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1、车联网技术全面解析及主要解决方案盘点- 全文车联网概念解析2004 年中国提出“汽车计算平台”计划，防范汽车工业“空芯化”现象；巴西政府强制所有车辆2014 年前必须安装类似 “汽车身份识别” 的系统并联网；欧洲、日本的 ITS（智能交通系统） 计划中也都有 “车联网” 的概念； 印度甚至要求所有黄包车都装上GPS与 RFID；2011 年初，中国四部委联合发文，对“两客一危”运营类车辆提出了必须安装智能卫星定位装置并联网的强制性要求, 这些都是车联网的雏形。美国国家网络可信身份标识战略白皮书 NSTIC则是一个里程碑， 它要求所有移动终端、包括汽车都必须安装“安全ID 芯片”；美国DOT进一
2、步要求， 2012 年所有运营类车辆都必须遵从 M911。显而易见，车联网已经不只是一个汽车业信息化的问题了，而已经上升到了国家信息安全和国家战略层面，很多国家已经开始立法实施了。什么是车联网车联网（ IOV：Internet of Vehicle ）是指车与车、车与路、车与人、车与传感设备等交互， 实现车辆与公众网络通信的动态移动通信系统。它可以通过车与车、车与人、车与路互联互通实现信息共享，收集车辆、道路和环境的信息，并在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布，根据不同的功能需求对车辆进行有效的引导与监管，以及提供专业的多媒体与移动互联网应用服务。从网络上看，IOV系
3、统是一个“端管云”三层体系。第一层（端系统）：端系统是汽车的智能传感器，负责采集与获取车辆的智能信息，感知行车状态与环境；是具有车内通信、车间通信、车网通信的泛在通信终端；同时还是让汽车具备 IOV 寻址和网络可信标识等能力的设备。第二层 （管系统） ：解决车与车 （V2V）、车与路（V2R ）、车与网（V2I ）、车与人（V2H ）等的互联互通， 实现车辆自组网及多种异构网络之间的通信与漫游，在功能和性能上保障实时性、可服务性与网络泛在性，同时它是公网与专网的统一体。第三层 （云系统） ：车联网是一个云架构的车辆运行信息平台，它的生态链包含了ITS、物流、客货运、危特车辆、汽修汽配、汽车租赁
4、、企事业车辆管理、汽车制造商、 4S店、车管、保险、紧急救援、移动互联网等，是多源海量信息的汇聚，因此需要虚拟化、安全认证、实时交互、海量存储等云计算功能，其应用系统也是围绕车辆的数据汇聚、计算、调度、监控、管理与应用的复合体系。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 24 页 - - - - - - - - - 值得注意的是， 目前 GPS+GPRS 并不是真正意义上的车联网，也 不是物联网， 只是一种技术的组合应用， 目前国内大多数ITS 试验和 IOV 概念
5、都是基于这种技术实现的。笔者以为，简单基于这样的技术来发展车联网，对国家战略领先和技术创新是非常不利的，会造成整体落后国际竞争的被动局面。什么是 GIDIOV 最核心的技术之一是根据车辆特性，给汽车开发了一款GID（Global ID，相对于RFID）终端。它是一个具有全球泛在联网能力的通信网关和车载终端，是车辆智能信息传感器，同时也具有全球定位和全球网络身份标识（网络车牌）功能。GID 将汽车智能信息传感器、汽车联网、 汽车网络车牌三大功能融为一体，具体表现为：车辆状态的信息感知功能：GID 与汽车总线（ OBD 、CAN等）相连，内嵌多种传感器，可感知和监控几乎所有车辆的动态与静态信息，包
6、括车辆环境信息和车辆状态诊断信息等；泛在通信功能：GID 具有 V2V 、V2I 和自组网（ SON 、移动 Ad Hoc、AGPS 等）的能力，具有车内联网以及多制式之间的桥接与中继功能，具备全球通信、 全球定位与移动漫游能力；汽车网络车牌功能：GID 从汽车、网络、用户中提取天然属性，生成汽车的“网络身份证”，使得每辆汽车在网络中都具有一种天然、唯一性的身份标识，它不是一个标签，而是网络可信标识与寻址技术。简而言之， GID改进了传统RFID 单向、短距、低速、被动、无智能、无感知、无通信、覆盖面积小、高成本、非标准、易丢失毁坏等问题。同时，它具备了目前车联网所需要的V2V 、V2I 和全
