一種基于嵌入式Linux的車輛導航防盜控制系統的研究與設計

唐萬偉，馬 將

（唐山學院a.信息工程系；b.網絡教育中心，河北 唐山063000）

0 引言

隨著我國經濟的發展，私家車的擁有量迅速增加，用戶對汽車使用的要求也越來越高，導航防盜車載也已成為私家車的必備器件之一。汽車導航防盜問題的研究也是近年來一直備受關注的熱點問題之一。文獻［1］介紹了一種基于AT89C52的GPS車輛導航設備的研究方法，但單片機在內核資源、處理速度和后續的功能擴展上受到限制。文獻［2］介紹了基于Wince操作系統的研究方法，雖然Wince系統開發相對容易但需要版權費用，并且占用較多的RAM，市場競爭力差。隨著車輛功能的逐步發展和完善，涉及到各種傳感器信息的采集與處理，使各種控制算法的設計與實現會變得十分復雜。如果能有一種車載軟件系統平臺，提供統一的應用接口，將會大大降低系統的實現難度。因此，在該領域進行持續研究勢在必行。

鑒于以上分析，采用嵌入式Linux操作系統設計車輛導航防盜控制系統，該系統集成了GPS導航、GPRS通信、智能手機控制和防盜等功能。考慮到智能手機的普及性，設計使用手機進行車輛的控制應是研究的重點之一。

1 系統實現原理

采用三星S5PV210開發板，嵌入式Linux 2.6.5操作系統，Boot loader版本為 U－boot.1.1.6。通過移植 QT4.7.1的庫到開發板，然后在Ubuntu下用交叉編譯過的QT4.7.1的庫來編譯自主開發的QT主程序，再放到UP6410開發板上運行。

GPS模塊與開發板的串口1連接，波特率為4 800。硬件連接好后，通過軟件設計配置并打開開發板串口1，線程一直讀串口1即可取得GPS模塊測得的當前位置經緯度。

GPRS模塊與開發板串口2連接，波特率為115 200，對GPRS模塊的操作主要是S5PV210通過串口2發送相應的AT指令到GPRS芯片實現相應的功能。

安卓智能手機客戶端利用Android 2.3.3的SDK進行開發，在開發板主控端編寫TCP服務器端程序，并通過開發板網口接上無線路由器形成一個無線局域網，安卓手機客戶端通過選擇WIFI控制模式進行無線通信。此外為了實現更遠距離的控制，在安卓手機客戶端編寫了短信控制模式，在該模式下用戶可隨時隨地對自己車輛進行監控。

2 系統硬件設計

系統包括GPS模塊，GPRS模塊，以及智能手機控制端和防盜報警部分。系統組成框圖如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

其中指紋識別模塊主要是用于汽車的安全防盜設計。溫濕度采集模塊用于實時采集汽車內部和外部的溫濕度數據。

GPRS模塊采用SIM300通訊芯片，該模塊適合工作在環境變化大，周圍環境較惡劣的場所，提供GSM語言，短消息和GPRS上網等業務［3－4］，利用無線移動網絡實現語音傳輸和點對點數據傳輸，模組內具備TCP／IP協議棧，可以直接利用它實現無線上網。模塊使用標準的UART串行通信接口與主芯片進行通信，可以與任何帶有通用UART串行通信接口的控制器進行連接。

GPRS模組主要是實現和整個汽車系統的短信以及電話通信，在系統測試的時候要注意和整個系統的連接，在這里GPRS模塊是通過串口和開發板實現控制的。整個系統中，GPRS模組起到和Android智能手機通信，用戶獲取自己汽車的狀態的作用，并且可以控制汽車的狀態，比如開關窗，開關車門，開關空調，開關天窗等功能。

GPS接收機的型號為環天BR－355滑鼠型GPS接收器，其內超大電容可儲存快速取得的衛星訊號資料，RS232連接具有強力磁性可吸附于車輛上，GPS模塊接收到衛星依據NMEA協議提供的定位信息［5］，在設計中起到了車輛定位以及獲取實時路況的功能。

3 系統軟件設計

3.1 主控模塊的設計

系統工控界面基于諾基亞Qt軟件設計開發，實際操作時點擊控制控件時觸發信號，然后調用相應的槽函數，在槽函數里面做相應的處理。工控界面的結構圖如圖2所示。

圖2 工控界面的結構圖

其中點擊設置控件，可以進行溫濕度閾值的設定，超出閾值范圍可以對空調進行相應的操作，也可以點擊控制控件進行空調手動控制。點擊報警控件后可以根據選擇開啟紅外報警，指紋識別，雷達測距等功能。進入每個子界面后都可以按返回控件回到圖2主界面。為了增加系統的休閑娛樂功能，開發了打地鼠、鉆石情緣等小游戲。

點擊導航控件進入車輛導航模式，出行時對于路徑的選擇在GPS模塊上有相應的算法。

步驟一：選擇起始點位置、目的點位置，根據地圖匹配算法找出與坐標對應的道路起始節點StartNum，終止節點EndNum。

步驟二：調用最優路徑算法 Dijkstra（inti，intj）找出i，j之間的最短路徑。該算法封裝在類Cmlnpath。

步驟三：將找到的最優路徑的節點保存到鏈表中，依次用線段連接起來并顯示在地圖上（即路徑渲染）。用Cminpath：：SavePath（inttarget）、Cminpath：：Displaypath（）方法實現。

3.2 安卓手機客戶端應用程序設計

設計利用JAVA語言編寫安卓手機客戶端監控軟件，實現用戶對車輛的遠程控制。程序流程框圖如圖3所示。

圖3 安卓手機客戶端程序流程框圖

安卓手機客戶端程序主界面用戶可選擇進入GPRS短信控制模式或WIFI控制模式。在短信控制模式下，用戶可設定車載電話號碼，通過點擊相應的操作按鍵，客戶端即可發送相應控制指令到車輛服務器端，從而實現短信遠程交互與監控，其控制界面如圖4所示。

圖4 短信控制模塊的控制界面

4 結束語

汽車導航防盜控制系統可作為車輛上的車載設備，實現車輛實時智能導航與車內舒適化控制。車主可隨時隨地通過手機監控自己車輛的實時狀態，車輛防盜控制進一步加強。雙模式的安卓手機客戶端能使車輛的遠程控制省去許多繁瑣的操作，用戶只需簡單觸摸按鍵便可實現對車輛的各種控制并查看車輛實時狀態。

［1］ 林粵偉，吳則舉.基于AT89C52的GPS車輛導航設備研制［J］.電子產品世界，2012（10）：48－49，60.

［2］ 劉軍，石存杰，韋龍平，等.智能車載導航與電話系統設計［J］.重慶交通大學學報：自然科學版，2013，32（1）：139－142，151.

［3］ 來印敬，張曙光.基于S3C2440的車載GPS／GPRS跟蹤監控系統研究與實現［J］.現代電子技術，2011，34（19）：168－170，182.

［4］ 何小衛，王愛華，馬躍.基于GPRS的GPS車載終端通信技術研究［J］.計算機應用，2008，28（11）：2952－2954.

［5］ 鄧利，趙又群，王樂，等.嵌入式與GPS在汽車運動狀態實時監控中的應用［J］.農業裝備與車輛工程，2008（11）：11－14.