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基于QT的车载终端系统的设计
摘要
本文设计与实现了一个基于qt的智能车载终端。系统基于车规级的arkit cortex-a7 atk-dl6y2c硬件平台，通过qt与车用系统软硬件结合设计，实现车载终端对周围环境感知、与远程终端通信、多媒体影音娱乐、行车安全辅助等功能。系统主要由前置显示设备与后置控制设备两部分组成，其中后置机主要负责采集车辆本身的状态信息，并实现在行车过程中的数据实时传输。选择车规级的元器件，并在系统中加入北斗gps双模定位模块um220-iii、500万摄像头ov5640、ap3216c三合一环境传感器等设备，实现厘米级的定位精度与倒车视觉化预警；在软件部分，基于嵌入式linux操作系统，使用qt embedded创建一个跨平台图形界面，百度语音api实现语音交流；使用nmea-0183协议解析多模卫星导航，并使用adv7180视频编码处理倒车时的影像。设计的智能车辅助定位系统具有良好的可靠性和可扩展性，可以应用于不同类型车辆的智能化，提高汽车驾驶的安全性、舒适性及节能环保。系统使用uart与中兴mc8332模块连接，通过它来完成cdma无线数据通讯，同时可集成音乐播放、温湿度、天气查询等功能。经黑盒测试验证，该系统在复杂的车载环境可保持稳定工作，定位误差在2米以内，倒车预警时间小于0.5秒，音乐播放支持flac、ape无损以及在线流播、点播等功能。文章中的方案已在相关项目中应用，具有较高的市场应用和推广价值。该架构采用分层设计来实现硬件抽象和功能解耦，为智能网联汽车提供一种低成本、高度集成的终端解决方案。未来还可以升级为5g模块，并进行实车道路试验。
关键字：车载终端系统；Qt框架；嵌入式Linux

abstract
This article designs and implements an intelligent vehicle terminal based on Qt. The system is based on the Arkit Cortex-A7 ATK-DL6Y2C hardware platform at the vehicle specification level. It is designed by combining Qt with the software and hardware of the vehicle system to achieve functions such as perception of the surrounding environment by the vehicle terminal, communication with remote terminals, multimedia audio and video entertainment, and driving safety assistance. The system mainly consists of two parts: a front display device and a rear control device. The rear unit is mainly responsible for collecting the status information of the vehicle itself and achieving real-time data transmission during the driving process. Select vehicle grade components and add Beidou GPS dual-mode positioning module UM220 III, 5-megapixel camera OV5640, AP3216c three in one environmental sensor and other devices to the system to achieve centimeter level positioning accuracy and visual warning for reversing; In terms of software, based on the embedded Linux operating system, create a cross platform graphical interface using Qt embedded, and implement voice communication through Baidu Voice API; Use NMEA-0183 protocol to parse multi-mode satellite navigation, and use Adv7180 video encoding to process the image when reversing. The designed intelligent vehicle assisted positioning system has good reliability and scalability, and can be applied to the intelligence of different types of vehicles, improving the safety, comfort, energy saving and environmental protection of car driving. The system is connected to the ZTE MC8332 module using UART to complete CDMA wireless data communication, and can also integrate functions such as music playback, temperature and humidity, weather inquiry, etc. Through black box testing, it has been verified that the system can maintain stable operation in complex vehicle environments, with a positioning error of less than 2 meters and a reverse warning time of less than 0.5 seconds. The music playback supports flac, ape lossless, as well as online streaming and on-demand functions. The scheme in the article has been applied in relevant projects and has high market application and promotion value. This architecture adopts a layered design to achieve hardware abstraction and functional decoupling, providing a low-cost and highly integrated terminal solution for intelligent connected vehicles. In the future, it can also be upgraded to a 5G module and undergo real vehicle road tests.
