自動(dòng)導(dǎo)航電動(dòng)車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究

譚寶成，趙丹丹

（西安工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，陜西 西安 710032）

自動(dòng)導(dǎo)航電動(dòng)車在遠(yuǎn)距離行駛過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些障礙或者故障，如果能夠?qū)崟r(shí)地采集電動(dòng)車的運(yùn)行狀態(tài)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)送往監(jiān)控終端顯示在監(jiān)控界面上，操作人員便可以及時(shí)地對電動(dòng)車的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并做出決策來避免一些問題的產(chǎn)生[1]。據(jù)此研究出了一套用于電動(dòng)車的實(shí)時(shí)通信和遠(yuǎn)程診斷的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 自動(dòng)導(dǎo)航電動(dòng)車監(jiān)控系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)終端（電動(dòng)車），無線通信中心和監(jiān)控終端（控制端）三部分組成[2]，采用客戶/服務(wù)器（C/S）模式，電動(dòng)車以及監(jiān)控終端都作為客戶機(jī)連接到中心通信服務(wù)器上，電動(dòng)車通過公共通信網(wǎng)絡(luò)上傳信息到監(jiān)控終端。系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中數(shù)據(jù)終端采集獲取GPS導(dǎo)航定位的位置、航向、速度、電池狀態(tài)以及前方道路信息視頻等信息；遠(yuǎn)程監(jiān)控終端向多輛電動(dòng)車發(fā)送加減速、轉(zhuǎn)向、剎車、以及電池充電命令；無線通信中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。

2 電動(dòng)車監(jiān)控系統(tǒng)功能的組成

2.1 網(wǎng)絡(luò)通信功能

2.1.1 通信方式以及通信協(xié)議的選擇

常用無線通信技術(shù)如表1所示[3]。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Principle structure of remote monitoring system

可以看出，每一種無線方式都各有的優(yōu)缺點(diǎn)，或者是傳輸距離太短如：紅外線，藍(lán)牙，Wifi以及UWB，或者是成本太高比如說無線數(shù)傳電臺(tái)，或者是傳輸速度慢不滿足實(shí)時(shí)性要求比如GSM，亦或者穿透性差而不適合遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的要求例如Zigbee。

GPRS（General Packet Radio Service）是一種以全球手機(jī)系統(tǒng)（GSM）為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)[4]，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積廣。與其他幾種數(shù)據(jù)傳輸方式相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸具有傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸數(shù)據(jù)量大，傳輸速度快，費(fèi)用相對較低，網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣等顯著優(yōu)點(diǎn)，因而，本系統(tǒng)采用了GPRS網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)，突破任何地域的限制，實(shí)現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

表1 常用的無線通信對比表Tab.1 Comparison table of common wireless communication

在眾多的通信協(xié)議中，TCP和UDP是目前使用最為廣泛地傳輸協(xié)議，它們主要差別在于可靠性。UDP不可靠，不保證數(shù)據(jù)不受損害地到達(dá)目的端，適合于單獨(dú)報(bào)文發(fā)送。TCP具有接收應(yīng)答機(jī)制、亂序到達(dá)數(shù)據(jù)的順序化、對接收到損壞報(bào)文重傳機(jī)制，適合數(shù)據(jù)分成多個(gè)報(bào)文且需要對數(shù)據(jù)流進(jìn)行調(diào)節(jié)情況。鑒于此，本系統(tǒng)選用TCP協(xié)議。

2.1.2 通信格式

通信信息可以分為電動(dòng)車的上傳信息和監(jiān)控終端的下傳命令。信息格式一般由信息頭，具體信息，信息長度組成[5]。

①上傳信息格式（如表2所示）

表2 上傳信息格式Tab.2 Format of upload information

S+ID號(hào)：S表示的是上傳信息的信息頭，ID號(hào)表示電動(dòng)車的車牌號(hào)，占用8個(gè)字節(jié)。

經(jīng)度占8 Byte格式為DDMM.mmm例如：1110.534表示11度10.534分。

緯度占9 Byte格式為DDDMM.mmm，例如：11101.134表示111度01.34分。

速度占4 Byte格式為KKKk，例如：2223表示222.3Km/h。

電池狀態(tài)占用1 Byte為“0”時(shí)表示需要充電；“1”表示電量充足。

上傳時(shí)間表示給信息傳送給監(jiān)控終端的時(shí)間，占用了14 Byte格式為 YYYYMMDDHHMMSS，例如：20130611183240表示2013年06月11日18時(shí)32分40秒。

