摘 要:提出基于QNX的车机蓝牙无线监控系统方案，以手机端和车载端的蓝牙SPP协议为基础，设计CAN-USB模块作为车机通信枢纽,对两端蓝牙无线指令数据进行对等收发和处理;采用CAN总线实时采集和配置车辆ECU的各项性能参数。实验表明,该方案不仅能用手机对车辆运行状态进行实时监测和控制，而且有效提升了车辆操控的互联性和智能性。

关键词:车载终端； 无线监控； 对等收发

随着无线通信和Telematics技术的飞速发展，车载电子系统的智能化、信息化和网络化程度日益提高，而依靠大量物理和数字按钮的传统车载终端，不仅过程繁杂，而且严重影响操控效率和驾驶安全，很难满足未来消费者的苛刻需求。为此，提出基于QNX的车机蓝牙无线监控系统，设计CAN-USB软件信号处理模块，采用蓝牙短距离无线传输技术，完成蓝牙手机与车载终端的交互。该方案不仅增强用户操控的便捷性，对于提升汽车品牌人性化方面也具有极其重要的意义。

针对传统车辆操控方面的问题，先后出现了许多改进方案和新型技术。2007年，湖南大学的胡赛纯在基于蓝牙的车辆智能管控系统设计中[1],论述了智能车载卡、基于Web的车辆电子档案管理软件和车场监控软件的实现过程以及关键的编程细节，为蓝牙技术在车载领域的互连应用提供了较好的参考方案。2010年，陈凯等在基于蓝牙的矿山车辆胎压监控系统一文中[2]，设计了款带有蓝牙传感器的胎压监测装置,并通过CAN总线接收蓝牙信号，对超出胎压阈值的状态进行报警。2011年，丁龙刚在基于蓝牙的汽车物联网应用与开发中[3]以蓝牙摇控为切入点，进一步研究和开发蓝牙潜在的拓展运用，深刻揭示了基于蓝牙的汽车物联网应用和技术解决方案。但以上几种蓝牙技术的研究应用尚处于探索阶段，存在环境、安全、效率等方面的局限性。近几年，以Telematics互连技术为代表的车联网得到了迅猛的发展，能够将便携设备(手机、pad等)和车载终端通过各种无线通信协议有机地联系在一起，极大丰富了车辆的功能和互动体验[4]。

为此,本文设计了一套以Telematics技术为核心理念的车机蓝牙无线监控系统，借助蓝牙无线通信技术，将便携设备与车载终端连为一体进行监控，不仅简化了车辆操控的复杂度，而且有效节约了车载终端有限的系统资源开销。

1 车机整体架构

本方案通过蓝牙无线通信技术，实现便携设备和车载终端的对等互连,以便实时监测和控制车辆的运行状态。整个车机蓝牙互连系统包括以下核心模块：

(1) HMI人机交互模块：向车载终端发送请求命令，或主动接收推送信息，以实时监测和显示车辆的运行状态参数。

(2) 无线对等收发模块：通过MCU指定管脚实时收发相关数字信号，并在终端解析相关参数。

(3) CAN-USB信号收发模块：以蓝牙协议帧格式采集、转换和和收发指定的CAN信号。

手机端主要包括HMI人机交互模块和无线应用收发模块,车载端主要包括CAN-USB信号收发模块和无线应用收发模块。整个系统的核心处理流程为：首先用户从手机端启动车机监控应用程序，开启蓝牙搜索功能来搜寻周围的蓝牙设备；然后与选定的车载蓝牙设备进行配对，并建立SPP连接；最后以蓝牙协议栈为基础，手机端和车载端通过无线应用对等收发模块完成数据交互。其核心架构如图1所示。

图1可见，整个车机架构包含2个终端——手机端和车载端。采用蓝牙SPP协议进行无线对等通信，车载端通过CAN-USB模块收发车辆状态参数，手机端通过HMI实现与用户的直接交互。因此，用户不仅可以通过手机短距离无线控制车辆，而且还能实时监测车辆的运行状态，有效提升了车辆操控的便捷性。

2 车机蓝牙监控

由于车辆内部ECU与终端的信息交互主要靠CAN总线实现，而蓝牙与ECU通信的硬件接口主要是USB，因此，CAN-USB模块是完成车机互连系统的核心部分。

2.1蓝牙互连技术

蓝牙是一种开放的短距离无线数据和语音传输通信技术,工作在全球通用的2.4 GHz频段，其系统架构包括：芯片模块、协议栈模块和应用模块。各模块主要特性如下：

(1) 芯片模块：由无线跳频(RF)、基带(BB)和链路管理(LM)组成,主要负责建立连接、数据帧传输和安全控制。

(2) 协议栈模块：包括逻辑链路控制和适应协议、服务发现协议、串口仿真协议和电话通信协议。主要作用是适配、解析芯片模块收发的信号，并为上层应用提供功能接口。

(3) 应用模块：根据功能需求，利用协议栈接口实现蓝牙数据和语音传输的高级应用。

整个蓝牙架构简单，不仅具有低成本、低功耗、体积小等优势，而且采用重传机制来确保链路的可靠性。同时，在整个蓝牙架构体系中，可实现多种安全机制分级保护措施，并通过跳频技术消减网络系统中其他无线设备的干扰。

可见，蓝牙互连技术不仅高效解决了短距离无线数据和语音通信的难题，而且实现了短距离多个终端设备的互连、互控，为车辆无线操控的便捷性和安全性提供了有力的技术保障。

2.2车机CAN-USB模块

整个模块主要完成车辆和手机间的信息交互。手机端作为人机交互的窗口，一方面可监测车辆的各项运行参数，并以图形模式形象地展现给用户；另一方面可设置车辆内部ECU参数，操控车辆的各项属性。