Keywords: Vehicle Terminal System; Qt framework; embedded linux

目录
基于QT的车载终端系统的设计 I
摘要 I
abstract II
1绪论 1
1.1研究背景及研究意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3 Qt简介 5
1.4本文的主要工作 6
2 系统硬件平台设计 6
2.1系统设计任务及要求 7
2.2系统硬件设计方案 7
2.2系统硬件选型 8
2.3.1 ATK-MC5640 V1.2图像传感器 10
2.3.2 AP3216传感器 10
2.3.3 按键 11
2.3.4温湿度传感器 11
2.3.5WiFi模块 11
2.3.6北斗定位模块 12
2.3本章小结 13
3 硬件电路设计 14
3.1 ATK-MC5640 V1.2图像传感器 15
3.2 AP3216传感器 16
3.3 按键 16
3.4温湿度传感器 17
3.5WiFi模块 17
3.6北斗定位模块 17
3.3本章小结 18
4 系统软件设计 20
4.1系统软件架构 20
4.2嵌入式操作系统 21
4.2.1嵌入式 Linux 操作系统的移植 21
4.2.2Qt/Embedded 的移植 22
4.3C D M A通信程序设计 25
4.4北斗定位模块程序 26
4.5倒车辅助程序 26
4.6小结 27
5 系统验证与评估 29
5.1功能测试与分析 29
5.2结果 30
5.2.1 定位功能验证 30
5.2.2 音乐播放功能验证 30
5.2.3倒车辅助功能验证 31
5.3本章小结 31
6结论与展望 32
6.1总结 32
6.2展望 32
参考文献 34

1绪论
1.1研究背景及研究意义
随着新一轮科技和产业革命深入发展，世界范围内汽车正向"新四化"快速迈进。我国汽车已经具备智能互联特征。只有智能化、网联化变成了汽车技术发展的核心，才能促使汽车向智能网联方向发展。汽车，自诞生以来一直伴随人类社会的发展而变化。在近几年里，全球的汽车使用率也是呈现上升的趋势。尤其在中国，由于被国家认定为经济复兴的支柱产业，受到了政府大规模的重视和支持，因此汽车的生产量和销售量也是逐年增加。同时，随着人们的经济水平的提高和对安全出行的需求，人们对于汽车的安全性和舒适性等有了新的要求，驱使汽车 制造企业不断提高自身的技术水平以满足市场需求。车载终端系统，一般指安装在汽车上的终端设备，随着行业的飞速进步，也逐渐被市场所接受，并逐步成为中高端和低端车型的"标准配置"。当用户对整车性能要求的提高及对舒适性和安全性等方面要求的提高，汽车 制造商开始开发车载终端的功能。车载终端系统行业的竞争也日趋激烈，这迅速地促进了产品的技术进步和市场的扩展。
2011年，我国汽车产销量分别达到1841.89万辆和1850.51万辆，位居全球首位！汽车保有量，已经成为了国家经济发达程度的标志，汽车保有量也是衡量一个国家社会文明程度的标志。随着汽车数量的快速增长，汽车的电气化也在不断的发展，即汽车的电气化程度在不断提高，所以汽车中电子化部件越来越多，汽车的电子化程度不断提高，汽车上应用有各种各样的电子装置。汽车的电子技术随着汽车一起发展，汽车的电子化程度越来越高。汽车电子:汽车电子是指安装在汽车上的电子设备和电器设备的统称。汽车的电子设备和他的机械部分是配合工作的，包括:动力总成控制、底盘与车身的电子控制、舒适性和防盗系统等。汽车电子装置:汽车电子装置是指与车辆有关的并包括一切与车辆有关的、单独操作的电子或电气设备的总体。车载汽车电子设备:是指在汽车内部能独立操作的汽车电子设备。例如:汽车信息终端、导航系统、车载娱乐系统、上网设备等。
随着电子科技不断发展，车载终端通过如3g、蓝牙、wi-fi等无线通讯技术和车载终端系统，实现汽车与外界网络，通过3g移动通信网络与外界网络连接，使得驾驶者、乘客及时了解外界情况并作出必要的应变，或者车载终端系统可以根据外部环境变化而改变自身状态以适应周围环境变化，这样可以提高汽车行驶安全性、乘坐舒适性，因此，通过车载终端系统在汽车环境应用，汽车在我们日常生活中、商业活动，已不再是一种通常意义上驾驶、代步交通方式，也不再是一个独立实体，而是逐渐转变成外部信息网络中一个移动终端。汽车可以它的内部如各种传感器、处理器以及其他电子设备等，进行有效整合和管理，使得汽车本身具有功能，并且，有极大可能是全球网络一个节点，提供外界网络所需各种信息和服务。这些构想，在车内环境与外网络连接架构，以及汽车品牌服务提供商与驾驶、乘坐用户之间，云计算和云服务网络实现互联。
