摘 要： 针对中低端车辆车载系统缺乏智能的问题，将嵌入式ARM控制系统与4G无线传输系统相结合，设计了基于ARM车载控制系统的无线远程监控系统。介绍了系统的整体架构以及模块间的数据通信和信号控制。为加强车主对车身的把握，系统有激光测距进行平面建模的扩展功能。实验表明，该方案可以用于中低端汽车实现快速、廉价的智能化。
0 引言
随着经济的发展，人们对车的购买量越来越大，汽车成为了人们生活中的必需品。然而，许多中低档车由于制造成本有限，智能化水平并不高，这迫切要求车辆的快速智能化的产生。
部分高档车的智能化水平十分高，但价格十分昂贵，且智能化需求只能被动接受，不能主动配置。因此，研发可拆卸、可定制的基于嵌入式车载控制系统的无线控制系统具有积极意义。
4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。4G网络具有100 Mb/s的数据下载能力和20 Mb/s的上传能力，且价格比以往通信服务费用便宜。在生活中，4G已经应用十分广泛，车载系统通过4G模块可以将预警信息发送给指定的联系人。
结合4G网络具有的高速无线数据传输的优点以及ARM强大的控制功能，就可以通过手机短信的形式进行车辆的无线远程监控。
另外，越来越多的车辆进入生活，这也意味着越来越多的驾驶新手出现，许多擦碰事故的原因在于驾驶员对车身的把握度不是很好。结合激光测距传感器，实现对车身的平面建模，提高驾驶员对车身的把握程度，减少擦碰事故。
1 系统的整体结构
系统整体结构图如图1所示。系统主要由两部分组成：一部分是4G模块及其外围电路（负责短信的发送）、嵌入式设备[1]（负责ARM和4G模块的通信）、振动传感器、显示屏（操作界面显示）、手机（负责短信的收取）；另一部分是激光测距传感器、嵌入式设备（负责激光测距传感器的相关处理和平面建模）。
系统中4G模块选用华为ME906E模块。该模块支持移动3G、4G和联通3G、4G，使得车载系统具有收发手机短信功能。ARM嵌入式系统[2]选择Samsung S3C6410处理器，ARM1176JZF-S内核，通过USB2.0与4G模块相连接。
当震动传感器达到阈值时，开启摄像头进行录像，录制一段时间后，将视频存储到存储器中，存储器的存储容量根据摄像头的像素而定，基本需要足够存储5次一个小时视频的容量大小，当录制第6次视频时会循环擦除原来的视频，所以需要及时将录像备份，但短期无需太担心会被擦除。开启摄像头[3]的同时通过4G模块将预警信息发往车主的手机，提醒车主车子存在安全隐患。当车主需要精确把握车身情况时，可以通过激光测距传感器进行一定范围的平面建模，在显示屏上提醒车主车的边缘与障碍物之间的距离，这样就可以很好地避免一些擦碰事件，倒车进入较小空间也可以有很好的参考距离，方便车主提高对汽车的把握度，用时也为车主提供一种使用的舒适感。
2 车载系统的数据通信
2.1 振动传感器与ARM的数据交互
为了避免振动传感器[4]受到干扰而误触发，利用电压比较器LM393对振动产生的开关量信号进行预处理，过滤干扰信号[5]，然后通过ARM上集成的A/D转换器对信号采样来将模拟量转换为数字量，对离散信号进行算法处理，当数字量超过某个阈值时，ARM开启摄像头进行录像。车载系统构成框图如图2所示，振动传感器电路如图3所示。
2.2 ARM和4G模块的数据交互
4G模块与ARM采用串口通信的方式，使用AT指令完成信息的交换和传输。ARM与4G的通信方式如下。
2.2.1 4G模块初始化
4G模块的初始化过程如下。首先ARM向模块发送AT指令，如果返回“OK”，则说明模块与ARM连接良好；然后ARM向4G模块发送AT+CPIN指令，如果返回“READY”，则表示SIM工作正常，同时不需要登入密码。
2.2.2 ARM发送短信至手机
当检测到振动传感时发送预警信息给车主。ARM对4G模块进行配置和信号检测的过程如下：
（1）单片机发送“AT\r”到4G模块，如果返回“OK”，则表明4G模块与ARM连接成功；
（2）发送“AT+CSQ\r”到4G模块，检查网络信号强度，判断返回值是否为+CSQ：**，##（其中**在10~31之间，数值越大表明信号质量越好；##为误码率，值在0~99之间），否则应检查天线或SIM卡是否正确安装；
（3）发送“AT+CMGF=1\r”，设置短信信息格式为文本。
