基于Android系統汽車遠程啟動及防盜系統的研究

于鑫洋，鄒常豐*，侯森垚，劉 群，王 粵，趙 曦

(1.東北林業大學 交通學院，哈爾濱 150040；2.東北林業大學 機電工程學院，哈爾濱 150040)

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基于Android系統汽車遠程啟動及防盜系統的研究

于鑫洋1，鄒常豐1*，侯森垚2，劉 群2，王 粵1，趙 曦1

(1.東北林業大學 交通學院，哈爾濱 150040；2.東北林業大學 機電工程學院，哈爾濱 150040)

針對傳統汽車的遠程實時控制及防盜性能較差的問題，提出移動設備遠程控制的新型控制方案，實現通過安卓手機對汽車進行遠程實時防盜監控；在手機終端與遠程服務器之間采用網絡連接，實現數據的高速傳輸；在遠程服務器與車載控制模塊之間采用GSM網絡連接，保證了數據傳輸的穩定性；在車載控制模塊與汽車節點設備之間采用CAN總線網絡連接，實現了各節點設備的互通互信；在調試后，本系統實現了通過安卓手機對發動機的啟動與熄火，對車輛所在位置的定位以及調用地圖顯示汽車的實時位置等功能，具有廣泛的擴展性。

遠程控制；CAN總線；GSM網絡

0 引 言

隨著現代汽車的不斷發展和如今智能手機的普及，汽車將向著智能化的方向發展，汽車的遠程智能控制也會逐漸的流行[1]。在當前汽車行業信息化建設以及車聯網的進程中，防盜系統得到了高度的重視和迅速的推廣[2-4]，成為今后汽車行業信息化建設的重要內容和必然趨勢。CAN(控制器局域網絡Controller Area Network)總線技術已經在汽車領域得到了非常成熟的運用。借助CAN總線，可以實現車載控制模塊對汽車各節點設備進行通訊[5-6]。Android系統的移動設備較其他系統應用廣泛，選擇基于Android系統移動設備汽車遠程啟動及防盜系統作為主要研究內容[7-13]，以適應未來汽車的發展，實現人們經濟、環保、安全和舒適的乘駕體驗。

1 設計方案

該汽車遠程控制系統為實現通過手機終端遠程控制汽車點火、熄火以及定位等功能，提高汽車安全性能，讓駕駛者能夠安心駐車，即使在車輛被盜情況下也能實現遠程監控的效果，可將整個系統分為以下幾個部分，嵌入式系統安卓智能設備軟件設計、基于單片機車載控制器的車載控制終端、車載部分CAN節點設置、車載端與遠程控制端信息通信。

該系統中通過設計一個手機客戶端，用戶可通過客戶端發出指令，經由網絡，與遠程服務器之間建立連接，服務器與單片機車載控制器之間通過GSM網絡實現信息傳輸[14-16]，從而將客戶端命令信號傳遞給控制器，控制器根據設定好的程序，執行命令指令，通過CAN總線網絡在車載端內部發送指令信號并接收反饋信號，從而控制車載端執行器工作，達成控制目的，其系統組成如圖1所示。

圖1 系統框圖Fig.1 System Chart

2 設計原理

2.1 車載控制系統設計

該系統車載終端采用了開源電子原型平臺Arduino微處理器作為主控制器，同時應用GPS、GPRS以及CAN等模塊，采集車輛狀態及定位信息等數據，經過Arduino微處理器的處理后通過GPRS網絡與通信服務器進行數據傳輸[17-19]。

車載設備中主要有主控制器、GPS模塊、CAN模塊、GPRS通信模塊和電源模塊等組成。主控制器選擇的是Arduino微處理器 Mega 1280微處理器，GPS模塊采用的是U-BLOX的NEO-6M，CAN模塊選用的是Microchip的Mcp2515控制器，GPRS模塊使用的是SIMCOM的工業級的SIM808模塊，電源模塊用的是降壓型穩壓芯片LM2596，其結構框圖如圖2所示。