qt框架是一个用于c++跨平台应用开发，拥有经验证的图形用户界面，广泛的类和类库以及强大的功能模块，跨平台特性，较高的可扩展性。qt框架由于其独特的属性，在车载终端系统的开发过程中具有先天的优势。本文以车载终端系统的开发为切入点，对车载终端系统进行了分析，设计了界面，并提供了相关代码，开发人员通过qt框架，方便了车载终端的图形界面设计，语音控制，地图定位等，提升了车载终端的用户体验以及智能化水平。本课题组对qt框架在车载终端系统开发应用的研究，增强了车载终端的用户体验和智能化水平，同时对于汽车电子的探索和创新也有一定的促进作用。通过研究和探索qt框架在车载终端系统开发应用，可以提出更加强大和有保障车载终端系统设计，为汽车电子制造商提供力量。本课题的研究成果对于我国智能驾驶汽车的自主研发具有一定的意义。对于智能网联汽车行业的发展也有一定的促进作用，促使汽车行业向智能化，网络化的方向发展。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
在过去的几年中，车载电子设备的发展速度很快，与此同时，车载电子产品的相互竞争也在不断增强；与此同时，国内整车厂对汽车电子的投资力度不断加强，在政策支持和汽车电子市场的拉动下，国内的汽车电子产业呈现出一片繁荣的景象。这与汽车产业的全面振兴和汽车电子市场的迅速扩大息息相关。随着世界经济的一体化进程的不断加快，国际产业分工的不断深化，技术和产品的不断升级换代，车载电子，一个新兴的产业，已经开始进入到我们身边，并且发挥着它重要的作用。据《中国汽车电子市场报告》的统计，2005年中国车载电子市场(生命周期的初期)全年零售额达到624.3万单位，比2004年增长了36.3%，其中车载电子产品的全年零售额为102.9万单位，比2004年增长了51.6%.从这个角度上来说，我国的汽车电子产品市场已经进入了高速发展时期，增长的速度将继续保持较高的水平。这个增长的速度是超过了汽车电子市场的总体增长速度。这说明中国的汽车电子行业有很大的应用潜力和发展潜力，也说明中国的汽车产业正在飞速发展。2006年汽车电子产品总销售额达到人民币867.6亿元，比2005年增长高达40%。随着中国汽 车产业的不断发展和国内消费者对汽车需求的持续增长，汽车电子产品也飞速发展。从此，我 国汽车电子市场的规模一年又一年的有较大的增长。据全球最大的汽车电子供应商美国赛迪公 司发布的《汽车电子技术发展趋势》报告显示，2011年全年，汽车电子产品市场很可能会超 过2400亿元大关。随着汽车工业的不断发展以及人们对环保和安全的要求不断提高，对车载电子产品的需求 将越来越大，未来几年中国的车载电子市场会有一个非常好的发展前景，预计到2012年，这 个规模将会达到超过3000亿元。据了解，随着人们生活水平的提高和对生活品质要求的提高，越来越多的人开始关注自己 车辆的电子安全性能，并希望能从汽车上的车载电子来保护自己，车载电子预计在整体市场 中将占20%的市场份额。随着人们生活水平和质量的提高，人们越来越关注车辆本身的性能及驾驶安全，对于车 载电子来说，这种需求越来越显得重要起来，因此，随着汽车行业的不断壮大和汽车电子产 品市场的迅速扩张，车载电子产品的进步和更新换代也在日益加快。另一方面，车载电子企业之间的市场竞争也日趋激烈。另一方面来看，也促进了车载电子 产品功能的广泛运用和技术的设计创新，但同时整个行业竞争也更激烈。
