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摘 要： 摘要:介紹了農(nóng)業(yè)車輛智能終端控制系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)，從車輛信息采集模塊和STM32控制器等多方面介紹了系統(tǒng)硬件部分，并從系統(tǒng)框架和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)兩方面介紹了Android應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和開發(fā)重點(diǎn)。農(nóng)用車輛定位服務(wù)驗(yàn)證試驗(yàn)表明:系統(tǒng)能夠?qū)r(nóng)用車輛進(jìn)行精準(zhǔn)的定
摘要:介紹了農(nóng)業(yè)車輛智能終端控制系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)，從車輛信息采集模塊和STM32控制器等多方面介紹了系統(tǒng)硬件部分，并從系統(tǒng)框架和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)兩方面介紹了Android應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和開發(fā)重點(diǎn)。農(nóng)用車輛定位服務(wù)驗(yàn)證試驗(yàn)表明:系統(tǒng)能夠?qū)r(nóng)用車輛進(jìn)行精準(zhǔn)的定位服務(wù)，證明了系統(tǒng)具有一定的可行性和實(shí)用性。
關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)車輛;智能終端;STM32;Android;定位服務(wù)
0引言
近年來，復(fù)雜的信息控制技術(shù)使汽車工業(yè)在移動(dòng)終端領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)步，汽車的移動(dòng)終端設(shè)備涉及4G通信、物聯(lián)網(wǎng)、電子信息技術(shù)的自動(dòng)融合。到目前為止，不少的農(nóng)業(yè)車輛制造商和第三方服務(wù)提供商開始研發(fā)如車輛故障診斷、車輛狀態(tài)顯示、遠(yuǎn)程監(jiān)控及駕駛輔助等智能終端應(yīng)用程序。本文結(jié)合Android和嵌入式控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套農(nóng)業(yè)車輛智能終端控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)車輛狀態(tài)的智能顯示和實(shí)時(shí)控制。
1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
農(nóng)業(yè)車輛智能終端控制系統(tǒng)工作原理是運(yùn)用嵌入式、傳感技術(shù)、GPS、GPRS及移動(dòng)設(shè)備等多種技術(shù)，采集農(nóng)用車輛的行車狀態(tài)和GPS信息，在Android實(shí)時(shí)顯示這些信息，讓駕駛員實(shí)時(shí)了解車輛信息，并通過GPRS信號(hào)將工作狀態(tài)傳回至后臺(tái)集中檢測(cè)中心。農(nóng)業(yè)車輛智能終端控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
農(nóng)業(yè)車輛智能終端控制系統(tǒng)包括車輛信息采集模塊、GPS模塊、GPRS通信模塊、屏幕顯示、語音設(shè)備、APP模塊、MPU6050、SDRAM、時(shí)鐘、電源及復(fù)位等。其中，車輛信息采集模塊可以自動(dòng)獲取實(shí)時(shí)的車輛故障碼和動(dòng)力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等車內(nèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，主要功能是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)通信及自身電源的調(diào)理;GPRS通信模塊，使用GC65無線通信模塊或者第三代移動(dòng)通信技術(shù)，支持基站定位、TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸及云端數(shù)據(jù)共享功能;GPS定位模塊可提供車輛實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度位置信息，并利用衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸更新系統(tǒng)時(shí)間，保證時(shí)間準(zhǔn)確性;傾角與振動(dòng)檢測(cè)模塊使用了MPU6050(3軸加速度傳感器+3軸角速度傳感器)模塊，對(duì)系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的加速度信息，以此為依據(jù)，記錄車輛行駛行為(加速、減速、變道)。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1)STM32處理器。STM32F103系列是意法半導(dǎo)體(ST)公司設(shè)計(jì)的高性能、低功耗和低成本的芯片，采用超低功耗的ARMCortex-M3設(shè)計(jì)。ARMCortex-M3是基于ARMv7-M架構(gòu)的處理器，采用了哈佛結(jié)構(gòu)，擁有相互獨(dú)立的指令總線和數(shù)據(jù)總線，可以實(shí)現(xiàn)取指令和數(shù)據(jù)訪問并行執(zhí)行。本系統(tǒng)選用STM32F103RCT6芯片，CPU工作頻率高達(dá)72MHz，擁有256kB的FLASH閃存和48kB的SRAM，芯片共有64個(gè)管腳，可用于外圍傳感器或其他存儲(chǔ)設(shè)備通信。
2)車輛信息采集模塊設(shè)計(jì)。車輛信息采集模塊采用人工智能技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析分類，得到故障特征信息，根據(jù)車輛傳感器數(shù)據(jù)量比較小的特點(diǎn)，系統(tǒng)選取了支持向量機(jī)(SVM，SupportVectorMachine)作為分類算法。支持向量機(jī)理論是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論與結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則，具有完整的理論體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器學(xué)習(xí)理論。
3、Android軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)
3.1Android系統(tǒng)框架
Android操作系統(tǒng)是谷歌于2007年正式公布推出的一款智能手機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)，是在Linux內(nèi)核上進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的，并采用Androidframework層與Linuxkernel進(jìn)行隔開。Android系統(tǒng)框架如圖4所示。
