張宇，趙利，蔡成林，唐俏笑

（桂林電子科技大學信息與通信學院，桂林541004）

0 引言

車載終端作為車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起點，承擔著車輛與交通信息的全面感知和采集，是部署整個車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的先行者[1]。為解決現(xiàn)有終端信息整合能力的不足，本文提出了一款基于4G 無線通信的嵌入式車聯(lián)網(wǎng)信息采集終端。該系統(tǒng)以S5PV210 處理器為核心，配合4G通信模塊、北斗定位模塊、無線網(wǎng)卡模塊、網(wǎng)絡攝像頭模塊和支持Wi-Fi 連接的傳感器設備，實現(xiàn)車載終端對車輛運行環(huán)境中多種信息的采集和上傳。

1 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要分為車載終端應用域和控制中心域兩部分。車載終端應用域主要由車載終端和各種傳感器外設組成，負責車輛環(huán)境下的位置信息、視頻信息和駕駛員身份等信息的采集和上傳?？刂浦行挠?qū)④囕d終端應用域采集并上傳的數(shù)據(jù)進行處理，作為車輛遠程管理的數(shù)據(jù)依據(jù)，系統(tǒng)的構(gòu)架如圖1 所示。

2 硬件設計

車載終端硬件電路采用模塊化設計，即把功能模塊集成在單獨的電路板，然后再統(tǒng)一安裝在車載終端底板電路板上，增強終端的硬件擴展能力和可維護性。車載終端硬件采用Tiny210 核心板作為主控制器電路，然后在底板上引出UART、GPIO、USB、LCD、I2C等常用的接口用于連接各功能模塊。功能模塊包括SIM7600CE 無線通信模塊、UM220 北斗定位模塊、RTL8192CU 無線網(wǎng)卡模塊、LCD 顯示模塊和DM9000以太網(wǎng)控制器電路等，終端的硬件總體框圖如圖2所示。

圖1 車載終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 主控核心板

嵌入式處理器使用的是友善之臂公司的Tiny210核心板，核心板搭載S5PV210 處理器，同時標配一顆512MB 的NAND Flash 芯片，四顆32 位的DDR2 規(guī)格的DRAM。處理器核心通過高性能總線（AHB Bus）和先進的可擴展接口總線（AXI）和儲存器、多媒體和外部接口控制器等進行通信[2]。

圖2 硬件電路設計圖

2.2 4G無線通信模塊

4G 無線通信采用SIM7600CE 通信模塊，SIM7600CE 是一款SMT 封裝的模塊，支持LTE CAT4，LTE CAT4 上行最大速率50Mbps，下行最大速率150Mbps，SIM7600CE 支持標準的RS-232 串行通信，支持語音數(shù)據(jù)和短消息的通信，支持TCP/IP、PPP 通信協(xié)議[3]。SIM7600CE 和ARM 處理器的USB2 口直接相連，工作電壓4.2V，借助4G 無線通信模塊強大的數(shù)據(jù)傳輸能力實時的和車聯(lián)網(wǎng)控制中心進行通信。

2.3 北斗定位模塊

北斗定位模塊采用和芯星通公司的UM220 模塊，該模塊同時支持BD2 和GPS 獨立定位和多系統(tǒng)聯(lián)合定位，選用串口通信的方式和ARM 處理器進行通信。UM220 模塊工作電壓范圍是2.0V 至3.6V，這里配置為3.3V，第22 引腳為備用電源引腳，當主電源意外斷電后，這個引腳可為芯片內(nèi)部關(guān)鍵部件繼續(xù)供電，以維持模塊正常運行[4]。

2.4 無線網(wǎng)卡模塊

Wi-Fi 通信模塊采用基于瑞昱RTL8192CU 芯片的模組來實現(xiàn)。RTL8192CU 是一款低功耗，高線性輸出功率的Wi-Fi 芯片，遵循802.11n 標準，采用雙天線技術(shù)，無線傳輸速率達到300M，支持雙發(fā)雙收（2T2R）。同時向下兼容IEEE802.11b/g 標準。模塊采用3.3V 的工作電壓，通過USB 接口和處理器核心板進行通信[5]。

3 軟件設計

如圖3 所示，軟件數(shù)據(jù)處理采用多線程的方法，每個模塊的信息處理都在單獨的線程內(nèi)完成，數(shù)據(jù)保存在相應的子線程緩沖區(qū)中，主線程按照JT/T808 協(xié)議封裝子線程緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，最后再調(diào)用4G 通信子線程發(fā)送數(shù)據(jù)。多線程技術(shù)在提高了數(shù)據(jù)處理速度的前提下，降低了系統(tǒng)的開銷，使得繁雜的數(shù)據(jù)處理變得高效簡

潔[6-7]。

圖3 軟件結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)測試

為檢測車載終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，對模塊采集的1000 個數(shù)據(jù)分別進行處理，然后按照JT/T808 協(xié)議進行組幀，最后經(jīng)過4G 網(wǎng)絡上傳到車聯(lián)網(wǎng)控制中心，計算控制中心接收到的有效數(shù)據(jù)和模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量之比[8]，即數(shù)據(jù)包傳輸率，如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)傳輸測試結(jié)果

實驗結(jié)果表明：數(shù)據(jù)傳輸過程中會存在丟包現(xiàn)象，但是總的來看數(shù)據(jù)包的傳輸率能達到90%以上，視頻傳輸在能夠滿足車聯(lián)網(wǎng)控制中心對車輛各項數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控需求。

5 結(jié)語

本文提出并開發(fā)出一種基于4G 的車聯(lián)網(wǎng)綜合信息采集終端，實現(xiàn)對運輸車輛位置信息、視頻信息和外部設備信息的綜合采集和上傳。車載信息終端以Linux 為操作系統(tǒng)平臺，基于S5PV210 為核心處理器，通過USB 控制器、UART 控制器和以太網(wǎng)控制器等去驅(qū)動功能模塊進行數(shù)據(jù)采集，并實現(xiàn)4G 網(wǎng)絡下信息的上傳。隨著無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展和智慧交通的興起，4G 車聯(lián)網(wǎng)終端將會廣泛應用于物流運輸、公交系統(tǒng)等行業(yè)[9]。