我国对车载终端非常重视，此外，我国的车辆监控系统的设计和研发方面，我国相关机构已经制定了一系列完善的技术标准。主要涉及定位技术、无线通信技术、安全防范技术等。建议的这些标准包括定位模块的硬件要求、车载终端要求以及车载终端和远程监控中心的合作合同等，主要的汽车生产制造商在设计和开发车载终端必须符合这些标准。在新科技不断发展的今天，和人们的生活水平的提高，汽车已经成为一种普遍的工具，而车载终端也是移动通信设备的之一，主要就是用以管理汽车。现在，在国内，从事车载终端的研究公司以及汽车制造商逐渐增加，并且取得了很多的研究成果，而且车载终端各有各的特色。简介比亚迪公司的车载终端的发展。在2012年，比亚迪发布了他们的第一款纯电动汽车。与比亚迪的首款纯电动汽车相比，e6电动汽车上的车载终端功能更先进，可以满足用户的需求，而且具有音频和视频的功能。
随着越来越多的汽车制造商、科研单位对车载终端系统展开了研究，而且也取得了一定的成果，开发出来的车载终端产品功能也相对齐全，但是与国外的车载终端系统相比，存在许多的不足和缺点，如车载终端设备的不可靠、不稳定、系统整体性差、研究人员对研发方面的人员和资金投入少等。因此，如果我们国家的汽车工业要继续快速的发展，就必须要对车载终端展开研究，以满足人们对于汽车的需求。车载终端的开发，是靠大家共同努力的基础上，在现有的车载终端系统研究展开了研究，而且优化系统功能，并提高系统性能及稳定性。
1.2.2国外研究现状
汽车问题一直是个世界性的课题，很久以前老外就开始了和汽车有关的课题研究，逐渐产生了一个课题，itsu( intelligent transportsystem ) ，即智能交通系统。它包括两个子系统:交通信息采集与分析子系统和交通指挥控制子系统。its 是综合运用先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术，对车辆的监控管理。它构成一个实时性强、范围广、准确高效的交通运输管理 系统。车载终端系统是its大系统的一个重要组成部分，是车辆管理优化的基础。智能交通系统的发达程度也可以在一定程度反映车载终端的发达程度。
智能车辆的监控与导航实验早在三四十年前，老外就已经开始了，那时候的研究主要是为了军事服务。随着各国的社会经济水平，科技水平的提高，老外觉得交通信息服务的需求量也会越来越大，这样就促进了交通信息的发展。在汽车产业和城市的燃烧过程中，北美，本，新加坡以及欧洲等一些先进的国家和地区对车辆监控系统展开了从里到外，深到底的全面系统的分析研究，耗费了大量的人力财力资源。我国现在也在朝交通信息化的方向发展，智能交通管理是实现交通信息化的重要技术手段之一。在对车辆监控系统的研究基础上，智能交通系统得到了进一步发展。智能交通是个集信息技术、通信技术以及其他科学技术来解决各种复杂交通问题的一种综合性的系统。外国人的智能交通系统的研究和开发已经开始采用了先进的技术和设备，所以也有了大量的成果。随着科学技术的发展，随着计算机，通信和网络技术的迅速发展，使交通控制与管理得到进一步改善。在80年代后期，为了减少交通堵塞，减少交通事故，减少资源浪费，减少环境污染，提高道路利用率，减少车辆空载，减少交通事故，提高车辆安全性，许多发达国家对信息技术系统(its)进行了研究，从而改善传统的交通运输状况。
1.3 Qt简介
Qt是一个由Trolltech公司开发的图形用户界面（Graphical User Interface）库，这个库是用C++编程语言编写的，并且支持跨平台的使用。该工具能够为开发者在不同操作系统间进行图形交互提供强大支持，它还具有良好的扩展性、兼容性和可移植性。0t库为用户提供了众多高质量的GUI工具包，这有助于开发出卓越的图形用户界面。Linux环境中，常见的KDE和GNOME界面都是基于Ot库进行开发的。
KDE和GNOME桌面是用于PC机的GU，而这些PC机的GUI都是基于XServer或XLib库来运行的。由于它们的内存较小，不能支持大容量数据存储，因此无法直接应用于移动设备上。尽管XServer/XLib具有强大的功能，但由于其庞大的体积，它显然不太适合在存储资源受限的嵌入式环境中运行。因此，如何将这些应用集成到一个通用的平台中就成为了一个非常重要的课题。Trolltech公司为了确保在嵌入式环境中也能充分利用Ot库资源，基于Qt库进行了嵌入式环境下Qt库的开发，这种Qt库被称为QtEmbedded，简称为OtE。不同于PC机上依赖XServer或XLib库的GUI，基于OtE库开发的图形用户界面GUI不需要XServer或XLib的支持。它使用Framebufer（帧缓冲）作为底层显示设备的接口，允许上层的GUI应用程序在图形模式下直接对该缓冲区进行读写操作。这种操作具有抽象统一的特性，GUI程序不需要显示真实的物理地址等硬件细节，这大大降低了开发的难度和强度。通过将数据缓存于内存，用户只需简单地点击屏幕即可完成相应的任务。同时，在工作过程中，所有的输入设备都被Ot视为与键盘或鼠标相关的事件。因此，在系统设计过程中可以将输入设备抽象为一个简单而又容易理解的事件，使得系统更加易于维护。图1-1展示了OtE的具体实施框架。