7、球漫游与覆盖功能，不单纯是一种Telematics（车载通讯）设备。更突出的是， GID 使汽车具备了“网络车牌”或“网络身份证”的能力，解决了物联网中最困难的移动寻址与可信标识无法分离的问题，增强了网络可视性，可以唯一地区分全球所有车辆。此外，配合云后台系统， GID可随时通过“心跳”功能把车况、行车状态，甚至是汽车“黑匣子”实时上报。如图1 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 24 页 - - - - - - - - - 图 1 GID 与 RFID
8、 功能对比从 GID获得的多源动态数据信息，是车联网、机器移动、ITS、云计算领域的一种创新型应用技术。当车辆装载了GID终端后，汽车与交通状态信息可以从 CAN总线等采集到，这些状态涉及车辆行驶（位置、 方向、速度、 加速度） ，车体（内外温度、 空气流量、 胎压），动力（油压、转速、机油），车辆安全（安全带、气囊、门窗锁），环境（天气、路况、拥塞）等，从而让车辆成为了解决道路和交通矛盾的智慧主体。基于 GID的 IOV 系统 IOV 与 ITS 的创新影响车联网的发展与ITS、汽车电子、移动互联网密不可分。下一代ITS 发展需要解决的难题包括： 全面获取交通状态、及时侦测道路路况并了解车辆
9、的运行状况、根据车 / 路况等相关状态智能发布信息，为出行者提供更有效的交通信息，达到绿色运输、改善效率、提升服务质量的目标。由此可见， ITS 的核心是“道路”和“车辆”的均衡博弈。传统ITS 解决方案大都围绕静态和固定的道路关联因素，如路边单元RSU 、视频摄像、信息发布牌、RFID Reader 、压感线圈等， 而忽略了车辆本身是交通路况、事故、路边环境等最直接的制造者和矛盾的主体。基于 GID的车联网的出现，是传统M2M 和 Telematics的进化与飞跃。基于GID 能力，车联网完全可以把以往借助道路等外部信息源，转移到借助车辆自身信息源的方向上来，使 ITS 在技术和管制等多方面
10、遇到的困难迎刃而解，实现从“静态信息”向“动态信息”的视角转变，从信息的点采集，向面采集、立体交叉采集、云计算处理转变，是ITS 技术体制的一种本质改变。IOV 与云计算的关系车联网产生的信息总量远大于电信业。以 ITS 为例，一个城市的多源动态交通信息采集，车辆信息的实时积聚、处理、发布，以及驱动决策和执行活动的智能化全过程，将是一个P级信息处理系统。因此， IOV 与 ITS 云计算平台就成为了信息化成功的关键。在云框架下，综合信息采集处理、道路交通状况监测、车辆监管与疏导、信号控制、系统联动以及预测预报、信息发布与诱导等，都必须做到与整体情报系统的融合、共享和统一决策。如图 2 所示，车
11、联网、ITS 相关的云服务，主要分为三类。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 24 页 - - - - - - - - - 图 2 基于云计算的ITS 体系总体架构IaaS 基础云服务：基于云框架，提供车联网与交通相关的基础计算服务，如车辆/交通状态数据存储、车辆区域监控、车辆安全状态监控、道路交通实时分析、接入计费与结算等等； 同时，作为一种核心能力，以开放性接口API 提供给任何第三方应用开发商使用，帮助他们快速构建相关的应用服务。PaaS平台云服务：提供
12、海量GPS数据和 GID 数据处理、 ITS 全息数据处理、云存储、信息挖掘与分析、信息安全、数据总线等功能。SaaS应用云服务：基于基础云服务的能力和第三方的服务资源，任何开发者可开发出特定的支持车联网、ITS 特性的应用， 并能发布和支持多种用户终端（特定终端、 PC浏览器、手机等）。把握机遇迎接挑战IOV 是互联网、物联网、通信、汽车制造、汽车售后服务、ITS、汽车保险、交管、LBS、移动互联网等融合的产物，跨界跨行涉及了大量产业，经济覆盖面极广。受其影响，ITS、城市拥塞疏导、运输与物流、城市交通、公共设施建设、电信运营、生活方式、终端制造等都将发生一些本质性的变化。同时，IOV 的概