②下傳命令格式（如表3所示）

表3 下傳命令格式Tab.3 Format of transmission commands

@+ID號(hào)：@表示的是下傳命令的信息頭，ID號(hào)表示電動(dòng)車的車牌號(hào)，占用8個(gè)字節(jié)。

命令類型，用來區(qū)分下傳命令的類型，占用1 Byte。其中“0”表示停車；“1”表示加速；“2”表示減速；“3”表示停車充電。

回傳次數(shù)是指監(jiān)控終端要求電動(dòng)車上傳信息的次數(shù)，占用1 Byte，回傳次數(shù)在1～5次之間，“0”表示正常的傳送信息，“6”表示停止回傳信息。

時(shí)間間隔是指兩次返回?cái)?shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔，占用2 Byte。

2.2 信息的存儲(chǔ)

程序利用ADO與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互[6]，將電動(dòng)車上傳的數(shù)據(jù)存入Access 2003數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫主要應(yīng)用于用戶管理，傳感器數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，以及查詢數(shù)據(jù)3個(gè)方面。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控界面

通過監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)文件創(chuàng)建，電子地圖導(dǎo)航，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信，歷史數(shù)據(jù)查詢，電子郵件功能的切換，各個(gè)菜單項(xiàng)還有子菜單。監(jiān)控界面如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控界面Fig.2 Remote supervision interface

3 通信部分程序設(shè)計(jì)

服務(wù)器端程序，創(chuàng)建一個(gè)winsock1數(shù)組其中winsock1（0）控件專用于監(jiān)聽連接端口，等待客戶機(jī)（即監(jiān)控終端/電動(dòng)車）發(fā)送連接請求，客戶機(jī)通過固定的IP號(hào)向服務(wù)器發(fā)送連接請求，一旦服務(wù)器檢測到客戶機(jī)發(fā)送的連接請求，那么就會(huì)觸發(fā)服務(wù)器中ConnectionRequest事件，winsock1數(shù)組中的其他成員接受了客戶機(jī)的連接并分配給客戶機(jī)一個(gè)唯一的requestID處理值，這樣就創(chuàng)建了連接，而winsock1（0）繼續(xù)去監(jiān)聽其他客戶機(jī)的連接請求，如此循環(huán)往復(fù)。這樣便實(shí)現(xiàn)了一個(gè)服務(wù)器可以同時(shí)與多個(gè)電動(dòng)車進(jìn)行通信。

3.1 連接程序設(shè)計(jì)

連接流程圖如圖3所示。

圖3 連接流程圖Fig.3 Connection flow chart

3.2 發(fā)送接收程序設(shè)計(jì)

發(fā)送接收程序流程圖如圖4所示。

4 實(shí)時(shí)性問題的解決措施

實(shí)時(shí)性是衡量自動(dòng)導(dǎo)航電動(dòng)車監(jiān)控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。解決實(shí)時(shí)性問題關(guān)鍵是解決圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)膯栴}，這是由于圖像信息量巨大，我們使用的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度難以滿足實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊螅瑩?jù)此，提出了以下的解決措施：

首先在眾多視頻壓縮技術(shù)中，選擇碼率低，處理速度快，視頻質(zhì)量佳的壓縮技術(shù)[7-8]。

其次是無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)也是影響視頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊粋€(gè)關(guān)鍵因素。GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快也只有171.2 kbps，我們選用傳輸速度達(dá)到2 Mbps聯(lián)通的WCDMA無線數(shù)據(jù)終端連接3G網(wǎng)絡(luò)，在沒有3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域，將自動(dòng)轉(zhuǎn)為GPRS和EDGE網(wǎng)絡(luò)。

最后在監(jiān)控終端觀看現(xiàn)場情況時(shí)，存在一定的滯后性，為了能夠及時(shí)的控制電動(dòng)車，在檢測到遠(yuǎn)距離障礙物時(shí)提前發(fā)出控制命令，避免不必要的損失。

5 結(jié)束語

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)融合各方面技術(shù)資源對電動(dòng)車進(jìn)行管理、診斷和數(shù)據(jù)分析，能夠大大提高電動(dòng)車效率，從而節(jié)約大量的人力物力。預(yù)計(jì)不久的將來3G、4G無線通訊技術(shù)的不斷普及和完善，更多低碼率、高品質(zhì)的圖像壓縮技術(shù)也將產(chǎn)生，這使得電動(dòng)車監(jiān)控系統(tǒng)的性能不斷的得到提高和完善，那么實(shí)現(xiàn)更加靈活、可靠的電動(dòng)車監(jiān)控系統(tǒng)也將指日可待。

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