图1-1 QtE 实现结构
1.4本文的主要工作
本文以基于qt的车载终端系统设计为背景:在绪论中指出了在智能化、网联化的今天车载终端所提出的挑战，并且提出用qt跨平台的特性来开发车载终端；在第一章车载终端系统总体架构设计中，选择了atk-dl6y2c核心板，集成了北斗双模定位模块 um220-iii 、500万摄像头 ov5640和ap3216c三合一传感器，组成了倒车监控、环境感知、无线通讯模块为主的硬件架构；在软件编写章节中，完成了搭建嵌入式操作系统内核，调用驱动等相关内容；在软件设计章节中，完成了嵌入式linux系统的移植，完成了基于qt embedded的图形界面，调用了百度语音api来实现语音朗读功能，通过nmea-0183协议解说了北斗gps双模定位，用adv7180视频编码来处理倒车影像，用cdma通信程序来实现车辆的透传；核心功能:定位精度、音乐、倒车预警等经过黑盒测试，证明可以满足车载环境需求。
2 系统硬件平台设计
车载终端系统的硬件平台对系统的整体稳定性提出了极高的标准，这意味着车载系统必须在各种环境条件（如高温、高湿、低温、振动等）下，确保系统能够正常运行。同时，由于车载终端系统本身是一个复杂而庞大的系统工程，它必须具备一定程度的通用性和扩展性才能满足不同用户对各种需求的需要。因此，在设计系统平台时，必须深入考虑车载环境的各种限制和适应性；同时，硬件设计还需要考虑到系统的可靠性和电磁兼容性等方面的问题，尽量使其具有良好的综合性能。在选择元器件和芯片时，也应确保它们都符合车辆使用的标准！,同时考虑到系统的可靠性及可维护性等问题。31号。
在信息娱乐系统的硬件平台设计阶段，通常会构建一个独立的芯片处理器，该处理器主要负责管理系统电源、信息娱乐系统与车载总线以及整车电子系统之间的通信和接口。这种处理器通常被称为车载接口处理器（VehicleInterface Processor VIP）。在早期的车载终端系统（例如车载收音机）中，通常仅包含基础的收音机和机芯音频播放等功能。随着人们对汽车需求日益多样化和个性化，车载终端系统逐渐向多功能化方向发展。由于该系统的处理需求相对简洁，因此可以在VIP芯片上完成整个系统的所有处理任务。这种情况下，车载系统的硬件架构比较简单，但其对信息处理能力和集成度有较高要求，并且容易受到外界环境的影响。随着市场和电子技术的飞速进步，信息娱乐系统在车载功能集成方面的需求变得越来越复杂。因此，在系统平台的设计阶段，通常会集成应用处理器芯片，以实现系统功能的完整性和复杂性。
2.1系统设计任务及要求
我们的作品是基于lin x环境以及atk-dl6y2c模块进行开发的，主要的成果有key驱动，dht11驱动，ap3216c驱动，以及通过qt c++进行图形设计，使用户能有一个良好的使用环境，通过多线程接收多个传感器的信号，录音模块，wifi模块，以及百度语音api，使用户可以通过语音的方式进行控制，使用户可以顺利的使用自己的口令进行操作，通过接收信号中的温度信号，计算出温度值，发送到北斗模块，通过串口接收北斗模块中的数据，通过百度地图api，进行地图匹配，从而知道用户需要的数据，通过蓝牙模块与车载部分进行连接，使用户可以在远端进行操作，通过ov5640摄像头以及ap3216c传感器，实现在倒车时监测以及距离预警，使用户在行车时更加的安全，我们设计了音乐播放器模块，用户可以通过扫描本地的音乐文件，以及在线搜索歌曲并下载到手机中，让用户在使用时不会觉得枯燥，我们还设计了智能语音模块，用户可以在其中进行交流，除了这些，用户还可以在我们的系统中进行查天气，温湿度监测以及其他功能，以满足用户更多的需求。

2.2系统硬件设计方案