13、念和范畴目前在不同角度还很难统一。因此，IOV 体系需要从国家角度来进行顶层设计，并从国家战略和信息化利益角度去思考诸多问题。IOV 亟需解决的若干问题名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 24 页 - - - - - - - - - V2V 、V2I 融合通信：在一辆车里，V2V与 V2I 通常是两种体制，目前车辆很少具有V2V能力，V2I 也只在普通公网有限应用，实时性等得不到保障，而 802.11P 并不能完全胜任V2V及与 V2I 的融合与桥接能力。CA
14、N总线的开放：不同品牌的汽车，甚至同一品牌不同型号、不同年代的车辆，其CAN协议也是不同的。这给汽车在线设置了巨大的障碍，也严重影响了国家信息安全。因此，为打破“空芯化”局面，让中国的ITS 和 IOV 发挥更大的作用，促进IOV 产业的健康发展，CAN的开放对于我国汽车制造业和IOV 产业 都是必须的。精确的车辆定位：AGPS 不能完全满足车辆定位的要求，也不具备执法效力和足够的安全保障，从国家利益角度出发，也需要尽快使用北斗卫星定位，创新出快速、精准、综合的定位技术方法。IOV 标准问题：由于IOV 涉及面极广，不同角度的关注点和出发点不同，交通部、公安部、安监局、工信部、国安局、军队等各
15、自对IOV 都有着自己的理解，因此，什么是IOV的制高点， 从哪里入手制定什么样的标准和行规，且如何兼顾国家利益和自主创新，都亟需明确和统一。另外， GID 虽阐述了IOV 需要的车载机功能，但GID 与云的通信协议、与IOV 用户终端的交互、 与网络的泛在通信能力等，都存在标准亟需统一的问题，否则将无法实现互联互通。在国家立法方面，车联网作为未来汽车行业的标配功能，在前装与后装市场上的规范、法制、监管、标准等都需要尽快出台试行草案。IOV 运营问题： IOV 数据量极大，非普通平台所能承受，为保证安全可信，IOV 必须是实名制的，同时每辆车都捆绑了若干移动终端、若干人员、若干设备，有多属性、
16、多归属特点，因此，其运营主体既不是传统电信运营商，也不简单是TSP 、移动互联网SP 、车厂或4S店，对“虚拟运营”的要求已经十分明显。此外，云平台的开放与接口技术、网络可视技术、定位与计算技术、快速检索技术、数据挖掘与分析技术等，都存在大量技术难点和障碍，随着产业的纵深发展，未来还将会有大量的新问题出现。IOV 发展前景广阔车联网是特殊的通信形态，是电信转型、 互联网转型、 工业化与信息化结合的下一个重心，是汽车工业发展的新兴领域。发展IOV 是汽车工业继“绿色”之后的第二大核心主题，在此过程中也充满了各种机遇。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -
17、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 24 页 - - - - - - - - - 首先， 车辆状态的在线检查、在线年检、在线监控将成为现实。通过在线识别车辆状态和状况， 可以了解车辆是否具备合法运营执照，是否符合环保要求，是否有危险行车行为等。此业务每年可节省数百至上千亿元，符合国际发展趋势，必将对车辆监管与消费行业产生重大影响。其次， 汽车具有了网络身份证。汽车都是准实名制的实物，容易实现网络空间与物理空间的映射， 因此 IOV 在提高车辆网络可视性的同时，还具备了网络防伪、防套牌、 防假冒、网络追踪、 反走私等功能，可方便地与移动支付
18、、驾乘者信息档案等捆绑，实现从网络世界到物理世界的整体安全可信性，仅“网络车牌”和“黑匣子”就将诞生出巨大的产业。第三， IOV 将补充和完善RFID+GPS 系统。如前所述，GID 是具有处理器、传感器、通信器、基因安全 ID、存储器、无线网桥等功能的新型车终端，它极大地拓展了RFID 与 GPS产业的空间，改变了当前ITS 与车联网终端的立足点，与现有ITS 系统融合使用可实现移动终端的实时发布、智能路线导航等，必将影响整个ITS 布局。第四， IOV 能拓展移动互联与LBS服务的新空间。汽车与社区结合，将产生更具现实与虚拟意义的人类社区。车联网把大量物理世界的事物引入到网络世界中来，同时
19、又避免了实名对隐私的侵犯，保证了虚实的映射唯一。因此，IOV 将对移动互联网产生巨大的冲击，一方面使客户数量剧增，另一方面开挖了诚信交易、隐私保护和可信标识等下一代金矿，其潜力不可估量。第五， IOV 将产生强大的数据服务。IOV 实现了路网、路车、车人、人车、车网多级数据存储和查询， 实现了与汽车相关产业链的6 度关联， 把人们生活中的点滴都联系在一起。这种海量数据存储、处理、分发、应用、电子商务、数字交易等都需要由一个真实的平台完成，该平台的规模将比现有通信平台大得多，将把大量物理世界的能耗转换为网络世界的能耗，因此 IOV 必将推动云计算产业的蓬勃发展，也必将是物联网云计算的第一个实用场
