汽車遠程控制終端的設計研究

摘? 要：文章主要研究北斗衛星定位系統、移動通訊系統、汽車CAN總線，在汽車遠程控制的設計及應用。研究的目的在于借助車內網與車際網的通信而最終實現用戶通過手機遠程與汽車進行通訊，操控汽車的硬件、軟件，最終實現無論車在哪里，只要有移動信號的地方都可以輕松啟動、熄火、解鎖、關鎖、定位、預熱車輛，提前調整車廂內溫度。

關鍵詞：CAN總線;北斗定位系統;遠程啟動;MCU系統

中圖分類號：TP273;U469.72? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）15-0032-04

Design and Research of Automotive Remote Control Terminal

WU Weizhong

（Guangzhou Yuefeng High & New Technology Co.，Ltd.，Guangzhou? 510663，China）

Abstract：This paper mainly studies the design and application of Beidou satellite positioning system，mobile communication system and automobile CAN bus in automobile remote control. The purpose of the research in the network and international network of communication and finally realizes the user through the phone communicate with car，remote control car of hardware，software，and finally realize no matter where is the car，as long as there is mobile signal can easily start，flameout，unlock，shut，positioning，preheating vehicles，adjust the car ahead of the temperature in the cabinet.

Keywords：CAN bus;Beidou positioning system;remote start;MCU System

0? 引? 言

汽車“無鑰匙”啟動已經在絕大部分新車上得到了應用，實現簡約式啟動與熄火的過程，比傳統的插鑰匙打啟動的方式方便很多。汽車制造商為了增加市場競爭力，使得大部分中高配的汽車已經有了這個智能設備，在科技進步帶給人們方便的同時，我們也要考慮到它可能存在的潛在風險。利用無線通訊終端通過OBDII接口接入與車內CAN總線進行數據通訊，而實現車際網與車內網的連接，實現“車聯網”。還可以解決一系列的用車問題：系統會第一時間通知您愛車被蹭了，碰了;您只需要拿出手機點擊上鎖按鈕，系統立即會為您關閉好門窗;打開APP就可以查看愛車有沒有超速，違章，以及檢測車輛是否正常。

1? CAN總線概述

在當前汽車應用領域，車內電器控制單元（Electrical Control Unit，ECU）可能多達70個，除了引擎控制單元（Engine Control Unit，ECU）外，還存在傳動控制、安全氣囊、ABS、巡航控制、EPS、音響系統、門窗控制和電池管理等模塊，雖然某些模塊是單一的子系統，但是模塊之間的通訊互連依然非常重要。德國Bosch公司為解決現代汽車中眾多的控制模塊與執行模塊之間的數據交互而開發的一種通信協議——汽車CAN總線控制局域網（Controller Area Network，CAN）。

目前CAN總線網絡已被廣泛地應用在汽車上如圖1所示，有的子系統需要控制執行器和接收傳感器反饋，CAN總線可以滿足這些子系統數據通訊的需求。汽車內部的各個子模塊系統的總線互連架構使得能更輕易地實現安全、經濟、便利、經濟性。

同時CAN總線實現了汽車各個系統模塊間互連系統由傳統的點對點連接的方式向成為先進的總線布局模式的進化，降低了汽車內部電子系統布線線束的復雜度、提高了生產的效率。

2? 汽車遠程控制終端原理設計

汽車遠程控制終端由電源管理系統模塊、OBDII汽車接口模塊、GSM/GPRS模塊、藍牙模塊、北斗定位模塊、身份認證模塊、啟動接口模塊、MCU系統模塊、CAN模塊、K-Line模塊、其他（溫度、振動）等模塊組成，其系統結構圖如圖2所示。

電源管理系統模塊：通過內部電源管理系統將汽車電源有效分配給各電路模塊所需的電源，由MCU根據運行策略對各模塊用電進行管理控制，設計電路原理如圖3所示。總輸出電源是采用美國德州儀器半導公司的LM2576SX-5.0的穩壓電源芯片，該芯片最高輸入電壓為45V，最大輸出電流為3A、輸出電壓為5V。該芯片具有內部集成完善的電流限制及熱關斷電路等保護電路，外圍只需較少的元器件即可構成高效穩壓電路，成本較低的有利于規模化應用;MCU供電采用XC6206，供電輸出壓為+3.3V;定位模塊的供電及藍牙模塊的供電采用SP6205-3.3V低壓差的電源芯片，通過對芯片的使能腳進行控制，當使能腳的電平為“0”時，停止輸出+3.3V的電壓，以此來實現對電源的控制;移動通訊GSM/GPRS的電源由總電源5V經過二極管D1將電壓降至4.3V左右，然后通過對MOS場效應管Q2的柵極的使能來實現電源輸出的控制;身份認證模塊的電源跟CPU采用的是同一輸出源，通過其對MOS場效應管Q1的柵極的使能來實現對身份認證模塊電源的控制;系統通過MCU系統模塊的對供電電壓檢測讀取VIN電源輸入的電壓來判斷當前汽車電瓶的工作狀態。

