基于CC2540的手機APP車輛監控系統

李麗蘭

(南京理工大學 自動化學院，南京 210094)

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基于CC2540的手機APP車輛監控系統

李麗蘭

(南京理工大學 自動化學院，南京 210094)

設計了一種基于TI公司CC2540芯片的車輛監控系統，給出了該系統的硬件設計和軟件流程。該系統可以通過上位機的手機監控APP靈活配置車輛協議,并實現對車輛的里程、油耗等CAN總線數據和GPS數據的監測。實踐證明，該系統具有易于使用、功能完備、耗電量低、可配置性強等優點，在車輛管理方案中具有一定的實用價值。

車輛監測終端；藍牙；CAN；車輛總線協議

引　言

近年來，公車私用的情況時有發生，為了方便進行車輛的管理，需要獲取車輛的油耗、行程以及位置信息。如果要監測某一輛車的使用情況，可在取車的時候讀取出車輛的油耗以及行程進行記錄，然后在車輛使用完成進行交接時，再次讀取這兩個數據,用車人員根據油耗信息進行油費的報銷,從而有效地防止工作人員多報油費的情況發生。診斷終端還可對GPS數據進行存儲，通過對車輛軌跡的查詢即可監測到車輛的使用情況，防止公車私用的情況發生。

本系統中終端通過上位機安卓APP的配置獲取車輛總線數據，進行篩選后，一方面將數據存入SD卡，另一方面將需要的數據通過藍牙發送給上位機。上位機獲取數據以后根據協議進行解析，將解析出的數據以圖表等形式直觀地展現給用戶。

1　總體設計

車輛監控系統分為上位機的手機監控APP、藍牙通信和下位機的監控終端，系統框圖如圖1所示。監控終端主要包括CAN總線模塊、GPS模塊、SD卡和藍牙通信模塊。手機監控APP主要包括協議錄入及初始化模塊、CAN數據監測模塊和GPS數據監測模塊。

圖1　系統框圖

2　監控終端硬件設計

監控終端硬件組成如圖2所示，以TI公司的藍牙芯片CC2540[1-3]為核心，外圍電路包括電源電路、電源監測模塊、數據采集模塊、數據存儲模塊和藍牙通信模塊。

硬件主要功能如下：

① 兩路SPI通信：CC2540與CAN控制器MCP2515通過SPI通信，采集車輛CAN總線數據[4-8]；CC2540與SD卡通過SPI通信，實現SD卡數據的存取。

② 串口通信：CC2540與GPS模塊通過串口通信，獲取定位數據。

③ 藍牙通信：實現終端與手機的交互功能。

④ 電源電路：采用降壓穩壓器TPS54260，將輸入的車輛蓄電池的電壓轉換為相對穩定的5 V電壓，一方面可以給USB接口進行供電，另一方面通過SPX3819M5進一步轉換為3.3 V的電壓給微控制器、SD卡和MCP2515等部件進行供電。

圖2　監控終端組成框圖

3　監控終端軟件設計

監控終端的功能主要包括4個部分：初始化配置、數據采集、數據存儲、歷史數據上傳。數據采集存儲的軟件設計流程如圖3所示。

圖3　數據采集存儲流程

3.1初始化配置

在初始化階段，終端完成硬件寄存器初始化配置及藍牙參數配置；接收上位機配置的待監測CAN總線數據ID及其監測周期；根據上位機配置的時間完成系統校時。

以一定的周期監測CAN總線的數據，接收到CAN總線的數據以后根據監測ID進行篩選。

3.2數據的采集

數據采集包括CAN總線數據和GPS數據采集。利用SPI通信讀寫MCP2515的寄存器，獲取CAN數據，根據相應車輛總線協議進行解析并篩選，將上位機需監控的數據進行存儲。通過串口接收GPS數據，根據NMEA格式進行解析，獲取有效的經緯度信息并存儲[9]。如果上位機配置實時查詢命令，就將采集的相應數據實時上傳。

3.3數據的存儲

系統數據采集的實時性要求較高，因此數據量較大，為了方便用戶查詢，系統采用SD卡文件系統[10]。

數據在SD卡中按照日期進行存儲，即每天的數據存入一個dat文件中，同時獲取當前日期作為該dat文件名，例如20151010.dat。當需要查詢歷史數據時，可精確地定位到相應文件。

3.4歷史數據上傳

圖4　監控終端歷史查詢流程圖

上位機配置歷史查詢命令時，首先根據查詢日期讀取SD卡中的相應文件進行解析，通過藍牙發送給上位機。由于CC2540采用的是藍牙4.0模式，藍牙數據只能通過小包發送[11]。一個數據包最多只能包含20個字節，所以數據需要分包發送。數據的發送速度受到連接間隔的影響，每個連接間隔理論上可以發送4個數據包，但是實際上是達不到的，所以必須嚴格控制數據發送速度從而避免過多丟包，本文設計每個連接間隔發送1或2個數據包。監控終端歷史查詢的操作流程如圖4所示。

