楊曉輝 王超 張淑艷

摘? ?要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和汽車(chē)化時(shí)代的到來(lái)，車(chē)輛為人們出行帶來(lái)方便的同時(shí)，也產(chǎn)生了一系列問(wèn)題，如交通阻塞、能源消耗、車(chē)輛管理等。文章主要研究車(chē)輛追蹤定位、安全防護(hù)、控制與管理等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與路、車(chē)與人的有效連接，并對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的一些關(guān)鍵技術(shù)提出解決方案，希望能夠?yàn)檐?chē)輛管理和交通安全等方面做出些許貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián);傳感網(wǎng)絡(luò);開(kāi)放式多媒體應(yīng)用平臺(tái)處理器;追蹤定位

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快以及人們生活水平的提高，全球汽車(chē)數(shù)量快速增長(zhǎng)，導(dǎo)致交通阻塞、車(chē)輛安全、能源損耗等一系列問(wèn)題。為應(yīng)對(duì)這些難題，世界各國(guó)開(kāi)始著眼于“智能交通系統(tǒng)”的研究，而“智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)”就是智能交通的重要技術(shù)手段，車(chē)輛追蹤定位安防系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用于車(chē)輛管理領(lǐng)域的一種監(jiān)測(cè)設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)車(chē)與人、車(chē)與車(chē)、車(chē)與路、車(chē)與第三方服務(wù)器的有效連接搭建了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)并提供最佳解決方案。市場(chǎng)上的車(chē)輛追蹤定位安防系統(tǒng)一般僅是安裝了GPS和報(bào)警系統(tǒng)，無(wú)法做到高效、智能化的人、車(chē)、路等多方信息的接入。因此，設(shè)計(jì)一套智能化、實(shí)時(shí)性好、多網(wǎng)接入的車(chē)輛追蹤定位安防系統(tǒng)具有一定的意義和價(jià)值[1]。

1? ? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是面向車(chē)輛追蹤、定位、安全防護(hù)以及網(wǎng)絡(luò)信息接入等領(lǐng)域的研究，在保證車(chē)輛安全、網(wǎng)絡(luò)接入的狀態(tài)下，解決車(chē)輛的智能化監(jiān)管和個(gè)性化控制的問(wèn)題。車(chē)聯(lián)網(wǎng)追蹤定位安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括：傳感器采集系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、和網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)3個(gè)部分。

傳感器采集系統(tǒng)由模數(shù)（Analog-to-Digital，AD）轉(zhuǎn)換電路、溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、震?dòng)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?dòng)傳感器與AD轉(zhuǎn)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(lái)自傳感器和外網(wǎng)的數(shù)據(jù)，并可根據(jù)輸入信息數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)主要是指通過(guò)信號(hào)接收模塊接收微波信號(hào)，變頻到中頻信號(hào)，由主控系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，DSP）模塊進(jìn)行主載波的捕獲與跟蹤、副載波的檢測(cè)與解調(diào)，最后，將解調(diào)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)計(jì)

2.1? 控制系統(tǒng)

主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的是Cortex-A8構(gòu)架的OMAP3430微處理器，由德州儀器公司設(shè)計(jì)，主頻可達(dá)800～1 000 MHz，內(nèi)置DSP和現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）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(yùn)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(shè)計(jì)中包括溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、震?dòng)傳感器、紅外熱釋電傳感器。震動(dòng)傳感器和火焰?zhèn)鞲衅饔糜谄?chē)防盜和車(chē)內(nèi)火患檢測(cè)，采集信息后轉(zhuǎn)換為模擬的電壓信號(hào)，須經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給主控系統(tǒng)進(jìn)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(chē)內(nèi)溫濕度信息和周邊人員情況。GPS模塊用于采集當(dāng)前車(chē)體的位置信息，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的追蹤和定位功能。

2.3? 信號(hào)接收系統(tǒng)

信號(hào)接收系統(tǒng)通過(guò)天線(xiàn)接收微波信息，將微波信息變頻為中頻信號(hào)，經(jīng)主控系統(tǒng)的DSP模塊進(jìn)行處理并實(shí)現(xiàn)主載波的捕獲與跟蹤、副載波的監(jiān)測(cè)與解調(diào)。最終將得到的數(shù)據(jù)信息送到控制界面顯示[3]。主控系統(tǒng)的FPGA模塊負(fù)責(zé)主載波的捕獲與跟蹤、副載波解調(diào)、匹配濾波，DSP模塊負(fù)責(zé)數(shù)字載波環(huán)、位同步和數(shù)字信息處理。接收原理框架如圖2所示。

3? ? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

OMAP3430微處理器完美兼容多種實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可根據(jù)需求進(jìn)行裁剪和移植[4]。本設(shè)計(jì)采用Android操作系統(tǒng)作為運(yùn)行環(huán)境，它是以L(fǎng)inux為基礎(chǔ)的開(kāi)源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)流程包括：

（1）啟動(dòng)并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(lèi)控件的建立。

（3）將各類(lèi)控件進(jìn)行重新排布，使界面劃分更清晰、明確。

（4）設(shè)置相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，并編寫(xiě)回調(diào)函數(shù)功能。

（5）檢測(cè)嵌入式主控系統(tǒng)與GPS模塊握手成功與否。

（6）通過(guò)GPS定位系統(tǒng)獲取經(jīng)度、緯度、時(shí)間等基本信息。

（7）接入地圖庫(kù)函數(shù)，分析計(jì)算數(shù)據(jù)，獲取位置信息并進(jìn)行定位。

（8）通過(guò)局部傳感網(wǎng)獲取單體車(chē)輛基本信息，如運(yùn)行情況、設(shè)備溫度等。

（9）將獲取的數(shù)據(jù)信息送到QT界面控件，在電容屏上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

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

（11）通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)主控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程管理端的數(shù)據(jù)交互功能。

具體軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)追蹤定位安防系統(tǒng)的基本功能，檢測(cè)時(shí)間低于1 ms，完全滿(mǎn)足一般車(chē)輛追蹤定位的基本要求，融合目前嵌入式終端開(kāi)發(fā)技術(shù)及無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)監(jiān)控、嵌入式設(shè)備監(jiān)控一體的監(jiān)控方式，提高了車(chē)輛追蹤定位的可靠性及監(jiān)控效率。

在此項(xiàng)目的研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)感受到了學(xué)院對(duì)科研工作的大力支持，項(xiàng)目組也在研發(fā)過(guò)程中積累了大量的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，該項(xiàng)目的完成也為今后項(xiàng)目組進(jìn)行其他的科研工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王超，楊曉輝.基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的魚(yú)類(lèi)培育環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無(wú)線(xiàn)互聯(lián)科技，2018（10）：122-123.

[2]田紀(jì)亞，王超.基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)室監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無(wú)線(xiàn)互聯(lián)科技，2018（11）：69-70，73.

[3]王超，楊曉輝.智慧實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（4）：81-82.

[4]劉楊，李君興.魚(yú)類(lèi)多樣性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[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