林曉斌，林　晨

（閩江學(xué)院　物理學(xué)與電子信息工程系，福建　福州　350108）

1　引言

隨著城市建設(shè)程度和人們生活水平的不斷提高，汽車消費(fèi)量急速增加，汽車偷盜案件也居高不下，而被盜汽車追回的概率極低[1].目前可對汽車進(jìn)行全天不間斷、高精度的智能防盜系統(tǒng)價格不菲，還存在暴露隱私的風(fēng)險，只有極少部分車主使用，故開發(fā)低價且防盜功能完善的高水平智能車載系統(tǒng)具有很重要的意義.移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，使得對汽車的實(shí)時定位監(jiān)聽等功能的實(shí)現(xiàn)成為可能，為研發(fā)智能車載系統(tǒng)增添了極大的助力.

項(xiàng)目基于ARM9平臺及嵌入式Linux操作系統(tǒng)搭建了一個嵌入式系統(tǒng)軟硬件平臺，借助QT集成開發(fā)環(huán)境，在現(xiàn)有智能車載系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研發(fā)完善了智能防盜模塊，該模塊集車輛監(jiān)控、智能警報(bào)、車輛追蹤、智能鎖車和用戶注冊登錄等功能于一體.通過調(diào)試和測試，完善后的多功能智能車載系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，具備成本低、功耗低、靈活性高、可靠性好、易開發(fā)和易擴(kuò)展等優(yōu)勢.

2　開發(fā)平臺概述

2.1　硬件平臺

項(xiàng)目選用ARM9的友善之臂MINI2440[2]為移植的硬件平臺，其價格低廉并支持多種文件系統(tǒng).它采用三星生產(chǎn)的S3C2440A為微處理器，主頻400MHz，板載 64M SDRAM，128M NAND FLASH，2M NOR FLASH，32位數(shù)據(jù)總線，1個100M以太網(wǎng)的RJ-45接口，3個串行口，12M無源晶振，內(nèi)部實(shí)時時鐘，并提供了各類GUI硬件接口，為QT的移植與開發(fā)提供了良好的硬件基礎(chǔ).

2.2　軟件平臺

采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺.它是一種自由和源碼開放的類Unix操作系統(tǒng)，支持多用戶，多任務(wù)，多線程以及多個CPU，提供字符界面和圖形界面.嵌入式Linux既繼承了Internet上無限的開放源代碼資源，又具有支持周邊大量硬件設(shè)備，驅(qū)動豐富；功能強(qiáng)大的內(nèi)核，性能高效、穩(wěn)定、多任務(wù)；可移植性好；完善的網(wǎng)絡(luò)通信、圖形文件管理機(jī)制等優(yōu)良特性，是移植QT的最佳軟件平臺.

QT是由挪威TrollTech公司研發(fā)，是一款支持多平臺的C++圖形用戶界面庫.其模塊化程度高，重用性好，提供了一種信號和槽的對象機(jī)制來替代回調(diào)機(jī)制，具有可查詢和設(shè)計(jì)的屬性以及強(qiáng)大的事件和事件過濾器，還具有字符國際化，使各個控件之間的協(xié)同工作變得十分簡單.QT Creator是全新的跨平臺QT IDE，可單獨(dú)使用，也可與QT庫和開發(fā)工具組成一套完整的SDK.

3　基于ARM9與QT的多功能智能車載系統(tǒng)研發(fā)