方案设计中CAN-USB模块作为车机通信枢纽，完成互连终端间数据的相互传递。该模块处理的信号主要包括CAN总线、K线和数字信号，负责车内ECU数据的采集和配置,并通过CAN-USB模块与蓝牙终端建立数据连接，实现整个系统的无线通信控制，整个模块的数据传输示意图如图2所示。

CAN-USB模块主要功能包括：

(1) 主动推送特定的车内数据到手机;

(2) 在手机的请求下返回车内指定的数据;

(3) 在手机的控制下完成车内参数的配置。

监测功能核心处理流程如下：首先CAN-USB模块接收车内特定CAN报文或数字信号，并对其内容进行解析、过滤、封装，发送到绑定的手机端；其次手机端主动接收相应的CAN报文帧信息，进行对等解析、过滤和运算；最后，数字化的信息通过图形抽象处理，展示给用户。

同理，对于车辆ECU的操控，先通过手机端发送指令到车载端，车载端再转发给CAN-USB模块，进而实现对车辆的短距离无线遥控。整个车机数据交互的实现流程如图3所示。

设计CAN-USB模块,建立蓝牙与车辆各ECU模块的通信枢纽，经车机高级应用程序处理，完成整个系统数据的交互，最终实现短距离无线监测和控制车辆各项运行参数，有效提升了车辆驾驶的便捷性和安全性。

3 车机蓝牙监控软件实现

软件实现的核心流程为：手机端HMI主动发送请求报文或直接获取推送的报文信息，经收发管理模块解析和封装后，指令显示在手机端或发送到车载终端，车载端通过对等收发管理模块处理后，把指令信息发送给CAN-USB模块，经转化、解析和过滤处理后，CAN总线对车辆相应ECU报文信息进行采集或配置。

整个软件处理的伪代码如下：

Void VehicleDetect ( )

{

btPair(ip); //蓝牙配对

link=createLink(port,ip); //蓝牙互联

multiThreadRev(); //多线程接收报文数据

//判断共享缓冲中是否有未处理的数据

while(1)

{

if(hasData)

{

//实时处理报文数据

processData(Data);

if(state==mobile)

{

//手机端渲染显示报文数据

renderData(Data);

diplayDetectInfo();

}

else if(state==vehicle)

{

//车载端转换usb数据格式为CAN报文格式

UsbToCan(Data);

//传输数据到指定的ECU控制器

CanTransport(Data);

}

}

//判断两端蓝牙是否处于连接状态

if(haslink==0)

{

break;

}

//释放空间

free（Data）；

}

其中，蓝牙手机主动发起配对请求，车载端输入约定的配对码后，建立SPP连接模式。经以上逻辑代码处理后，完成手机端和车载端的实时通信。

4 实验结果及评价

本研究采用Freescale最新的i.MX6Q系列处理器，作为车载终端蓝牙互连系统的主处理芯片，主要技术参数如下：1 GHz CPU主频，1 GB×32 DDR3(400 MHz),32 MB 16 bit 并行NOR Flash，2路LVDS数字图形输出接口，支持OpenGL ES2.0和OpenVG1.1，显卡集成了GPU图形硬加速处理单元。软件平台选用可靠性和安全性极高的QNX实时系统，并通过其自带的IDE6.0对车载终端蓝牙监控代码进行逻辑设计和仿真测试。

实验采用上汽集团车载Telematic研发中心提供的一款概念车为测试车辆，测试的车控ECU单元主要包括车门、车窗、空调、雨刷和大灯控制单元。针对蓝牙互连和车载终端两种监控模式的各项参数进行对比分析。实验选用车门ECU操控单元为测试用例，分别采用车辆模式和车机模式进行对比测试，结果数据如表1所示。对于完全相同的监测单元，由于操控功能完全转移到了熟悉的手机界面，手感和操作效率确定的便捷指数增加了17%,极大地体现了车辆设计的人性化。另外，手机端分流了车载端的某些功能，不仅使得可监控节点数大大增加，而且有效缓解了车载端的资源压力，使得车载端CPU资源负载降低了近1/3，实时性也有了明显提高。对于手机端，只要有蓝牙功能，均可通过手机端的车机监控软件对相关车辆进行实时监控，真正做到了远程监控平台无关性。

本项研究突破了传统理念，从物联网的高度设计车辆短距离无线监控应用，将便携设备与车辆进行无缝连接，有效提升了车辆监控的便捷性和智能性。

以现代车载设备快速向智能性、便捷性及互连性发展为背景，以探索车机蓝牙短距离无线通信的可控性、安全性和人性化为研究目标，提出一套以QNX为车载软件平台的车机蓝牙无线监控系统方案。以手机端和车载端的蓝牙SPP协议为基础，设计CAN-USB模块作为车机通信枢纽，对两端蓝牙无线指令数据进行收发和处理;采用CAN总线实时采集和配置车辆ECU的各项性能参数。研究方案已被一汽某型概念车采纳，现处于集成试验阶段，下一步工作是加入蓝牙语音监控功能。

参考文献

[1] 胡赛纯 基于蓝牙的车辆智能管控系统设计[D]. 长沙：湖南大学, 2007.

[2] 陈凯，倪继勇，李波. 基于蓝牙的矿山车辆胎压监控系统[J].计算机系统应用,2010,19(8):159-161.

[3] 丁龙刚.基于蓝牙的汽车物联网应用与开发[J].现代电子技术应用,2011,17(2):45-46.

[4] 张瑞. 基于QNX的智能车载3G远程诊断系统[J].电子技术应用,2013,1(5):121-124.