嵌入式远程智能汽车监控系统的软件设计

摘要：近年来，我国汽车工业发展迅速，且为推动我国国民经济的增长做出了较大的贡献。作为物联网技术在汽车产业中应用的关键技术，嵌入式远程智能汽车监控系统不仅能够为交通管理部门提供在途车辆的运行状况、驾驶路线等有效行车信息，而且还能够确保人们的行车安全，对于促进汽车产业的发展和保证交通秩序具有重要意义。因此，本文以嵌入式远程智能汽车监控系统作为研究对象，通过对系统及其应用前景进行介绍，在结合其工作原理的基础上，对嵌入式远程智能汽车监控系统的软件部分展开了全面的设计和分析。

关键词：嵌入式远程智能汽车；监控系统；故障诊断专家系统；CAN总线通信

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

前言：电子通讯技术在汽车行业中的应用有效推动了汽车产业的发展，而无缝移动通讯技术的进一步发展也将使汽车成为移动多媒体信息中心，并满足人们日常生产生活的各类信息要求。而随着汽车车载电子设备间数据通信的愈加频繁，智能汽车的研发也得到了较大的进展，面临智能汽车的迅速发展趋势，如何将嵌入式远程监控系统应用到汽车监控工作中以保障部件性能和行车安全，已成为智能汽车发展历进程中亟需解决的问题。

1 嵌入式远程智能能汽车监控系统简介与应用前景

1.1系统简介

汽车联网系统是指，通过将车载终端设备安置在车辆仪表台，从而实现对汽车全部工作状态以及动静态信息进行采集、存储和发送的汽车监控系统。系统主要包括了三个部分，分别为车载终端、云计算处理平台以及数据分析平台，以各类行业对汽车的不同功能需求为依据，从而实现对汽车的有效监控和管理[1]。汽车在行使状态中通常涉及到多向传感器模拟量以及开关量和CAN控制器局域网络的信号数据，当驾驶员在操作汽车运行时，车辆所产生的各类数据信息不断发送至后台数据库，从而汇集成海量数据，并由系统中的云计算平台对海量数据进行过滤拣选，传递至数据分析平台中，而数据分析平台在对接收到的数据进行报表处理后，提供给相关管理人员查看。

1.2前景分析

汽车联网是近年来的一个新兴概念，其本质是通讯网络、传感网络以及服务网络共同构成的集成体系，是一项较为庞大的系统工程。作为一项新兴的战略产业，一方面，系统能够为汽车产业带来良好的效益，并带动发动机制造业等各项相关产业的发展，另一方面，系统还可以为司机和监管部门提供更加完备的车辆信息，确保车辆的安全运行。据专家估计，物联网在未来的产业规模将达到互联网产业的20倍左右，其中，汽车联网的未来产值便会占据整个物联网产值的20%-30%，以此为依据对未来汽车联网的产值进行估计可知，未来汽车联网产值将是互联网行业产值的7倍。根据《国家物联网产业发展研究报告（2012）》，我国物联网产业的总体规模已达到0.8万亿，且到2020年将会超过4万亿[2]。由此可见，汽车联网不仅能够促进汽车行业的发展，而且还能够带动整个物联网产业的快速发展，具有较大的市场潜力。

2 系统工作原理

嵌入式远程智能汽车监控系统是指在移动互联网技术的支持下，将互联网同汽车进行有机结合，通过对汽车中的各类实时信息和相关数据进行采集，如车内人员信息、车辆位置和状态信息等，并借助移动互联网将各类信息实时上传至互联网平台中进行存储和处理，从而支持电脑或手机等终端设备将符合用户实际需求的信息传递给车内人员的车辆信息监控系统，其实质是基于互联网的车载智能化产品，其通过对汽车的各类相关信息进行采集，在借助移动互联网的基础上，将相关信息传递给用户，从而为用户和其他管理部门对各类车辆数据进行分析可处理[3]。同时，用户借助移动互联网把对数据处理的结果反馈给系统，系统在接收相关数据结果后，便会进行适当处理，从而达到对车辆进行智能控制的目的。此外，对于用户或管理部门而言，其还可以利用移动互联网平台对车辆的状态信息、控制信息进行交流，进而帮助其随时掌握汽车的状况，系统的具体功能如下：（1）手机拨打终端可实现其语音提示操作。用户利用手机等设备拨通移动终端的号码后，终端便会通过语音的方法向用户发出提示，并向其提供各类功能的具体使用方法。（2）移动互联网的实施操作，通过移动或国际互联网，用户可实现对系统功能的状态（设置、开启）进行调整的目的；（3）实时监听，用户可通过手机拨通终端号码，进而对当前车内的声音进行监听；（4）移动设备如手机和手提电脑等对汽车前方与车内视频录像的开关状态进行控制，并借助手机对当前汽车的所在位置进行实时查询，并将其以地图的形式进行显示，从而帮助其导航。除上述功能外，嵌入式远程智能汽车监控系统还具有行车记录记载以及一键求援和里程统计等功能。在了解系统相关功能的基础上，下文则着重对系统控制器的软件结构展开了全面的设计和分析。

