一种智能车载终端系统设计

刘磊 李晓欢 周胜源 姚荣彬 唐欣

摘  要： 现有车载终端只能提供视频服务、网络服务等单一功能，且存在提供的网络服务不能区分不同用户，服务质量不高的问题。设计一种智能车载终端系统，该系统的硬件电路以主控模块为核心，利用大功率的路由模块提供无线网络共享，采用C语言编程实现了上网功能、连接功能、管理功能、查詢功能，在无需其他基础设施的情况下即可实现无线网络共享服务、多媒体服务、GPS定位服务以及区分不同用户的功能。测试结果表明，该系统设计合理、使用方便快捷，同时具有功能多样化、无线共享能力强、数据传输速率高、服务质量高的优点。

关键词： 车载终端; 视频服务; 网络服务; GPS定位; 服务质量; 无线网络共享服务; 多媒体

中图分类号： TN915.5?34; TP368                 文献标识码： A                  文章编号： 1004?373X（2018）10?0047?04

Abstract： Since the existing vehicle?mounted terminal can only provide single functions such as video service and network services， and has the problems of the provided network services failing to distinguish different users and low quality of service， an intelligent vehicle?mounted terminal system was designed. In the system， the master control module is taken as the core of hardware circuit， and the high?power routing module is adopted to provide wireless network sharing service. The functions of online surfing， connection， management and query were realized by means of C language programming. Wireless network sharing service， multimedia service， GPS positioning service and the function of distinguishing different users were realized without requiring any other infrastructure. The test results show that this system has a reasonable design and convenient operation， and has the advantages of diversified functions， strong wireless sharing capability， high data transmission rate， and high quality of service （QoS）.

Keywords： vehicle?mounted terminal; video service; network service; GPS positioning; QoS; wireless network sharing service; multimedia

近年来，为了促进城市的可持续发展，必须用新的理念去解决所存在的问题，而智能交通系统即是其中有力的武器之一[1?2]。车联网是智能交通信息化平台的核心组成部分[3]。智能车载终端系统作为车联网的一种重要应用，在我国逐渐形成了一个潜力巨大的市场[4]。然而传统的车载终端，不仅多媒体服务单一、操作繁琐，而且用户体验差。针对上述问题，本文提出一种智能车载终端系统，能够实现无线网络共享、多媒体服务、GPS定位且能区分不同用户的功能，有利于提高服务质量。

1  系统硬件设计

1.1  智能车载终端系统原理

智能车载终端系统原理如图1所示，移动智能终端（如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等）与智能车载终端系统（本文设计的设备）通过无线WiFi连接[5]。当移动智能终端与智能车载终端建立连接后，便可访问智能车载终端系统中的多媒体数据库，且能通过智能车载终端系统连接到互联网[6]。同时，智能车载终端系统也能为车辆提供GPS定位信息服务。

1.2  智能车载终端系统的硬件框架

根据智能车载终端系统原理，智能车载终端系统的硬件部分主要分为三个模块：电源模块、主控模块、路由模块。智能车载终端系统的硬件框架如图2所示。

1.2.1  电源模块

电源模块主要是将外接的直流电源转换为输出电压为12 V，电流为8.3 A，最大功率为100 W的直流电，从而为系统各模块提供稳定的供电。

1.2.2  主控模块

此部分是智能车载终端系统的核心部分。其主要由Intel 酷睿处理器、内存、固态硬盘、网口转接模块、外设接口和基带模块[7]组成。用于运行Linux系统，主要负责对整个系统的控制。

1.2.3  路由模块

路由模块主要是由专用的网络处理器、内存和射频天线组成。该模块主要作为智能终端访问本地资源和互联网的接入点[8]。路由模块利用有线以太网与主控模块进行通信，然后通过主控模块访问互联网。而用户只需通过其提供的WiFi信号，就能接入智能车载终端系统，访问该系统中的多媒体数据库。

2  智能车载终端系统的软件设计

2.1  智能车载终端系统的软件框架

根据智能车载终端系统的功能需求，该系统软件框架主要由Linux操作系统和嵌入式的路由操作系统构成，图3对智能车载终端系统软件架构进行说明。

主控操作系统采用Linux操作系统，该系统是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程的操作系统[9]。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议，并支持32位和64位硬件。路由操作系统采用一种移植Linux内核的嵌入式操作系统，可扩展性最好，对路由的支持十分迅速，可以在路由强劲CPU的支持下获得很好的性能表现，其主要实现无线路由功能，为智能终端提供网络接入。

