基于GPRS远程传输的车辆故障监控终端设计

　　摘 要：随着车联网技术的不断发展和应用，GPRS日臻普及和嵌入式系统的崛起，车辆网通信终端变得越来越智能化。

　　采用Android操作系统和MD231GPRS模块，以S3C6410嵌入式处理器为核心，设计了一个基于车辆故障参数的GPRS远程传输的通信终端，能实现数据的处理、远程传输。通过通信终端能对车辆状态进行实时监控，出现故障时，可以根据故障数据进行准确的修理，减少车辆的抛锚时间。

　　引 言

　　随着通信技术的发展，通信终端由单一的通话工具变成信息综合处理平台，成为办公、野外作业重要工具。

　　随着半导体制作工艺的发展和芯片设计水平的进步，微处理器的性能大幅度地提高，ARM（Advanced RISCMachines）以其体积小、低功耗、低成本、高性能的特点逐渐在工业、无线通信、网络消费电子等领域占据主流。

　　其中，在无线通信领域85%的无线通信设备采用了ARM 技术。另外，Android是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统，它开放性好，功能扩展性强，并可集成Google应用。

　　车辆故障远程监控是一个实时的过程，当有故障数据出现就通过GPRS发送到监控中心，同时监控中心给终端发送相应的执行命令，减少汽车抛锚时间。本文中使用了讯研通信息技术有限公司的MD231GPRS模块和三星公司的S3C6410芯片。

　　1 系统总体设计

　　终端由ARM11？1 e衂芯片模块通过串口线控制GPRS模块的数据收发，连接到移动公司的GPRS网络，再连接到远程的计算机监控中心，从而实现远程的数据传输功能。

　　系统总体设计包括硬件设计和软件设计。硬件部分包括处理器的选型、Android内核移植等等，主要是为软件部分搭建环境。软件部分基于Java环境在Eclipse下编程，完成GPRS的数据传输功能。系统的总体设计流程如图1所示。

　　图1 总体设计流程

　　2 系统硬件设计

　　2.1 系统硬件结构

　　本终端硬件由GPRS模块和ARM11芯片处理模块组成。由于Android系统对硬件的要求及经济考虑，处理器选择为ARM11，内核版本选择为Android-Kernel-2.6.36，Android操作系统版本为Android-2.3.

　　ARM11芯片模块主要由S3C6410A 处理器、256MDDR RAM 内存、1GB NAND FLASH 存储器、串口、7寸LCD显示器组成，NAND FLASH存储器用于存放已调试好的应用程序和嵌入式Android操作系统，串口用于调试系统及与终端设备进行通信，7寸LCD液晶显示屏用于显示系统信息和相关的状态。目前，GPRS技术比较成熟，GPRS模块选择实惠型MD321模块。

　　GRPS模块外围有电源、天线和串口线，其中，串口线用于与ARM11处理器进行通信，能完成数据传输、短信收发、语音等系统框图如图2所示［1］。

　　图2 系统硬件结构框图

　　2.2 Android操作系统移植

　　有了ARM11的硬件，就可以进行Android操作系统的移植。Android基于Linux内核，Google提供的内核源代码中除了Linux部分外，有很大一部分是与虚拟处理器Qemu和模拟硬件平台Goldfish相关。所以欲将Android移植到实际的硬件平台上，需要编译出一个适合目标平台运行的系统内核。

　　在这里，电脑虚拟机上安装的是Ubuntu系统，用于Uboot移植和Android 内核裁剪和编译，并在Ubuntu 上安装交叉编译器arm-none-linuxgnueabi-gcc.

　　2.2.1 Uboot移植

　　下载U-boot源码，在解压文件夹里，删除与该硬件版本无关的文件。在board目录下建立Mini6410文件夹，把smdk6400目录下的所有文件都拷贝到Mini6410目录下，并建立自己的配置文件Mini6410.h，配置MakeFile文件；修改start.S文件、添加nand.c文件和修改Mini6410.h，使其支持从NAND FLASH 启动；在Mini6410.h里，对网卡DM9000A、默认下载地址、环境变量等进行配置；修改网卡驱动。最后编译Uboot生成Uboot.bin二进制文件［2］。

　　2.2.2 Android内核的移植

　　下载Android内核源码，进入解压的Kernel.git文件夹。修改common-smdk.c文件中的NAND FLASH使其为4个分区，分别为BootLoader区，内核区，文件系统区，其他区；更改MakeFile文件中目标体系结构ARCH为ARM 和交叉编译工具CROSS_COMPILE为arm-none-linux-gnueabi-;从Android SDK模拟器提取。config配置文件；配置内核，选中与S3C6410有关的选项；从其他Linux 内核中拷贝DM9000.h 和DM9000.c文件，并将两个文件拷贝到内核代码目录中，修改相应的配置文件，配置内核支持DM9000A 网卡；编辑mach-smdk6410.c中LCD 驱动使其为7寸LCD，拷贝KConfig中相关内容和文件到新内核，并添加相应的代码，修改devs.h文件，然后对内核进行配置选择ADC和触摸屏选项。最后编译内核生成zImage文件［3］。