20、景。第六，未来将涌现出大量车联网行业的智能终端。IOV 不仅提出了对车载机的更高要求，同时也提出了IOV 云概念，这必然产生所谓的IOV 云应用手机。未来，IOV 终 端应具有车联网所需要的特殊人机界面，可以与车载屏幕对接，可以作为移动支付终端，具备IOV LBS与 SNS功能，具备IOV 云上所有特殊服务，如ITS、车险、救援、事故报警、电子栅栏、智能路线、路况视频、IOV 支付等，同时还可能具备导航、定位搜索、查车、远程诊断以及与 GID 共组网等功能，前景不可限量。基于展讯平台车联网云狗（GPS Tracker ）解决方案名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
21、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 24 页 - - - - - - - - - 2014 年 12 月 4日，致力于亚太地区市场的领先电子元器件分销商- 大联大控股宣布，其旗下世平与技术合作伙伴- 广州掇月一起推出基于展讯SC6531的车联网云狗解决方案，以应对潜力无限的车联网市场需求。展讯 SC6531采用 40nm CMOS 工艺， 是一个具备大量开发工具的成熟并通过验证的平台，并在单芯片SoC上集成了基带、射频收发器、电源管理单元、PSRAM 、高品质音频功放、触摸屏及三卡控制器，降低了设计复杂性及开发时间。该平台还
22、集成了多媒体加速器、图形处理器和 FPU加速器，可提供卓越的多媒体表现及处理能力。在汽车已逐渐成为家庭必备的交通工具的今天，随着物联网概念的兴起，在汽车市场也掀起了 “车联网” 新潮，这将意味着人与车、车与车、 车与路在不久的将来会实现在线互通，打开车联网服务之门。结合目前最流行的云技术研发而成的电子狗，简称“云狗”。以其便捷的无线升级功能和实时的 GPS 交通预警功能，一跃成为车联网时代的新宠，有望成为新的车载必备终端，其市场潜力不可估量。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -
23、 第 7 页，共 24 页 - - - - - - - - - 图示 1- 产品照片图示 2- 功能框图功能描述在线监控： 在线监控安装了云狗的车辆所在经纬度、行驶方向和速度。并显示停止时间和逗留时长；轨迹查看： 回放安装了云狗的车辆行动轨迹。可以设定回放的起始时间、终止时间和播放频率；电子围栏： 可以锁定安装云狗的车辆行驶范围，如果车辆进入或跑出划定的范围，将会有通知提醒车主，保证车辆安全；投诉管理：当车主在使用云狗时发现有错报漏报的现象，可通过“一键投诉”按钮，及时将信息反馈到云后台。重要特征采用展讯 SC6531平台：云狗方案采用的展讯SC6531处理器，内核为ARM 9，主频可达234
24、MHz ，是一款高性能、低功耗的平台；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 24 页 - - - - - - - - - 配备 SIM电话卡：云狗方案配备中国移动流量卡，信号覆盖好，功能更稳定；卫星接收定位：云狗方案运用高强度GPS卫星接收模块，保证实时收星，定位功能；实时更新数据：云狗方案是运用实时更新的数据库，保证最新的数据播报；实时定位功能： 在工作状态下， 后台可以实时掌控云狗地点，并且可在后台地图上显示；可搭配高感雷达： 可搭配高感的ANW 雷达来侦测
25、流动测速照相，检测流动测速照相电子眼。图示 3- 方案照片完整车载Wi-Fi影音解决方案随着 BAT等 IT 巨头相继进入车联网领域搅热这个新兴市场，有预测认为未来 5 年中国的车联网产业产值将有望超过 1000 亿元。车载互联技术的兴起让受困于传统发展模式的汽车企业获得启发， 也让早已涉足于此的汽车品牌得到机遇，快人一步的发展思路自然会为企业赢得先机。采用互联技术的车载影音机，可以直接与手机相连，实现手机与车载系统的同步互连操作，除了具备传统的视频播放、车载导航功能之外，还可以实现同屏传送，收发邮件、网络登陆、 网络下载等移动互联功能。为迎接即将到来的车联网时代，大联大旗下世平推出基于 Wi