常用的AT指令如表1所示。
2.3 ARM和激光测距传感器的数据交互
激光测距传感器HJ-40A的数据输出口为串口UART（TTL电平，19 200 b/s）或者串口RS232。飞凌OK6410主板共4个串口，包括1个5线RS 232电平串口（DB9母座）和3个3线TTL电平串口（20 pin 2.0 mm间距插头座），ARM通过串口RS232读取到激光测距传感器的数据，进行空间上的距离显示，方便车主把握车身。
激光测距传感器的基本原理是光学三角法，如图4所示：①半导体激光器被②镜片聚焦到⑥被测物体；②反射光被③镜片收集，投射到④CMOS阵列上；⑤信号处理器通过三角函数计算④阵列上的光点位置得到距物体的距离。
3 系统软件设计
3.1 系统主程序工作流程
从图1可以知道系统各部分的连接关系，所有系统外围模块都会接入OK6410的相关接口，都会与ARM进行数据交换。因此ARM在上电后必须首先进行初始化，保证各模块连接正常。ARM编程是在操作系统上进行的，所以先选择合适的操作系统，OK6410官网上Linux的资料比较齐全，本系统选用的是Linux。
首先要编写振动传感器模块[6]、摄像头模块[7]、激光测距传感器模块、4G通信模块的函数，接下来，在主程序中通过有选择地关闭寄存器不需要的功能模块，以达到省电的目的。在空闲模式下，CPU内核停止运行，只要保证唤醒CPU的I/O控制器正常工作即可。当震动信号传来时，唤醒CPU，发出信号让摄像头开启一段时间进行录像并存储。同时，利用4G模块接入4G网络，发送预警信息给车主。完整的工作流程如图5所示。
3.2 摄像头工作流程
本系统中因为使用Linux系统，所以在摄像头[8]方面涉及V4L2转bmp格式的算法。格式转换的代码如下：
store_yuyv（）；
int n_len；
n_len=framebuf[buf.index].length*3/2；
newBuf=calloc（（unsigned int）n_len，sizeof（unsigned char））；
if（!newBuf）{
printf（"cannot assign the memory!\n"）；
exit（0）；
}
printf（"the information about the new buffer：\n start Address：0x%x，length=%d\n\n"，（unsigned int）newBuf，n_len）；
starter=（unsigned char*）framebuf[buf.index].start；
yuyv2rgb（）；
create_bmp_header（）；
store_bmp（n_len）；
4 结论
本文结合4G网络具有高速无线传输数据的优点以及ARM强大的编程控制功能，采用发送预警短信给手机的方式，实现高性价比的车载无线监控功能。同时，激光测距传感器提取到的距离信息可以使车主对车身有很好的把握，展示了该车载无线中控系统的实用性、可靠性以及二次改造上的方便性。
参考文献
[1] 王苗田.嵌入式系统设计和实例开发[M].北京：清华大学出版社，2002.
[2] 周立功，陈明计，陈渝.ARM嵌入式Linux研究及其在ARM上的移植[J].电脑知识与技术，2005，30（4）：3-4.
[3] 宋丽华，高珂.嵌入式Linux下USB摄像头驱动实现[J].计算机工程，2010，36（9）：282-284.
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[5] 陈通，曹小强. A new DTMF detection scheme based on NDFT Goertzel filter[J]. 西南大学学报（自然科学报），2008，30（1）：152-155.
[6] 周进节，栾忠权，徐小力.基于ARM的振动监测仪数采部分硬件设计[J].北京机械工业学院学报，2006，21（3）：12-16.
[7] 王永清，何波，王乾，等.Linux下基于ARM920T的USB摄像头图像采集[J].微计算机信息，2007，23（1-2）：176-177.
[8] 吴丽丽.嵌入式平台下USB摄像头驱动的开发与加载[J].科技信息（学术研究），2008（26）：7-8.