3 系统的软件结构

3.1系统软件选取

嵌入式远程智能汽车监控系统的软件设计选择微软公司的WindowsCE作为操作系统，选取Embedddcd VC++4.0作为系统开发工具，具体架构如下。

系统整体软件架构是以分层处理结构为基础的，主要包括了实时内核、接口层、驱动层以及协议层和应用层。其中，实时内核的作用为对系统任务进行调度，并负责延时处理以及任务通信与系统的内存管理等工作，而无论是任务调度，还是任务通信等工作，对于系统的运行情况均具有直接的影响，故实时内核部分也是系统调度的核心。应用层主要负责系统实际运行过程中的所需任务，例如，LCD显示任务、CAN总线控制任务、GPS定位信息任务、USB接口任务以及串口任务和音视频等诸多方面任务；协议层则主要负责对嵌入式智能汽车远程监控系统的通信协议进行管理，其所管理的协议种类主要包括了USB协议、GSM、GPS协议以及蓝牙协议和串口协议与CAN协议等[4]。此外，协议层还负责对信息通信过程中的协议进行解析；系统驱动层主要负责相关接口的驱动工作，从而保证其下层接口的有效性，驱动的接口类型主要包括了USB、GSM、GPS、CAN驱动以及蓝牙驱动、串口驱动和摄像头驱动、LCD显示驱动等等。接口层主要包括了系统全部的外围接口工作，如GPS、GSM天线以及前、后摄像头和CAN接口工作等[5]。

3.2各模块功能说明

对嵌入式远程智能汽车监控系统的软件部分进行分析可知，其主要包括了中央调度模块、CAN模块、实时监测模块以及故障诊断模块和监测数据库模块与报警处理模块，各模块的功能如下：（1）中央调度模块，主要负责各个模块的调度工作并实现不同模块间的数据、信号通信；（2）CAN通信模块，此模块主要负责完成底层通信协议和数据传送协议；（3）实时监测模块，此模块通过把汽车处于正常工作状态下的标准参数与其运行状态的采集数据进行比较，以各项数据的差别程度对车辆状态等实时信息进行监测和报警，其实质工作是初步对运行状态进行诊断，因此，此模块也具有较强的对相关故障实时处理的特性；（4）故障诊断模块，在上述实时监测模块得以良好运行的基础上，故障诊断模块以专家系统方法为依据，对当前车辆的运行状态进行较深层次的诊断，同时，对可能发生的故障进行预警，并诊断车辆的既有故障；（5）监测数据库，监测数据库的功能主要为存放由CAN总线通信控制系统采集传送来的信号，主要包括了汽车的位置和行车状态等数据，从而供上述实时监测与故障处理模块调用；（6）报警处理模块，报警处理模块通过LCD显示屏文字报警、声光报警等方式向有关监管部门和车内人员进行故障预警，并将相关预警信息及时传递至驾驶员和监管人员方面，使其对各类故障进行及时处理[6]。

3.3系统软件架构

对系统的软件流程图进行分析可知，程序在启动时，会首先关闭系统的总中断，而后才进入系统的初始化工作，初始化工作的任务量较多，主要包括了系统中央处理器的初始化、GSM（全球移动通信系统）与USB初始化和时钟初始化。当系统初始化工作结束后，便开始进入自检工作，进而检查系统自身是否完好无损，各部分模块功能是否能够顺利实现，如对外围传感器、执行器等相关器件的检查，并将其记录下来，进行存储[7]。自检工作结束后，对系统上次关机前状态进行检查，并判断相关状态信息是否被上传至管理服务器，若未上传，则需要将状态信息存到系统的发送缓存器方面，进而准备发送，否则，则需要对操作系统进行初始化处理，通过创建任务并打开移动终端，实现对任务的实时调度工作，进而将系统的实际控制权转移至操作系统方面。