4　手機監控APP設計

手機監控APP主要包括兩大模塊：初始化設置模塊和車輛信息監控模塊，其工作流程如圖5所示。手機掃描設備并與監控終端建立藍牙連接，讀取監控終端的車輛類型標志。此時若監控終端還未初始化，或者終端已存車輛類型與APP待監控車輛類型不匹配，則APP跳轉到初始化界面對終端進行初始化設置，最后APP跳轉到數據監控界面。

圖5　APP操作流程圖

4.1初始化設置模塊

選擇相應的監測車型，進入監測數據選擇界面，從數據庫中取出該車型的相關數據類型(比如里程、油耗、速度等)供用戶選擇。初始化界面如圖6所示。

圖6　初始化界面

由于不同類型的車輛的總線協議不同，為了適應不同類型的車輛，初始化模塊還提供了一個協議錄入模板，向用戶提供協議錄入接口，用戶可以手動錄入車輛協議，或者刪除修改數據庫中已存的車輛協議。

4.2車輛信息監控模塊

車輛信息監控模塊又分為GPS數據監控模塊和CAN總線數據監控模塊,并且可以實現實時數據和歷史數據的查詢。其中歷史數據通過讀取終端SD卡內已存的信息進行查詢,由于藍牙數據按小包形式傳輸，數據傳輸速度受到限制，所以系統中規定單次歷史數據查詢時間不超過3天，數據查詢類型不超過3種。如果需要查詢多種數據或者多天的數據，用戶需要分多次查詢。車輛監控流程如圖7所示。

圖7　車輛監控流程圖

選擇GPS數據監控或者CAN總線數據監控。GPS數據監控模塊分為實時監控和歷史查詢。實時監控：向終端發送查詢命令即可接收終端返回的GPS數據，從中解析出經緯度信息，在地圖中進行顯示。歷史查詢：選擇待查詢的時間范圍，并把該時間范圍下發給監控終端，接收終端返回的數據并解析存儲，直至接收到結束標志，再將已存儲的數據在地圖上以車輛軌跡的形式進行顯示。

CAN總線數據監控模塊同樣分為實時監控和歷史查詢。實時監控：該模塊從數據庫中讀取出該車輛類型可以監控的數據類型供用戶選擇，用戶可根據實際需要選擇數據類型，即可根據終端返回的數據進行實時動態顯示。歷史查詢：選擇待查詢時間范圍，進入數據類型選擇界面，類型選定后即可接收CAN數據，解析存儲并以折線圖的形式進行顯示，如圖8所示。

圖8　歷史數據監測圖

結　語

系統使用CC2540作為微控制器，其中內置藍牙模塊，通過藍牙協議棧實現藍牙通信。使用安卓手機APP作為上位機，通過藍牙通信向監控終端發送命令并接收監控終端返回的數據。車輛監控系統實現了對車輛里程、油耗等數據和GPS數據的實時監測和歷史查詢功能，為了擴大使用范圍還制作了協議錄入模版，提供了錄入接口，具有易于使用、功能完備、耗電量低、可配置性強等優點。

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(責任編輯：楊迪娜收修改稿日期：2015-11-17)

42線報警、失電報警和防拆卸功能。本文在對營門持槍崗哨所面臨的安全隱患和崗哨行為特征分析的基礎上，形成了崗哨、應急值班室、指揮中心三點聯動的槍支定位報警方案，為提高部隊處理營門突發事件提供了一種新的技術手段。

編者注：本文為期刊縮略版，全文見本刊網站www.mesnet.com.cn。

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劉芳(講師)，研究方向為檢測技術、無線傳感器網絡；許剛(講師)，研究方向為嵌入式系統、無線定位應用；陳向春(講師)，研究方向為裝備測試及軍事計量技術；劉偉(工程師)，主要從事東風系列機車車檢研究工作。

Vehicle Monitoring System of Phone APP Based on CC2540

Li Lilan

(Department of Automation,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China)

In the paper,a vehicle monitoring system based on TI’s Bluetooth chip CC2540 is designed,and the hardware design and software flow of the system are given.With the monitor APP,the vehicle protocol can be configured flexibly,and the system can realize the monitor of CAN bus data such as mileage,fuel consumption and GPS data of the vehicle.It has been proved that the system has the advantages of easy-to-use,full-featured,low power consumption,high configurable and so on.It has practical value in the vehicle management plan.

vehicle monitoring terminal;Bluetooth;CAN;vehicle bus protocol

TP216.1

A

(責任編輯：薛士然2015-11-06)