于鑫洋，邹常丰*，侯森垚，刘 群，王 粤，赵 曦

(1.东北林业大学 交通学院，哈尔滨 150040；2.东北林业大学 机电工程学院，哈尔滨 150040)



基于Android系统汽车远程启动及防盗系统的研究

于鑫洋1，邹常丰1*，侯森垚2，刘 群2，王 粤1，赵 曦1

(1.东北林业大学 交通学院，哈尔滨 150040；2.东北林业大学 机电工程学院，哈尔滨 150040)

针对传统汽车的远程实时控制及防盗性能较差的问题，提出移动设备远程控制的新型控制方案，实现通过安卓手机对汽车进行远程实时防盗监控；在手机终端与远程服务器之间采用网络连接，实现数据的高速传输；在远程服务器与车载控制模块之间采用GSM网络连接，保证了数据传输的稳定性；在车载控制模块与汽车节点设备之间采用CAN总线网络连接，实现了各节点设备的互通互信；在调试后，本系统实现了通过安卓手机对发动机的启动与熄火，对车辆所在位置的定位以及调用地图显示汽车的实时位置等功能，具有广泛的扩展性。

远程控制；CAN总线；GSM网络

0 引 言

随着现代汽车的不断发展和如今智能手机的普及，汽车将向着智能化的方向发展，汽车的远程智能控制也会逐渐的流行[1]。在当前汽车行业信息化建设以及车联网的进程中，防盗系统得到了高度的重视和迅速的推广[2-4]，成为今后汽车行业信息化建设的重要内容和必然趋势。CAN(控制器局域网络Controller Area Network)总线技术已经在汽车领域得到了非常成熟的运用。借助CAN总线，可以实现车载控制模块对汽车各节点设备进行通讯[5-6]。Android系统的移动设备较其他系统应用广泛，选择基于Android系统移动设备汽车远程启动及防盗系统作为主要研究内容[7-13]，以适应未来汽车的发展，实现人们经济、环保、安全和舒适的乘驾体验。

1 设计方案

该汽车远程控制系统为实现通过手机终端远程控制汽车点火、熄火以及定位等功能，提高汽车安全性能，让驾驶者能够安心驻车，即使在车辆被盗情况下也能实现远程监控的效果，可将整个系统分为以下几个部分，嵌入式系统安卓智能设备软件设计、基于单片机车载控制器的车载控制终端、车载部分CAN节点设置、车载端与远程控制端信息通信。

该系统中通过设计一个手机客户端，用户可通过客户端发出指令，经由网络，与远程服务器之间建立连接，服务器与单片机车载控制器之间通过GSM网络实现信息传输[14-16]，从而将客户端命令信号传递给控制器，控制器根据设定好的程序，执行命令指令，通过CAN总线网络在车载端内部发送指令信号并接收反馈信号，从而控制车载端执行器工作，达成控制目的，其系统组成如图1所示。

图1 系统框图Fig.1 System Chart

2 设计原理

2.1 车载控制系统设计

该系统车载终端采用了开源电子原型平台Arduino微处理器作为主控制器，同时应用GPS、GPRS以及CAN等模块，采集车辆状态及定位信息等数据，经过Arduino微处理器的处理后通过GPRS网络与通信服务器进行数据传输[17-19]。

车载设备中主要有主控制器、GPS模块、CAN模块、GPRS通信模块和电源模块等组成。主控制器选择的是Arduino微处理器 Mega 1280微处理器，GPS模块采用的是U-BLOX的NEO-6M，CAN模块选用的是Microchip的Mcp2515控制器，GPRS模块使用的是SIMCOM的工业级的SIM808模块，电源模块用的是降压型稳压芯片LM2596，其结构框图如图2所示。

系统软件设计方面选择使用开源硬件Arduino微处理器的集成开发环境来进行编写，编程语言是基于Wiring，语法使用规则类似于C语言。软件主程序流程如图3所示。主程序包括系统初始化和循环检测以及中断程序等，设置了高低优先级。服务器上的特定位置设置变量来控制汽车的启动和熄火，1为启动指令，0为熄火指令，可由安卓手机端来修改。当要控制汽车启动时，安卓端点启动按钮后，服务器上的特定位置设置变量变为1，并返回到车载端从而控制汽车启动。同理类似也可控制汽车熄火。单片机通过GPRS模块接收用户的命令，并在处理后给予回复。Arduino控制器通过AT指令控制SIM808模块完成各种功能。AT指令集是从终端设备(TE)或者数据终端设备(DTE)向终端适配器(TA)或者数据电路终端设备(DCE)发送的。通过TA、TE发送AT指令来控制移动台(MS)的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信和数据业务等方面的控制。AT指令必须以“AT”或者“at”开头，以回车()结尾。