3.1　軟硬件平臺搭建

智能防盜模塊的硬件平臺主要由主控模塊、GPS數(shù)據(jù)采集模塊、GPRS通信模塊、LCD模塊等組成.主控模塊選用ARM9的友善之臂MINI2440開發(fā)板，處理和協(xié)同各個模塊之間的通信，各個模塊通過串口同處理器相連，GPS模塊負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星信號，GPRS模塊實(shí)現(xiàn)信息交互，LCD模塊顯示相關(guān)信息.硬件平臺為開發(fā)智能防盜模塊奠定了基礎(chǔ)，模塊功能的實(shí)現(xiàn)需要軟件來完成，軟件設(shè)計(jì)的好壞，關(guān)系到功能模塊的性能及可靠性.ARM處理器是應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)，其應(yīng)用軟件的開發(fā)屬于跨平臺開發(fā)，首先建立交叉編譯環(huán)境和啟動系統(tǒng)引導(dǎo)程序，然后將Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行移植，即對內(nèi)核進(jìn)行裁剪，配置相應(yīng)的硬件平臺，重新編譯并下載到硬件平臺，最后開發(fā)GPS、GPRS、LCD、串行口等外設(shè)的硬件驅(qū)動程序和應(yīng)用程序.這樣即可搭建好所需要的軟硬件平臺.

3.2　智能防盜模塊研發(fā)

3.2.1車輛監(jiān)控功能

車輛監(jiān)控功能包括實(shí)時定位功能和車內(nèi)實(shí)時監(jiān)控功能，前者由GPS模塊實(shí)現(xiàn)，讀取GPS數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解析，顯示定位信息，后者由USB攝像頭、GPRS通信模塊實(shí)現(xiàn)，采用USB攝像頭拍照獲取車內(nèi)實(shí)時場景圖片，發(fā)送至服務(wù)器和用戶處查看是否異常.

實(shí)時定位功能是對GPS數(shù)據(jù)的讀取、解析以及定位信息的顯示實(shí)現(xiàn)的.GPS數(shù)據(jù)輸出格式采用的是NMEA-0183格式，包括經(jīng)緯度、速度、時間和磁偏角等字段，為GPS動態(tài)導(dǎo)航定位應(yīng)用提供了充分的信息.首先通過初始化函數(shù)Initial實(shí)現(xiàn)GPS初始化，再調(diào)用函數(shù)Receive_GPS來接收GPS數(shù)據(jù)信息，并將接收到的信息存在GPS_BUF緩沖區(qū)中，由于接收到GPS的信息不止一條語句，但我們所關(guān)注的經(jīng)緯度、速度、時間等定位數(shù)據(jù)均可從“$GPRMC”幀中獲取得到，因此選取“$GPRMC”語句進(jìn)行定位信息提取.提取定位信息后通過函數(shù)GPS_Parse進(jìn)行解析獲得定位信息利用函數(shù)Show_GPS輸出GPS定位信息，最后改寫LCD寄存器，設(shè)置參數(shù)，配置緩沖區(qū)相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行清屏顯示即可實(shí)現(xiàn)汽車實(shí)時定位功能.

車內(nèi)實(shí)時監(jiān)控功能采用USB攝像頭拍照獲取車內(nèi)實(shí)時場景圖片，通過GPRS通信模塊進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的讀取，解析和發(fā)送實(shí)現(xiàn)的.通過函數(shù)gprs init()初始化 GPRS模塊，調(diào)用 AT+CSQ、AT+CPIN等命令確認(rèn)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)和模塊狀態(tài)，然后設(shè)置APN無線接入點(diǎn)，激活PDP，建立TCP/IP連接，發(fā)送車內(nèi)實(shí)時場景圖片至服務(wù)器和用戶移動端確認(rèn)是否異常.