OBDII汽車接口模塊：汽車通訊方式大致由K-Line總線和CAN-BUS總線組成，其中使用基于ISO協議的K-Line通訊方式，通過串行通訊方式與設備相連接，采用的通訊模式為半雙工的通信方式，采用美國STMicroelectronics公司生產的L9637D作為K-Line通訊接口芯片，CAN總線系統同樣也是使用了ISO的協議，它基于網絡型分布方式存在，具有很強的可擴展性，采用荷蘭恩智浦半導體（NXP Semiconductors）公司的TJA1051T作為CAN-BUS通訊接口芯片與汽車CAN總線進行通訊，目前從2008年7月份起強制規定國內市場上所有銷售的車輛都必須適配這種ISO協議，因此通過該ISO協議實施可以更方便地接入不同廠家品牌的汽車，增加產品兼容性。通過K-line和CAN兩種接口連接的方式如圖4所示與汽車總線上各ECU單元模塊進行數據通信，以實現對汽車上的各種電器單元的控制，同時還可以讀取車輛的運行的狀態。（注：有些數據通訊為各廠家私有，可能需要相關儀器讀取并驗證后再進行應用。）

為：M35FA的GSM模塊、BM77的藍牙模塊、ATGM332D北斗定位模塊、身份認證接口。

GSM模塊：采用上海移遠公司的M35FA的通訊模塊，該模塊為四頻GSM/GPRS模塊，較小的尺寸，及超低功耗和寬工作溫度范圍，適用于車載的應用，SMS短信、語音通話、GPRS數據傳輸是車內網與車外網的重要通訊渠道。

藍牙模塊：藍牙模塊采用創杰BM77雙模模塊，該模塊為透傳雙模藍牙模塊，集成底層藍牙通訊協議，支持BLE 4.0+SPP 3.0+IAP協議，采用短距離的終端與手機藍牙建立加密數據連接，實現數據及指令傳輸交互功能。主要用以解決近距離的身份識別認證問題。

北斗定位模塊：采用杭州中科微電子有限公司自主獨立研發的單芯片AT6558的低功耗特色的ATGM332D定位模塊，該模塊支持中國北斗導航定位系統、美國GPS全球衛星導航系統的雙系統定位模塊。提供準確的時間、空間位置、速度、運行方向等重要信息，結合GIS地理信息系統可以實現多種功用的應用，如實時位置、軌跡查詢、電子圍欄等。

身份認證模塊：采用有線連接的方式與汽車防盜系統對接以獲取汽車有效控制權限。

啟動接口模塊：由剎車檢測、啟動控制、剎車控制電路組成，如原車有一鍵啟動功能的可以直接接入使用。如圖6所示。（注：如原車不帶一鍵啟動功能的可以另行加裝一鍵啟動的功能。）

MCU系統模塊：型號為STM32F103CBT6是意法半導體公司的32位ARM Cortex-M 32位處理器。處理器的最高運行頻率：72MHz，FLASH：128KB，RAM：20KB，3路U（S）ART通訊口、1路CAN通訊口、通用I/O有36個，主要進行數據處理，通訊控制。U11為WS420振動傳感器模塊，其主要的作用為：在停車、熄火、鎖門的狀態下，檢測車體的振動。溫度傳感器采用DS18B20，通過其感知車廂內溫度狀況，用于空調溫度的遠程預調節控制。如圖7所示。

3? 場景應用

根據實際使用的情況列舉了以下幾種應用場景，如圖8所示。

遠程啟動：主機接收到啟動指令后，先進行身份驗證，當確認身份合法后，使能剎車信號，使能啟動，同時讀取汽車狀態，將汽車狀態信息與位置信息一起打包上傳平臺。通過APP軟件實時了解當前車輛的啟動狀態。

空調控制：主機接收到空調控制指令后，先進行身份驗證，確認身份合法后，啟動汽車，通過傳感器讀取車內溫度，通過CAN總線控制空調進行加熱或者制冷，將車廂溫度信息、位置信息、狀態信息一起打包上傳平臺。通過APP軟件實時了解當前車內溫度狀態。

遠程開門、開窗：主機接收開門、開窗后，先進行身份驗證，確認身份合法后，開啟車門或者升降窗，同時將位置信息、車輛的門窗狀態等信息一起打包上傳平臺。通過APP軟件實時了解當前車輛的狀態。

蹭、碰提醒：在停車、熄火、鎖門的狀態下，如果振動傳感器被觸發后，可以通過SMS、語音的方式向車主發送報警信息，也可以通過用車APP提醒用戶車輛在什么時間、位置出現異常需要關注。

4? 結? 論

通過智能終端簡單方便高效地解決了車內網與車外網之間的連接，同時獲取了汽車的控制權，解決了用戶日常用車不便的問題。同時，還可以通過授權管理的方式將其應用于企事業單位的用車管理，也可以以平臺授權認證的方式將其應用于目前較為流行的共享經濟的社會服務。

參考文獻：

[1] 鄔寬明.CAN總線原理和應用系統設計 [M].北京：北京航空航天大學出版社，1996.

[2] 周立功.ARM嵌入式系統基礎教程 [M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[3] CAN Specification 2.0 Part A [S]. Philips Semiconductors，1993.

作者簡介：吳偉忠（1987.09-），男，漢族，廣東蕉嶺人，技術總監，本科，研究方向：車聯網汽車電子技術。