26、-Fi 互联技术的车载影音系统完整解决方案。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 24 页 - - - - - - - - - 图示 1- 功能框图功能描述Wi-Fi 双屏互动功能：将Android 手机屏幕显示内容传送到车载影音屏幕上；支持导航功能；Wi-Fi 上网、蓝牙通信；支持耳机模式和外部功放模式；支持标清视频播放。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
27、- - - - 第 10 页，共 24 页 - - - - - - - - - 重要特征双核 Cotex-A9 1.4G，四核 MPU 400MHz ；针对车机市场专门制作相应 Android4.4.2 SDK；带有快速启动12-15S，快速倒车3S 以内， Miracast 功能；Video Decoder & Encoder 1080p60fps & 1080p30fps；Max Display Size 1920*1080 温度范围 -40 到 85 ，温升 20 。方案照片名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
28、名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 24 页 - - - - - - - - - 图示 2-基于 Rockchip PX2 的参考设计图示 3-基于 CSR SiRFprimaII的参考设计村田制作所汽车安全及车联网解决方案随着车辆中电子产品使用的比例越来越高，汽车电子控制系统日益增多，汽车电子成为了保证汽车网络化、安全、舒适、智能及个性化趋势的主要推动力。零伤亡、互联、拒隐患成为了未来汽车不可或缺的重要因素。村田制作所作为全球知名电子元器件制造厂商，正不遗余力地在“安全”、“互联”、“防预”等方面为汽车电子市场提供高精度、高可靠性的元器件产品。未来汽车之【安全篇】被动
29、安全设计旨在于事故发生时尽量减少乘员受伤的几率，以安全气囊、安全带等为主，不过它们已远不能满足人们对于汽车级别安全的需求了。“汽车主动安全”是相对汽车被动安全而言的，致力于防患未然。如：ESC （车身稳定系统）、ABS （防抱死系统）、EPB （电子驻车系统）、 TPMS （胎压监测系统）等等。 ESC和 TPMS 等和安全相关的应用在发达国家都已经强制推广， 预计在中国近几年之内也会出台类似的法规。所有这些应用的工作基础都离不开 MEMS 传感器。 2012 年，村田以其独有的市场远见，大手笔收购芬兰VTI 科技并成立Murata Electronics Oy（又称， MFI）。 MFI 的
30、产品应用在汽车电子的传感器有，MEMS 加速名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 24 页 - - - - - - - - - 度传感器、 倾角传感器、 陀螺仪传感器以及陀螺仪和加速度组合传感器等等。这些传感器都符合 AEC-Q100的标准，具有高精度，高稳定性，高可靠度等特点，特别是在涉及汽车安全的 ESC 功能中， 村田的传感器市场占有率近50% 。同时，这些产品除了在主动安全领域上持续稳定的增长以外，在新兴领域如高级辅助驾驶系统（ADAS ）即，前车碰撞
31、报警、 盲点监测、车道偏离报警以及自动泊车等方面也走在了行业及技术前沿。更值得一提的是， 传感器技术作为自动驾驶技术的支持，为安全驾驶开辟了新的领域。在12 月 9 日的国际汽车技术年会上，村田高级产品经理Tommi Vilenius还发表了关于“自动驾驶技术与中国”的主题演讲，就自动驾驶中所需要的传感器技术和针对不同程度的自动驾驶需要的更好的传感器等话题进行探讨。未来汽车之【互联篇】据研究资料表明（IHS July 2013）中国的车联网市场从2012 年到 2019 年将以每年8%的速度增长。在该领域村田拥有了10 年以上的相关业务经验，从车载免提、语音识别应用到网络共享、印射同步、后座娱