3.2.2智能警報(bào)功能

智能警報(bào)功能在原有車載系統(tǒng)單一警報(bào)功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行了細(xì)化拓展，包括碰撞警報(bào)、區(qū)域警報(bào)、劫車警報(bào)和車禍警報(bào)，并根據(jù)不同的警報(bào)反饋及時有效地救援措施.通過MINI2440開發(fā)板中的1至4號按鍵進(jìn)行模擬報(bào)警，分別是模擬碰撞警報(bào)、區(qū)域警報(bào)、劫車警報(bào)和車禍警報(bào)，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞、越出區(qū)域、劫車、車禍時，觸發(fā)其中對應(yīng)的按鍵，就會產(chǎn)生一個中斷信號，根據(jù)中斷信號的類型將會執(zhí)行相應(yīng)的警報(bào)信息，通過GPRS模塊實(shí)現(xiàn)信息交互，將相關(guān)的警報(bào)信息上傳服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)警報(bào)信息類型做出不同響應(yīng).發(fā)生碰撞時發(fā)送碰撞警報(bào)信息，服務(wù)器接收信息后給用戶發(fā)送警報(bào)信息.汽車越出區(qū)域時發(fā)送區(qū)域警報(bào)信息，且根據(jù)汽車位置的變化實(shí)時發(fā)送GPS定位信息，服務(wù)器接收信息后給用戶發(fā)出汽車越區(qū)行駛警告信息，等待用戶反饋，若用戶未及時做出反饋實(shí)時電話報(bào)警.發(fā)生劫車時發(fā)送劫車警報(bào)信息，并拍照上傳車內(nèi)實(shí)時情況和實(shí)時GPS定位信息，服務(wù)器接收信息后實(shí)時電話報(bào)警，并將實(shí)時GPS定位信息和車內(nèi)情況進(jìn)行保存為后續(xù)警方破案提供有利線索.發(fā)生車禍時發(fā)送車禍警報(bào)信息給服務(wù)器，請求監(jiān)控服務(wù)器的支援.當(dāng)警報(bào)消除時，車載端應(yīng)該上傳消除相應(yīng)警報(bào)的信息數(shù)據(jù)包給服務(wù)器清除對應(yīng)報(bào)警狀態(tài).

3.2.3車輛追蹤功能

車輛追蹤功能主要通過實(shí)時定位功能和GPRS無線通信模塊實(shí)現(xiàn)的.通過實(shí)時定位功能可實(shí)時定位車輛位置信息，即調(diào)用函數(shù)Receive_GPS接收GPS數(shù)據(jù)信息，從“$GPRMC”幀中提取經(jīng)緯度、速度、時間等定位數(shù)據(jù)，調(diào)用函數(shù)GPS_Parse進(jìn)行解析獲得定位信息，利用函數(shù)Show_GPS輸出GPS定位信息實(shí)時定位車輛位置信息，然后通過GPRS無線通信模塊調(diào)用函數(shù)Send_msg_to_server將車輛實(shí)時位置信息傳回服務(wù)器，服務(wù)器接收到實(shí)時定位信息后利用函數(shù)Server_gps_req對其解析處理并將其顯示于繪制好的電子導(dǎo)航地圖上，從而實(shí)時獲知車輛位置進(jìn)行追蹤定位.

3.2.4智能鎖車功能

智能鎖車功能是在發(fā)生盜車、劫車等危險情況用戶端未及時給予反饋時觸發(fā)的，觸發(fā)的指令是通過函數(shù)on_act_suoche_triggered()實(shí)現(xiàn)的，服務(wù)器接收到鎖車指令時，將以最高權(quán)限下達(dá)遠(yuǎn)程鎖車指令鎖定指定車輛的油路和車門，調(diào)用函數(shù)server_lockcar_req()實(shí)現(xiàn)，當(dāng)危險情況解除時，用戶端發(fā)送取消鎖車的信息到服務(wù)器，服務(wù)器下達(dá)遠(yuǎn)程解鎖指令對車輛進(jìn)行解鎖.