Android系統(tǒng)可以分為Java應(yīng)用層、Framework層、Libraries層和Linux層等4層。其中，Java應(yīng)用層是采用Java語言開發(fā)，可以與用戶直接進(jìn)行交互的應(yīng)用程序;Framework層大多采用Java語言開發(fā)，是Android系統(tǒng)中Java的基石;Libraries層大多采用C/C++開發(fā)，可以被稱之為Native層;Linux內(nèi)核層包含了Linux內(nèi)核和所有的驅(qū)動(dòng)模塊，其直接可對(duì)硬件進(jìn)行控制。
3.2Android系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1)Eclipse開發(fā)軟件安裝。移動(dòng)客戶端的開發(fā)環(huán)境選擇Eclipse，為了實(shí)現(xiàn)其完整的開發(fā)作用，需要對(duì)環(huán)境進(jìn)行一系列的搭建，ADT安裝界面如圖5所示。
(1)安裝JDK，配置環(huán)境變量，提供java代碼編譯和運(yùn)行的環(huán)境;
(2)安裝ADT插件(androiddevelopertools)為Android開發(fā)提供開發(fā)工具;
(3)下載安裝SDK(SoftwareDevelopmentKit)，提供應(yīng)用程序所需要的框架，庫類函數(shù)等;
(4)打開模擬器，模擬器可以選擇系統(tǒng)模擬器或者夜神模擬器，點(diǎn)擊工具欄圖標(biāo)AndroidVirtualDeviceManager，選擇Create創(chuàng)建，設(shè)置相關(guān)屬性后，點(diǎn)擊OK，選擇該模擬器start、launch啟動(dòng)運(yùn)行;
(5)打開DDMS(DalvikDebugMonitorService)，即Dalvik虛擬機(jī)調(diào)試監(jiān)控服務(wù)，方便進(jìn)行功能調(diào)試。
2)Android應(yīng)用程序組件。Android移動(dòng)客戶端的開發(fā)離不開組件的支持，開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)各個(gè)組件的功能及應(yīng)用方向可將其分為4大類別組件:Activity、Service、Broadcast、Receiver(廣播接收者)，以及ContentProvider(內(nèi)容提供者)。
(1)Activity。每個(gè)移動(dòng)客戶端由多個(gè)Activity組成，顯示界面將在各個(gè)Activity間進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。作為程序設(shè)計(jì)開發(fā)的重點(diǎn)，在Activity中運(yùn)行著大部分的程序流程，對(duì)應(yīng)著與用戶交互的窗口。在Activity中可對(duì)Button、TextView等控件進(jìn)行添加，對(duì)控件進(jìn)行監(jiān)聽實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)的相關(guān)邏輯，同時(shí)每一個(gè)Activity都是與用戶進(jìn)行交互的接口。
(2)Service。Service作為Android的組件之一，與Activity不同的是只能在后臺(tái)運(yùn)行且沒有用戶界面。因?yàn)樵诤笈_(tái)運(yùn)行的Service服務(wù)不存在時(shí)間限制，所以它常用來執(zhí)行需要持續(xù)運(yùn)行的任務(wù)，且Service服務(wù)在應(yīng)用程序中的主線程內(nèi)運(yùn)行，對(duì)于耗時(shí)任務(wù)將派生新的線程來進(jìn)行。
(3)BroadcastReceiver。廣播是在應(yīng)用程序之間傳輸信息的機(jī)制，而BroadcastReceiver則是對(duì)發(fā)送出來的廣播進(jìn)行過濾接受并響應(yīng)的一類組件。其注冊(cè)方式有兩種，既可選擇在配置文件AndroidManifest.xml中注冊(cè)也可通過代碼Context.registerReceive()進(jìn)行注冊(cè)，且BroadcastReceiver和Service一樣，不存在界面。
(4)ContentProvider。在Android中，對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)十分嚴(yán)密，應(yīng)用程序所具有的數(shù)據(jù)庫、文件等內(nèi)容，不允許其他直接訪問，而主要用于Android應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的ContentProvider組件則提供了一種訪問的方式。應(yīng)用程序通過創(chuàng)建ContentResolver對(duì)象，調(diào)用它的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。
4試驗(yàn)
農(nóng)業(yè)車輛智能終端控制系統(tǒng)包括農(nóng)用車輛定位服務(wù)、行駛狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示及防盜等應(yīng)用程序，為了驗(yàn)證基于Android的農(nóng)業(yè)車輛智能終端控制系統(tǒng)是否滿足設(shè)計(jì)要求，以農(nóng)用車輛定位服務(wù)應(yīng)用程序?yàn)槔�，�?duì)該系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。農(nóng)用車輛定位服務(wù)主要包括配置、GNSS數(shù)據(jù)顯示、軟件日志和地圖顯示燈等4個(gè)模塊，在使用定位程序之前，需要在定位服務(wù)應(yīng)用程序界面進(jìn)行信息配置。設(shè)置衛(wèi)星導(dǎo)航定位算法和接收機(jī)定位參數(shù)輸出等參數(shù)格式，如圖6左側(cè)所示，農(nóng)用車輛定位服務(wù)定位顯示如圖6右側(cè)所示。
由圖6可以看出:在對(duì)定位服務(wù)應(yīng)用程序設(shè)置查分服務(wù)器IP、參考基站數(shù)據(jù)輸出、衛(wèi)星導(dǎo)航定位算法、接收機(jī)定位參數(shù)輸出等參數(shù)格式后，系統(tǒng)能夠?qū)r(nóng)用車輛進(jìn)行精準(zhǔn)的定位服務(wù)，證明了系統(tǒng)具有一定的可行性和實(shí)用性。
5結(jié)論
采用物聯(lián)網(wǎng)、Android和智能控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了農(nóng)業(yè)車輛智能終端控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)車輛定位服務(wù)、行駛狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、防盜等多種功能。在農(nóng)用車輛定位服務(wù)應(yīng)用程序是否可行的驗(yàn)證試驗(yàn)中，對(duì)定位服務(wù)應(yīng)用程序?qū)Ш蕉ㄎ坏膮?shù)后，系統(tǒng)能夠?qū)r(nóng)用車輛進(jìn)行精準(zhǔn)的定位服務(wù)，證明了系統(tǒng)具有一定的可行性和實(shí)用性。
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