(wǎng)的感測系統(tǒng)結(jié)合這一特點通過快速穩(wěn)定的探測汽車故障點，可以準(zhǔn)確將故障返回電腦系統(tǒng)。

本系統(tǒng)中視頻監(jiān)控系統(tǒng)選用樹莓派ZERO W，不僅僅因為樹莓派ZERO W的便攜，它還集成了無線網(wǎng)卡，這樣就可以特別方便地裝到任何地方。尤其是樹莓派 ZERO W攝像頭套件，套件中包含了一個能將樹莓派主板和紅外夜視攝像頭合體在一起的3D打印外殼。之后利用軟排線將攝像頭和樹莓派連接起來通電使用。在此過程中，項目將一個端口的流量數(shù)據(jù)復(fù)制到另一個端口，即將系統(tǒng)刷到樹莓派中，給樹莓派配置以合適的IP 地址，通過運行bash腳本，當(dāng)腳本順利完成后，所有的服務(wù)都被激活，在電腦端或者手機瀏覽器中用戶可以看到數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)中的圖像識別項目采用TensorFlow 的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識別功能和樹莓派進(jìn)行有效結(jié)合，這個結(jié)合不需要價格昂貴的CPU，但又能有效避開傳統(tǒng)的背景圖像分類技術(shù)中的短板。在汽車故障的識別中，不可能進(jìn)行手動選擇汽車故障部位的模式。利用TensorFlow 的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識別功能，在樹莓派上運行圖片分類器。只要樹莓派能夠有所保障，在設(shè)備上直接進(jìn)行圖像流處理也是完全能實現(xiàn)。為了更加精確定位和進(jìn)行反饋圖像的分類識別，項目通過對更大和更多樣的數(shù)據(jù)集，意在建立一個更加穩(wěn)定和無偏差的識別器。經(jīng)過多次試驗，在電腦上進(jìn)行過實操后，我們發(fā)現(xiàn)這種做法對于將來雛形的微調(diào)也非常方便，而中端CPU就足夠可以滿足需求，這一選擇即使應(yīng)用在汽車故障的解決中也非常合理便捷。

系統(tǒng)中的溫度傳感系統(tǒng)，項目將溫度傳感器和樹莓派連接。這個部分和基于樹莓派的智能家居理念類似，但是又有所不同，智能家居在讀取溫度后，需要根據(jù)用戶設(shè)定的穩(wěn)定值調(diào)整過高的溫度。而汽車在發(fā)動后，有些溫度升高不一定是要通過樹莓派和溫度適配器調(diào)試的，它僅僅需要實現(xiàn)正確讀取和反饋功能就可以。所以在溫度值的讀取和反饋系統(tǒng)中，相對會簡單。對于反饋項目采用 I2C 讀取溫度值，然后利用樹莓派制做小型web服務(wù)器，服務(wù)器采用python flask，聯(lián)合用jinja2模板，將溫度數(shù)據(jù)傳到模板里面，前端用圖表庫處理數(shù)據(jù)顯示出來。

系統(tǒng)中的聲音輸出也是項目選擇樹莓派的一大亮點和便捷點，樹莓派支持HDMI音頻輸出，所以默認(rèn)的情況下，樹莓派是通過HDMI輸出音頻的。用戶在手機端使用時，自帶音頻。我們需要解決的是，維修人員在電腦上查看視頻的同時，如何能同時接收到聲音的反饋，尤其是在臺式電腦的操作下，如何接收聲音反饋，這就需要進(jìn)行合適的配置調(diào)整才能實現(xiàn)。首先我們通過系統(tǒng)啟動器，打開用戶終端。在終端輸入：sudo raspi-config，把光標(biāo)移到Advanced Options，接著把光標(biāo)移到Audio，把光標(biāo)移到3.5 mm jack上，回車確定。然后通過按Esc退出樹莓派系統(tǒng)設(shè)置，接著聲音輸出就從HDMI改為3.5 mm耳機孔了。

2?項目的軟件支持體系

項目在尋找到適配的硬件后，至關(guān)重要的就是對于軟件的考慮。只有硬件，沒有軟件的支持，一切都只能是處于構(gòu)想。而樹莓派官方默認(rèn)搭載的Debian系統(tǒng)形成的Raspbian更是此項目的不二選擇。本項目選用的Python語言具有完全免費、面向?qū)ο?、簡單易學(xué)、可移植性強等特點，并且可實現(xiàn)對硬件底層的訪問和控制。盡管我們觀察到樹莓派社區(qū)中發(fā)布的操作系統(tǒng)版本已經(jīng)達(dá)到幾十種，包括Fedora，Ubuntu Mate，Windows IoT等，而Raspbian是開源Linux操作系統(tǒng)的發(fā)行版 Debian的分支，它擁有的軟件包早已多于35萬，是一個非常成熟的生態(tài)體系，實現(xiàn)了Python、Java、C語言等廣泛應(yīng)用的語言支持，無疑為后續(xù)的物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)提供便利。

項目正是基于樹莓派的便捷和越來越快的識別速度，結(jié)合官方軟件包來準(zhǔn)確的定位汽車故障。但是針對汽車發(fā)生的故障，目前維修人員已經(jīng)將汽車故障大致分為真故障和假故障兩種類型。在樹莓派的合理應(yīng)用下，車主在長途行車過程中，通過樹莓派對于故障的反饋，維修人員可高效識別是否是真故障。

3?項目開發(fā)解決的主要難點

（1）上文提到維修人員對于汽車故障大致區(qū)分真故障和假故障。尤其在真故障當(dāng)中的電子信號系統(tǒng)的識別相對困難，當(dāng)今汽車系統(tǒng)中存在五種基本類型的電子信號，分別為脈寬調(diào)制信號、串行數(shù)據(jù)（多路）信號、交流（AC）信號、頻率調(diào)制信號、直流（DC）信號，把這五種基本的汽車電子信號稱為“五要素”。汽車電子化程度越來越高，因為不可視、不專業(yè)，造成新手車主無法準(zhǔn)確表達(dá)汽車發(fā)生故障的直接原因，這也是本項目最為花費時間的部分。

（2）在項目研究過程中，團(tuán)隊成員比較重視采用樹莓派作為底層終端收集攝像頭、圖片處理器、溫度感應(yīng)器的數(shù)據(jù)，而汽車如果只監(jiān)控一個故障部位或者少量部位，可以用WiFi作為媒介接入以太網(wǎng)交換機，同時采用樹莓派內(nèi)置的HTTP服務(wù)直接顯示到某臺電腦上或者手機瀏覽器上。

4?結(jié)語

RASPBERRY-PI作為目前比較熱門的微型開發(fā)板之一，尤其是現(xiàn)在已經(jīng)迭代到更高級的第四代，其性能更為優(yōu)越，本項目以RASPBERRY-PI為核心針對不太懂汽車專業(yè)知識的車主提供一款具有類似于PC性能的故障檢測系統(tǒng)，車主安裝本系統(tǒng)后可以實時監(jiān)測汽車各部件以及查看發(fā)生故障的原因和時間節(jié)點，為汽車用戶及時提供解決方案，為車主省時省力省錢，并能針對車主做出一些有損汽車部件的行為給予提醒，從而延長汽車的使用壽命。

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