2.2  软件设计方案

根据功能需求，软件设计可划分为四大功能模块：2G/3G/4G拨号上网功能、连接功能、管理功能、查询功能，这四个功能的基本内容如下：

1） 2G/3G/4G拨号上网功能：实现2G/3G/4G拨号接入互联网功能。

2） 连接功能：完成主控系统和路由系统连接，为主控系统和路由系统提供数据交换通道。

3） 管理功能：管理连接智能车载终端系统的智能终端设备。

4） 查询功能：能够查询智能车载终端系统的GPS定位及运行轨迹。

2.2.1  拨号上网功能

在Linux系统环境下，采用ppp拨号上网除了内核支持和所需的pppd可执行文件外，还需要拨号脚本和配置文件的协助才能完成拨号的过程，所需文件如下：

/etc/ppp/peers/wcdma

//连接建立、连接质量控制、网络层协议配置[10]

/etc/ppp/chat?wcdma?connect                       //AT拨号脚本

下面是一个wcdma脚本的实例：

/dev/ttyUSB2

115 200

crtscts

modem

debug

usepeerdns

defaultroute

user "3gnet"

0.0.0.0：0.0.0.0

connect ′/usr/sbin/chat ?s ?v ?f /etc/ppp/wcdma?connect?chat′

chat?wcdma?connect脚本是AT指令的发送和接收脚本，该脚本主要由TIMEOUT，ABORT和AT指令等构成。

2.2.2  连接功能

Linux中有许多成熟的TCP/IP应用程序接口（API）。这个API称为socket接口（套接口）[11]。socket在计算机中提供了一个通信端口，可以通过这个端口与任何一个具有socket接口的计算机通信。创建ipv4套接字程序：

int ipv4_tcp_socket（void）{

server.sin_family = AF_INET;

server.sin_port = htons（SERV_PROT）;

server.sin_addr.s_addr = htonl（INADDR_ANY） ;

len = sizeof（struct sockaddr）;

bind（listenfd， （struct sockaddr *）&server， len） ;

listen（listenfd， MAX_LISTEN_QUE）;

return listenfd;

}

2.2.3  管理功能

當智能终端设备连接智能车载终端系统时，该系统将会实现对智能终端设备信息查询，完成对智能终端设备控制及删除的功能。其主程序为：

while（1）{

bytes = read（sockfd， read_buf， SIZE2）;

strtok_str（read_buf， charlist）;

transfer_post_data（charlist， sockfd， bytes， time_out）;

}

2.2.4  查询功能

通过天线等相关的接收设备，接收GPS卫星发送的原始数据，通过串口或网口等接口将原始数据传入智能车载终端系统，然后通过相关的软件处理原始数据，得出接收机的地理位置。其主程序如下：

while （1）{

while（（nread = read（fd， gps_read， SIZE1））>0）{

gps_read[nread+1] = ′＼0′;

if（strncmp（gps_read， gprmc， strlen（gprmc））==0）{

strcpy（copy_gps， gps_read）;}

}

}

3  系统测试

智能车载终端系统测试主要包括无线网络共享性能测试，系统软件登录平台测试，GPS定位测试。智能车载终端系统实物如图4所示。

无线网络共享性能测试是通过在PC机上搭建日常上网环境，模拟日常应用的情况下完成的，通过无线网卡来连接智能车载终端系统，具体测試方法如下：

1） 测试模式分为2.4G，5G，2.4G和5G来连接智能车载终端系统进行测试。

2） 测试方式：分别进行如下测试，每种测试进行8次，取平均值。

① 1 Pair，模拟网络上有2个用户的情况;

② 10 Pairs，模拟网络上有20个用户进行数据交换时的情况;

③ 50 Pairs，模拟网络上有100个用户进行数据交换时的情况。

总传输带宽和平均传输带宽见表1、表2。系统软件登录平台测试是通过使用手机连接智能车载终端系统完成的。如图5所示，手机连接智能车载终端系统后将会弹出认证信息（图5a））;点击试用认证时，手机被该系统设置为普通用户，手机网速将会受到控制（图5b））;当点击微信认证时（图5c）），手机将会跳转到企业微信公众号;关注公众号后，手机则会被该系统设置为VIP用户，用户网速将会得到保证（图5d））。测试结果表明，智能车载终端系统能够区分不同用户的功能并使不同的用户得到不同带宽，提高了服务质量。

选择桂林13路公交车，使智能车载终端系统每到一个公交站保存一次GPS定位信息如表3所示。测试结果如图6所示，其定位精确，能很好地显示车辆的运行轨迹。

4  结  语

本文提出一种智能车载终端系统，详细介绍了其软硬件设计方案。与现有的单一功能的车载电视及车载WiFi相比，该系统具备无线网络共享服务、多媒体服务、GPS定位服务且能区分不同用户的功能的优势。本系统设计合理、使用方便快捷、车辆的配置成本低，不仅很好地解决了旅客在乘车途中的娱乐性问题，而且更好地满足了不同用户的联网需求，具有良好的应用价值和现实意义。

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