系統軟件設計方面選擇使用開源硬件Arduino微處理器的集成開發環境來進行編寫，編程語言是基于Wiring，語法使用規則類似于C語言。軟件主程序流程如圖3所示。主程序包括系統初始化和循環檢測以及中斷程序等，設置了高低優先級。服務器上的特定位置設置變量來控制汽車的啟動和熄火，1為啟動指令，0為熄火指令，可由安卓手機端來修改。當要控制汽車啟動時，安卓端點啟動按鈕后，服務器上的特定位置設置變量變為1，并返回到車載端從而控制汽車啟動。同理類似也可控制汽車熄火。單片機通過GPRS模塊接收用戶的命令，并在處理后給予回復。Arduino控制器通過AT指令控制SIM808模塊完成各種功能。AT指令集是從終端設備(TE)或者數據終端設備(DTE)向終端適配器(TA)或者數據電路終端設備(DCE)發送的。通過TA、TE發送AT指令來控制移動臺(MS)的功能，與GSM網絡業務進行交互。用戶可以通過AT指令進行呼叫、短信和數據業務等方面的控制。AT指令必須以“AT”或者“at”開頭，以回車()結尾。

圖2 結構框圖Fig.2 Structure chart

圖3 主程序流程圖Fig.3 Main program flow chart

車載移動終端通過GPS模塊獲取汽車當前的位置和時間等信息，GPRS模塊再通過GPRS網絡將所獲取的信息不斷的向通信服務器傳輸。同時，GPRS模塊也不間斷的從服務器上查詢是否有數據需要返回，通過這種方法實現了移動終端與通信服務器的雙向數據傳輸。從服務器上傳回終端的數據信號通過串口傳輸給Arduino微處理器處理并根據信號執行相應的操作。安卓手機也要通過網絡協議與通信服務器建立連接，安卓手機可根據用戶指令隨時從服務器調取所需要的信息或發送數據到服務器。通過這種方法，車載移動終端和手機客戶端通過通信服務器間接的連接在一起，達到手機與汽車之間的信息交互以及遠程控制汽車的目的。

2.2 手機終端設計

隨著智能手機的普及，手機在生活中的地位也隨之提高，手機應用在各個領域也迅猛發展。車輛作為人們出行不可或缺的代步工具，其遠程操控有著舉足輕重的地位。用戶通過手機對車輛進行遠程控制成為了必然的發展趨勢。本系統的設計就是基于Android平臺的手機設計一款APP，實現對車輛的啟動、熄火和定位等一系列的操作。具體的手機軟件界面如圖4所示。圖中所示圖標自左至右、自上至下分別代表的功能為啟動與熄火、油量檢測、發動機轉速檢測、胎壓檢測、定位、啟動與停止報警。其中啟動與熄火、定位、啟動與停止報警等功能已經實現，油量檢測、發動機轉速檢測、胎壓檢測等功能處于待開發狀態。

圖4 手機軟件界面Fig.4 Mobile phone APP interface

首先要搭建Android的開發環境。Android程序是用Java語言編寫，所以要安裝Java開發工具；而編輯環境是使用Eclipse工具包執行，故需要Eclipse完整工具包再加上Android開發工具及插件就構成Android開發環境。Eclipse是一個開發平臺，要在Eclipse中編寫任何一種開發語言的程序，必須依靠插件工具包，Eclipse利用Android開發工具插件(ADT Plugin for Eclipse)將AndroidSDK 整合到Eclipse集成開發環境當中。Android軟件開發工具包(Android SDK)提供完整的AndroidAPI、Android應用程序調試工具及Android模擬器。解壓出android-sdk-windows文件夾后，設置安裝SDK安裝工具包路徑以后，啟動SDK Manager，選擇自己需要的SDK版本進行安裝。

本系統采用的地圖是高德地圖。高德定位SDK提供了LBS定位功能，開發者可以便捷的為應用程序添加定位功能，通過手機自帶的GPS信息以及網絡信息，可以智能判斷用戶場景，以更快的響應速度來實現精準的定位功能。如圖5所示為實際測試時的定位信息。

圖5 定位信息Fig.5 Location information

將定位開發包拷貝至libs的根目錄下。添加KEY以及相關權限配置。實現定位接口，然后設定定位接口的生命周期。通過POST的方法向服務器發送獲取經緯度的指令，通過get的方法得到定位后的經緯度信息。運用http協議讀取返回值看具體定位信息。圖6為實現定位功能的關鍵代碼。

圖6 定位功能關鍵代碼Fig.6 Key codes of positioning functions

2.3 系統安全設計

隨著物聯網在中國各個領域的應用，車聯網也迅速發展普及，在實現了車與車、車與人、車與路之間的信息傳遞后，其溝通中所存在的安全問題則隨之顯得尤為突出重要。在網絡技術如此發達但網絡安全卻相對薄弱，那么在利用車聯網的同時，也應解決服務器、車載端、手機端之間信息傳遞中存在的安全問題。為了解決該問題，可從系統整體安全、系統網絡安全和系統信息安全3方面入手。