32、乐系统、 无线通信等方面，村田不断以多方面的应用适应着汽车电子多功能的发展。5GHz对应、 Wi-Fi 直接对应等，最先进的 Wi-Fi技术的价值被认识到，市场也逐步扩大。为了让智能手机与IVI （车载信息通信终端）实现映射同步、网络共享， 村田与软件厂商以及芯片厂商合作，为客户提供连接解决方案。村田的无线连接模块有汽车等级，汽车多媒体等级以及消费级，满足客户多种不同的需求。截止到2013 年村田已经向世界各地的汽车行业提供了1500 万的蓝牙、应用于汽车的Bluetooth ？/Wi-Fi组合模块等通信模块。在中国市场上也和国际上主流的以及国内知名的Tier 1 客户合作，应用到很多畅销车型
33、上。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 24 页 - - - - - - - - - 图：村田Bluetooth/Wi-Fi组合模块的应用示例汽车无线射频识别系统设计本系统是基于数字通信原理、利用集成单芯片窄带超高频收发器构建的无线识别系统。阐述了该无线射频识别系统基本工作原理和硬件设计思路，并给出了 程序设计方案的流程图。从低功耗、 高效识别和实用角度设计适用于车载的射频识别标签。测试结果表明， 本系统在复杂路面状况（繁忙路面）的条件下可实现 300m 范
34、围内有效识别，视距条件下可达到500 m 范围有效识别。物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、电、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、 管理和控制。 本项目针对车载物联网中的数据采集、传输与应用的关键问题，展开研究，设计基于短距离无线射频通信技术的新一代车载射频识别系统。系统由短距离无线通讯车载单元（ On-Board Unit ， OBU ）和基站系统（
35、Base Station System，BSS ）组成一个点对多点无线识别系统（Wireless identification system，WIS），可用于在基站覆盖范围内车辆识别和智能导引。1 系统硬件设计系统硬件主要由控制部分、射频部分和外部扩展应用部分组成。以低功耗MCU 为控制单元， 集成单芯片窄带超高频收发器，内置优化设计天线采用先进的光伏电池供电，实名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 24 页 - - - - - - - - - 理高集成度短距
36、离无线识别射频终端（OBU ）。本终端体积小、功耗低、适甩范围广，并且建立开放的协议和标准接口，便于与已有系统或其他系统对接。系统工作示意如图1 所示。11 控制电路设计控制单元采用业界低功耗应用比较成熟的TI 公司生产的MSP430 ( 2.0250) 系列，该系列是 TI1996 年开始推向市场的一种16 位超低功耗的混合信号处理器（ Mired Signal Proessor ） ， 其针对实际应用需求把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，提供“单片”解决方案。在WIS系统中 OBU 和 BSS中工作原理相同，所以重点介绍OBU 部分设计，其控制部分原理图如图2 所示。MS
37、P430F2274 (2.5312) 的输入电压为1836V电压在 1 MHz的时钟条件下运行时，芯片的耗电在200 400A左右，时钟关断模式的最低功耗只有01A。由于系统运行时打开的功能模块不同，采用了待机、运行和休眠3 种不同的工作模式，有效地降低了系统功耗。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 24 页 - - - - - - - - - 系统使用两种时钟系统；基本时钟系统和数字振荡器时钟系统（Digitally Controlled Oscillat
38、or，DCO ），使用一个外部晶体振荡器（32 768Hz）。在上电复位后， 首先由 DCOCLK启动 MCU （Microprogrammed Control Unit微程序控制器），以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设量适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用作MCU 时钟 MCLK 时发生故障， DCO 会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。本设计使用到了片上外围模块看门狗（WDT ）、模拟比较器A、定时器A（Timer_A ）、定时器B （Timer_B）、串口 USART 、硬件乘法器、