3.2.5用戶注冊登錄功能

用戶注冊登錄功能包括用戶注冊和用戶登錄兩個部分，用戶注冊是未注冊的用戶將車牌號或手機(jī)號發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行免費(fèi)注冊，服務(wù)器調(diào)用lineEdit-＞text().toStdString()接收用戶發(fā)送的帳號和密碼，然后利用 connect_thread-＞start()、heart_thread-＞start()、msgdeal_thread-＞start()語句實(shí)現(xiàn)用戶信息注冊，注冊后的用戶信息采用MD5加密算法[6]進(jìn)行不可逆加密，即使是開發(fā)人員也無法獲取用戶信息，很好地保證用戶信息的安全性.該算法被廣泛地應(yīng)用于注冊登錄認(rèn)證上，當(dāng)用戶需要登錄時，對用戶錄入的信息進(jìn)行MD5哈希運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果與已存儲好的MD5值進(jìn)行比對判斷.用戶登錄是已注冊好的用戶向服務(wù)器發(fā)送帳號和密碼，直接登錄系統(tǒng)享受智能車載系統(tǒng)提供的服務(wù).

3.3　圖形化界面顯示

智能防盜模塊的圖形化界面采用QT Creator繪制，根據(jù)模塊功能需求，制作了服務(wù)端、移動端和車載端3個窗口.服務(wù)端窗口的菜單欄由監(jiān)控管理和幫助兩個部分組成，監(jiān)控管理包括信息顯示、鎖車命令、解鎖命令、系統(tǒng)請求、跟蹤定位等子菜單，幫助項(xiàng)是簡介服務(wù)端功能，通過QMenu和QAction實(shí)現(xiàn).窗口布局以左右1：2的比例進(jìn)行分割，左窗口以1：1的比例進(jìn)行上下分割，上部分主要顯示監(jiān)控車牌號和歸屬地，下部分主要顯示車輛監(jiān)控及安防信息，右窗口以1：2的比例進(jìn)行上下分割，上部分可以根據(jù)輸入的控制車輛號進(jìn)行車輛控制、救援、刪除和定位，通過pushbutton控件添加4個按鈕事件實(shí)現(xiàn)，下部分繪制電子地圖，創(chuàng)建Map實(shí)例，初始化地圖設(shè)置中心點(diǎn)坐標(biāo)和地圖級別，添加地圖類型控件，設(shè)置地圖顯示的城市為福州即可完成電子地圖的繪制.移動端窗口菜單欄由選項(xiàng)和幫助兩項(xiàng)組成，其中選項(xiàng)的子菜單包括用戶注冊、用戶登錄、鎖車命令、解鎖命令、車輛追蹤、取消追蹤和車輛監(jiān)控.窗口的布局以1：2比例上下分割，上部分顯示車牌號和歸屬地，下部分顯示電子地圖.車載端窗口菜單欄由菜單和幫助兩項(xiàng)組成，其中菜單的子菜單包括定位、監(jiān)控、導(dǎo)航、請求救援等.窗口部分顯示目前車輛的位置信息，并在電子地圖中標(biāo)注呈現(xiàn).對完善后的智能防盜模塊進(jìn)行調(diào)試和測試，運(yùn)行效果良好，服務(wù)端測試效果如圖1所示.

圖1　服務(wù)端測試圖

4　總結(jié)與展望

基于ARM9與QT的多功能智能車載系統(tǒng)研發(fā)是在保留原有智能車載系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，研發(fā)具有車輛監(jiān)控、智能警報(bào)、車輛追蹤、智能鎖車和用戶注冊登錄等功能的智能防盜模塊，經(jīng)過調(diào)試和測試，運(yùn)行效果良好，具備成本低、功耗低、靈活性高、可靠性好、易開發(fā)和易擴(kuò)展等優(yōu)勢.各種前沿的科學(xué)技術(shù)正在融入汽車防盜，未來的汽車防盜必將有更新更廣闊的發(fā)展.

參考文獻(xiàn):

〔1〕張巍.基于ARM9的嵌入式汽車導(dǎo)航與防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].大連海事大學(xué),2009.

〔2〕霍春寶,吳峰,梁波.基于 ARM9 和 GPRS 的圖像采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,32(06):351-353.

〔3〕（美）Robert Love.LINUX 內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

〔4〕霍亞飛.Qt Creator快速入門(第 2 版)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.

〔5〕楊敏，等譯.密碼編碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.