系統的整體安全性將通過三位一體式的安全系統來保證，其工作方式如圖7所示，三位一體式安全系統由U盾保護、電子證書、手機NFC授權三部分組成。U盾保護是指利用U盾的內置微型智能卡處理器，通過手機NFC授權保證線路正常，電路一旦被強行修改，沒有得到授權，芯片將被短路，數據被鎖定，從而保證信息的安全。電子證書即利用其方便靈活，信息防偽安全性高等優點安裝在服務器端與U盾配合使用進行唯一授權。當車載端需要被改動時也同時要求手機NFC授權，且具有記憶功能。另外，當U盾自毀后也需要手機授權后更換U盾以恢復數據。這三者相互作用，有機聯系，從而保護整個系統的信息。

圖7 三位一體安全系統Fig.7 Trinity security system

網絡安全涉及很多方面，也是社會所面臨的問題。在本系統中，重點保障服務器、車載端、手機端3方面的安全。服務器方面主要通過做好硬件維護，做好數據備份，做好定期網絡檢查3種方法維護其安全性。車載端則是運用U盾、手機、服務器綜合作用，授權保護。另外運用加密算法，將整個算法進行加密，使得在Arduino微處理器即使通過某種手段取出源代碼也會是進行加密之后的代碼。在手機端的安全方面，由于安卓系統本身所造成的應用加密安全性較弱的原因，所以采用了手機端電子證書驗證登錄方法，來保證手機端控制的安全性。

在手機端用戶信息安全應用程序檢測及安全監控技術方面，設計出針對 Android 平臺的應用安全監控系統，用于監控和管理用戶手機中已安裝的應用程序。維修時的用戶信息是最容易被泄露的。這套系統在維修時的用戶信息也是用三位一體式安全系統來進行保護的。車載端用戶信息則利用U盾的功能，在沒有得到授權的情況下用戶信息將被封鎖，車量的信息也需要被實時的發送給服務器，以達到監控的目的。在第三方平臺的選擇上會選用信用度高的平臺，保護用戶信息不會由此泄露。

該系統安全設計方案有力地從多方面保障了本系統的安全性，使用戶可以安心使用，同時也對當下車聯網的發展中所存在的安全問題指出了一條合理的解決方案，對今后車聯網的應用起到積極作用。

3 結束語

本文所述的汽車遠程啟動及防盜系統是對汽車現有的遠程操控及安全性能所存在的不足，創建一個手機客戶端，使用戶可以通過控制手機終端利用網絡、GPRS模塊、CAN總線實現對汽車發動機轉速、輪胎胎壓、汽車行駛速度的實時監控，發動機熄火與啟動，汽車定位以及調用地圖顯示汽車實時位置。通過實驗驗證，可通過客戶端對汽車狀態進行監控以及對汽車發動機進行控制。

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Study on the Vehicles Remote Ignition and Anti-theftSystem Based on Android System

Yu Xinyang1，Zou Changfeng1*，Hou Senyao2，Liu Qun2，Wang Yue1，Zhao Xi1

(1 College of Traffic，Northeast Forestry University，Harbin 150040；2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Aiming at the problems of remote real-time control and poor anti-theft performance of traditional vehicle，a new control schemes for remote control of mobile devices was proposed，which realized the remote real-time and anti-theft monitor and control through the Android mobile phones.The mobile terminal was connected to the remote server by the network which achieved the high-speed transmission of the data.The remote server was connected to the vehicle control module by GSM network to ensure the stability of data transmission.The CAN bus linking the vehicle control module with the automobile node device achieved the correspondence of every node device.After the debugging，the system realized the functions of the real-time monitoring through the Android mobile phones with respect to the ignition and blowout of the engine.It also achieved to locate the vehicle and the call of the map to show the car’s real-time position，which has a broad application prospects.

Remote control；CAN bus；GSM networks；

2016-05-06

國家級大學生創新訓練計劃項目(201510225006)

于鑫洋，本科生。研究方向：車輛工程。

*通信作者：鄒常豐，博士，副教授。研究方向：交通工程。E-mail：joezou905@163.com

于鑫洋，鄒常豐，侯森垚，等.基于Android系統汽車遠程啟動及防盜系統的研究[J].森林工程，2016，32(6)：81-84.

U 463

A

1001-005X(2016)06-0081-04