39、10 位 12 位 ADC、SPI 总线等。12 射频电路射频部分采用TI 公司 CC1020 ( 6.8425) 作 为射频控制单元，该芯片为业界首例真正的单芯片窄带超高频收发器，有FSK GFSK OOK 3种调制方式，最小通道间隔为50 kHz ，可满足多通道窄带应用（402470 MHz以及 80494O MHz频带）的严格要求，多个工作频段可自由切换，工作电压23 36 V，非常适合集成扩展到移动设备作为无线数传或电子标签使用。该芯片遵从EN300 220ARIB STD-T67 以及 FCC CFR47 part15 规范。选择载频频率430 MHz为工作频段， 此频段为ISM频段
40、，符合国家无线管理委员会标准，无需申请频点。采用FSK的调制方式，拥有较高的抗干扰能力和低误码率，采用前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为10-2 时，可得到实际误码率10-5 10-6 。在开阔地视距条件、波特率为 2A Kbs 、大吸盘天线（长度2m ，增益 7 8 dB 距离地面高度2m ）时数据传输距离可达800 m。该 RF芯片标准配置可提供8个信道能够满足多种通信组合方式。由于采用窄带通讯技术，增强了通讯稳定性和抗干扰性。射频部分原理图如图3 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -
41、 - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 24 页 - - - - - - - - - 13 系统供电系 统供电部分由光伏电池作为日常工作供电和锂亚电池作为备用电池相结合供电方式。在光照较好的条件下通过太阳能给蓄能电池充电，每天保证一定的光照时间可基本满足 OBU日常工作需要， 极大地延长了备用电池的使用寿命，同时延长了OBU的工作寿命。 适合经常在室外运行的车辆使用，可采集到充足的阳光供光伏电池工作。14 系统开发环境系统开发环境如下：1） IAR Embedded Workbench for MSP430编译器； 2）PADS PCB Design So
42、lutions 2007比思电路板设计工具。2 系统程序设计程序采用模块化设计，用C语言编写。主要由4 部分在组成：主程序模块、通信程序模块、外围电路处理模块、中断和存储模块。主程序主要完成控制单元的初始化、各种参数的配置及各外围模块配置和初始化等；通信程序模块主要处理对RF芯片的配置以及433 MHz收发处理；外围电路处理模块主要对系统外部LED指示、电压检测、声音提示以按键及其他处理；中断和存储模块主要处理系统中断和记录存储。主程序流程如图 4 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
43、- - - - 第 17 页，共 24 页 - - - - - - - - - 3 RF 通信流程OBU与 BSS通信流程分为3 步：建立链接、信息交换和释放链接，如图5 所示。第 1 步：建立连接OBU 所在位置的坐标信息及其ID 码通过预置参数存储在控制单元MCU 的 Flash 中，并被长期保存。BSS （基站系统）利用下行链路向 OBU循环广播发送定位（基站识别帧控制）信息， 确定帧结构同步信息和数据链路控制等信息，进入有效通信区域内的 OBU被激活后即请求建立连接和进行有效性确认并发送响应信息给对应的OBU ，否则不响应；第 2 步：信息交换本设计采用探测射频信号强度大小的方法来确定
44、OBU是否进入服务区，经 探测信号强度大于最大信号的12 时，收发双方实现无线握手，此时认为 OBU 已经进入服务区。在此阶段中，所有帧必须带有OBU的私有链路标识，并实施差错控制。对于OBU 上下行的判断可以通过ID 号来判断是否属于同一个系统，不是同一个系统的ID 号的 OBU从记录中自动删除。OBU上报信息时采用跳频机制，随机选择所处服务区的某一固定信道进行握手通信，防止发生信道堵塞。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 24 页 - - - - - -