3.3故障诊断专家系统

故障诊断专家系统是嵌入式远程智能汽车监控系统的重要组成部分，其主要是采用一种规则推理的方法进行设计的。对汽车行使状态进行分析可知，由于其关键状态较多，且不同状态均会对汽车的行使安全产生不同程度的影响，加之部分状态之间还存在着耦合关系，因此，作为一个具有多传感器的信息系统，嵌入式远程智能汽车监控系统需要将各个传感器中的数据进行高度的融合和处理，进而获得各数据的关联矩阵，进而为故障专家诊断系统提供信息数据源。考虑到汽车在其行驶过程中的故障诊断较为模糊，即各类潜在故障所具备的不确定性，故整个故障专家诊断系统均采用产生式规则将专家知识表达出来，此类规则的一般表达式如下：R# if A the B then CF（B，A），表达式中R#表示规则编号“if***”为故障的表现，then为所产生的表现得原因，CF表示当前车辆诊断过程中产生式规则的置信度数值，可具体理解为权值，即因素A对因素B的支持程度[8]。由此可知，置信度CF的取值范围为[0，1]。仍需说明的是，在故障诊断的专家知识库当中，其内部所有规则共同构成一个推理网络，且此推理网络为层层递进的。

3.4 CAN总线通信控制系统

对嵌入式智能汽车监控系统进行分析可知，系统运行过程中，各类信号的采集单元和嵌入式处理单元全部作为一智能节点而挂载到系统CAN总线上。其中，嵌入式处理单元的作用尤为明显，其主要角色和功能为，作为系统中央处理模块，读取各个信号采集智能单元所发送的数据。由此，制定出系统软件中CAN总线通信模块的流程图，在对流程图进行分析后可知，中央处理系统模块同车辆的CAN总线通信网络连接，从而对总线上的所有数据帧进行接收。值得注意的是CAN网络中，数据是以报文为单位进行传输的，而各单元节点对CAN访问的方式则多以取位仲裁为主。每个CAN总线数据帧主要由八字节的数据与标识符共同构成，以标识符为依据，可进一步判断出发送相关数据帧的采集智能单元，而后，根据事先设计好的同此信号采集智能单元的通信协议，便可对CAN总线数据帧中的八个字节数据做出进一步解析，并最终获取实际参数值。

结论：本文通过对嵌入式远程智能汽车监控系统的结构和前景进行分析，在结合系统工作原理的基础上，对其实时监听和语音提示等功能做出了系统说明；在系统的软件结构方面，通过选取Embedddcd VC++4.0作为系统开发工具，对远程智能汽车监控系统的实时内核、接口层、驱动层以及协议层和应用层等作用进行了详细阐述，并对中央调度模块、实时监测和故障诊断等模块功能予以探析，结合所给出的软件架构，着重对故障诊断专家系统而后CAN总线通信系统的设计方法展开研究。研究结果表明，检测系统的体系结构包括了多个汽车状态监测的功能，且各功能具有较强的拓展性。未来，可进一步加大嵌入式远程智能汽车监控系统的研究力度，在满足人们各类行车需求的基础上，促进汽车产业健康、持续的发展。

参考文献：

[1]敖弟坪.浅议嵌入式远程智能汽车监控系统的设计与应用[J].科技风，2014，03（12）：73.

[2]傅振，颜文俊.基于GPRS的嵌入式远程视频监控系统软件设计[J].机电工程，2011，11（06）：56-58.

[3]黄贤英，陈媛.基于Linux的嵌入式汽车智能监控系统的设计[J].微计算机信息，2012，05（08）：226-228.

[4]刘萌，郑煊，李国.基于ARM的嵌入式远程智能视频监控系统的设计[J].电气自动化，2011，05（10）：52-53.

[5]陈峰，彭龑，易彬，等.基于ARM的嵌入式远程智能监控系统的研究[J].中国西部科技，2012，06（08）：3-4.

[6]朱小波.嵌入式远程监控系统的硬件设计与实现[J].信息与电脑（理论版），2011，01（07）：77-78.

[7]刘振永，高恒志.嵌入式系统在远程监控中的应用[J].武汉理工大学学报，2011，04（13）：135-138.

[8]刘振永，高恒志.嵌入式系统在远程监控中的应用[J].安防科技，2012，06（04）：35-37.