　　2.2.3 Android文件系统的制作

　　下载Android源码并编译并生成out文件夹。其中root/就是root文件系统，将system/文件夹下的内容拷贝到root/system 下，这样root/文件夹就是一个基本的文件系统。将Ubuntu系统/dev下文件夹内容拷贝到root/dev下面，并通过mknod命令创建需要的device［4］。

　　2.3 硬件平台测试

　　通过SD卡烧写Uboot、内核和文件系统的镜像文件到NAND FLASH，上电重启开发板，系统能正常运行如图3所示。运用XP系统上超级终端对串口进行通信测试，超级终端能收发信息，图4为超级终端对Mini6410开发板根目录的查询，串口RS 232可用。

　　图3 Android系统运行界面

　　3 系统软件设计

　　3.1 Android软件开发环境的搭建

　　Android作为一个开放式的平台，并将Java语言作为它的官方语言，这不仅是考虑到Java语言的强大功能，而且考虑Android平台上绝大部分的程序都是基于Java的程序。Eclipse作为时下最流行的Java开发第15期唐奇明，等：基于Android的GPRS的车载通信终端的设计139工具之一，其良好的开放性、开发效率高、便于使用的特点非常符合OHA（Open Handset Alliance，开放手机联盟）的主旨，非常适合作为Android的开发工具来使用。

　　图4 超级终端查询Android系统根目录界面

　　在官方网站下载基于XP系统下的JDK6，安装完成后需要配置环境变量、系统变量和路径；在官方网站下载并安装XP 系统下的Android SDK，启动SDKManager下载并安装Android 2.3的相关Packages;在官方网站下载Eclipse、安装Android DevelopmentTools插件和配置Eclipse（选择SDK的安装路径）；启动SDK Manager，创建Android 2.3-API Level 9模拟器如图5所示［5］。

　　图5 Android 2.3-API Level 9模拟器

　　3.2 GPRS通信应用软件

　　应用软件是在Eclipse环境下完成的。应用软件主要实现对传感器实时数据显示，连接远程监控中心，当出现异常数据时，通过GPRS传输到远程监控中心，同时显示远程监控中心传输过来的命令。

　　3.2.1 通信应用程序处理器通过串口与GPRS进行通信

　　通信程序主要包括初始化、GPRS参数配置、建立连接、数据传输、断开5个部分。GPRS通信应用程序流程图如图6所示。

　　（1）初始化。处理器通过AT命令初始化串口，包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等。

　　（2）GPRS参数配置。需要AT 命令配置GPRS一些参数才能进行通信。参数包括GPRS模块通信网络、登陆网络的用户名和密码、远端IP地址、端口号、通信协议类型、工作模式［6］。

　　（3）建立连接。ARM 通过AT命令激活GPRS模式、控制GPRS进行网络连接，在正常反馈下，一条终端到远程监控中心的物理通道就建立起来了。

　　（4）数据传输。在与远程监控中心连接成功后，就可以进行数据的收发操作。当接收数据时，终端从GPRS网络上接收到数据帧，经协议处理模块拆封之后，提取用户数据，然后传输给RS 232接口；当发送数据时，设备从RS 232接口收到要发送的数据，经协议处理模块封装，然后发送到GPRS网络上。

　　（5）断开连接。当检测到数据传输结束标志“+++”时，通过发送“AT#CONNECTIONSTOP”命令释放数据链路。

　　图6 GPRS通信应用程序流程图

　　3.2.2 应用程序界面设计

　　应用程序在Eclipse环境下完成的。在Eclipse上创建“Android Project”类型的工程，用widget（Text-View，Button，EditText等）构建UI，生成相关xml文件，并对UI进行事件处理（Button控件事件监听），软件界面如图7所示［7］。

　　图7 软件界面

　　3.3 软件测试

　　通过adb工具把com.apk从模拟器中取出来，再通过adb工具把生成好的com.apk放入终端上，或者140 现代电子技术2012年第35卷在Eclipse编译时直接选择硬件MINI6410_2011W08，com.apk就直接生成在终端上了。图8为软件通信时的界面，在中心软件上输入IP地址222.212.77.78，端口号上输入6000，点击连接，接收区将显示“connect：

　　addr=222.212.78.77，port=6000，type=tcp OATRACE:oa_soc_connect_req:sock_id=1connectblock waiTIng！”实时显示区显示传感器数据，这里以车雾灯为例，车雾灯状态0（0表示正常，1为异常），在串口发送区可手动给监控中心发送数据，数据以ASCII字符ESC作为结束符。为了测试能否发送数据，以数据0为例，在发送区填写30 1b点击发送按钮，在串口接收区有“SEND OK”字符串表示发送成功，有“SOCKET=0RECV=《datalen》：rn《30 1b》”字符串表示监控中心收到数据。

　　图8 数据发送界面

　　4 结 语

　　系统经过集成测试，工作性能和可靠性良好，能够在车联网应用中和远程监控中心实现有效通信，根据具体的情况给终端发送相应的命令数据，从而实现了车辆远程的监控。