45、 - - - 第 3 步：释放连接同样采用探测信号强度小于最大强度的12 时，认为车子已经离站。RSU与 OBU 完成所有应用后，删除和链路标识，发出专用通信链路释放指令，由连接释放计时器根据应用服务确认释放本次连接。4 OBU与 BSS通讯流程的开发通讯协议依据开放系统互联体系结构七层协议模型建立了三层的简单协议结构，即物理层、数据链路层和应用层。1）物理层物理层主要是通信信遭标准，由于目前国际上尚未形成关于433 MHz短距离无线通讯统一的标准，各种标准定义的物理层也不尽相同，如表 1 所示。 图 6 为曼彻斯特编码方式。2）数据链路层数据链路层控制着OBU 与 BSS之间的信息交换过程，
46、对数据链路连接的建立和释放，数据帧的定义与帧同步，帧数据传送的控制、容错控制、数据链路层控制和链路连接的参数交换等作了规定。数据传输以数据帧传输进行，如图7 所示。3）应用层应用层制定标准的用户功能程序，定义各路应用之间通信消息的格式，提供开放的消息接口，供其他数据库或应用程序调用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 24 页 - - - - - - - - - 5 结束语本文所设计的射频识别系统采用TI 低功耗系列的MSP430微控制器，是 TI 公司专门
47、针对电池供电设备低功耗所设计。射频芯片也为TI 公司 CC1020，集 成度高， 可实现体积小、功耗低、 易于安装， 适用于建设车辆免停车监测与监控系统。测试结果显示在复杂路面状况（繁忙路面）可实现300 m 范围内有效果识别，视距情况可达到500 m 范围内识别。瑞萨电子汽车安全智能驾驶决解方案作为瑞萨电子最先进的车载芯片R-Car 系列的最新成员， R-Car E2车载系统芯片 （SoC ） ，可为入门级汽车集成驾驶舱系统提供卓越的信息娱乐和音响功能，并可支持汽车- 智能手机的交互操作。 结合瑞萨R-Car 系列其他产品， 可轻松扩展， 覆盖从入门级到高端的集成式驾驶舱系统。 在集成式驾驶
48、舱内，系统需要整合并分析多个信息流，然后将需要的信息以最佳方式呈现给驾驶员，而且与智能手机的交互日显重要。入门级应用的这种信息融合趋势对产品提出了更高要求。1.R-Car E2解决方案车载音响系统是一个非常适合与智能手机交互的发展领域。汽车 - 手机交互操作可以为车载信息系统扩展它本身没有的功能。为实现这个目的，需要支持连接多种智能手机的接口，以及足够的连接速度以应对大量的应用程序的交互。为实现这类功能，软件开发的挑战愈加强大，由此导致的开发速度放缓和开发成本剧增的问题日趋凸显。随着集成式驾驶舱成为主流产品，出现了多种实现方案。汽车厂商和一级供应商正在寻找能提供广泛的产品阵容的方案供应商，其关
49、键要求是： 具有足够的灵活性来实现多种产品变种，并且能提升整个产品线的软件复用能力。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 24 页 - - - - - - - - - R-Car E2 系统框图R-Car E2 解决方案的主要特点：（1） 强大的处理性能配有 2+1 的处理器组合， 包含了双 ARM?Cortex?-A7 处理器内核， 为低功耗做了专门优化，同时具有很高的处理性能。同时还包含了一个单核 SH-4A 处理器，该SH-4A处理器具有可靠的汽车应用出
50、货记录。这套处理器组合的性能大约是上一代R-Car E1 的四倍，这样性能上拥有更大的余量。R-Car E2 芯片针对低能耗进行了优化，消除了对散热片和风扇的需求，从而降低了系统成本。R-Car E2 也针对入门级应用的系统成本进行了优化，通过提高外部 DDR 内存总线频率，只需要一个外部16 位 DDR模块就可以达到足够的性能。（2） 良好的可扩展性使用 R-Car E2 开发的软件可兼容多个产品。Cortex ?-A7 处理器内核与R-Car 系列的高端产品 （R-Car H2 和 R-Car M2 ）中使用的 Cortex ?-A15 处理器内核实现代码二进制兼容，同时片上的各功能模块与