图2 结构框图Fig.2 Structure chart

图3 主程序流程图Fig.3 Main program flow chart

车载移动终端通过GPS模块获取汽车当前的位置和时间等信息，GPRS模块再通过GPRS网络将所获取的信息不断的向通信服务器传输。同时，GPRS模块也不间断的从服务器上查询是否有数据需要返回，通过这种方法实现了移动终端与通信服务器的双向数据传输。从服务器上传回终端的数据信号通过串口传输给Arduino微处理器处理并根据信号执行相应的操作。安卓手机也要通过网络协议与通信服务器建立连接，安卓手机可根据用户指令随时从服务器调取所需要的信息或发送数据到服务器。通过这种方法，车载移动终端和手机客户端通过通信服务器间接的连接在一起，达到手机与汽车之间的信息交互以及远程控制汽车的目的。

2.2 手机终端设计

随着智能手机的普及，手机在生活中的地位也随之提高，手机应用在各个领域也迅猛发展。车辆作为人们出行不可或缺的代步工具，其远程操控有着举足轻重的地位。用户通过手机对车辆进行远程控制成为了必然的发展趋势。本系统的设计就是基于Android平台的手机设计一款APP，实现对车辆的启动、熄火和定位等一系列的操作。具体的手机软件界面如图4所示。图中所示图标自左至右、自上至下分别代表的功能为启动与熄火、油量检测、发动机转速检测、胎压检测、定位、启动与停止报警。其中启动与熄火、定位、启动与停止报警等功能已经实现，油量检测、发动机转速检测、胎压检测等功能处于待开发状态。

图4 手机软件界面Fig.4 Mobile phone APP interface

首先要搭建Android的开发环境。Android程序是用Java语言编写，所以要安装Java开发工具；而编辑环境是使用Eclipse工具包执行，故需要Eclipse完整工具包再加上Android开发工具及插件就构成Android开发环境。Eclipse是一个开发平台，要在Eclipse中编写任何一种开发语言的程序，必须依靠插件工具包，Eclipse利用Android开发工具插件(ADT Plugin for Eclipse)将AndroidSDK 整合到Eclipse集成开发环境当中。Android软件开发工具包(Android SDK)提供完整的AndroidAPI、Android应用程序调试工具及Android模拟器。解压出android-sdk-windows文件夹后，设置安装SDK安装工具包路径以后，启动SDK Manager，选择自己需要的SDK版本进行安装。

本系统采用的地图是高德地图。高德定位SDK提供了LBS定位功能，开发者可以便捷的为应用程序添加定位功能，通过手机自带的GPS信息以及网络信息，可以智能判断用户场景，以更快的响应速度来实现精准的定位功能。如图5所示为实际测试时的定位信息。

图5 定位信息Fig.5 Location information

将定位开发包拷贝至libs的根目录下。添加KEY以及相关权限配置。实现定位接口，然后设定定位接口的生命周期。通过POST的方法向服务器发送获取经纬度的指令，通过get的方法得到定位后的经纬度信息。运用http协议读取返回值看具体定位信息。图6为实现定位功能的关键代码。

图6 定位功能关键代码Fig.6 Key codes of positioning functions

2.3 系统安全设计

随着物联网在中国各个领域的应用，车联网也迅速发展普及，在实现了车与车、车与人、车与路之间的信息传递后，其沟通中所存在的安全问题则随之显得尤为突出重要。在网络技术如此发达但网络安全却相对薄弱，那么在利用车联网的同时，也应解决服务器、车载端、手机端之间信息传递中存在的安全问题。为了解决该问题，可从系统整体安全、系统网络安全和系统信息安全3方面入手。

系统的整体安全性将通过三位一体式的安全系统来保证，其工作方式如图7所示，三位一体式安全系统由U盾保护、电子证书、手机NFC授权三部分组成。U盾保护是指利用U盾的内置微型智能卡处理器，通过手机NFC授权保证线路正常，电路一旦被强行修改，没有得到授权，芯片将被短路，数据被锁定，从而保证信息的安全。电子证书即利用其方便灵活，信息防伪安全性高等优点安装在服务器端与U盾配合使用进行唯一授权。当车载端需要被改动时也同时要求手机NFC授权，且具有记忆功能。另外，当U盾自毁后也需要手机授权后更换U盾以恢复数据。这三者相互作用，有机联系，从而保护整个系统的信息。

图7 三位一体安全系统Fig.7 Trinity security system

网络安全涉及很多方面，也是社会所面临的问题。在本系统中，重点保障服务器、车载端、手机端3方面的安全。服务器方面主要通过做好硬件维护，做好数据备份，做好定期网络检查3种方法维护其安全性。车载端则是运用U盾、手机、服务器综合作用，授权保护。另外运用加密算法，将整个算法进行加密，使得在Arduino微处理器即使通过某种手段取出源代码也会是进行加密之后的代码。在手机端的安全方面，由于安卓系统本身所造成的应用加密安全性较弱的原因，所以采用了手机端电子证书验证登录方法，来保证手机端控制的安全性。

在手机端用户信息安全应用程序检测及安全监控技术方面，设计出针对 Android 平台的应用安全监控系统，用于监控和管理用户手机中已安装的应用程序。维修时的用户信息是最容易被泄露的。这套系统在维修时的用户信息也是用三位一体式安全系统来进行保护的。车载端用户信息则利用U盾的功能，在没有得到授权的情况下用户信息将被封锁，车量的信息也需要被实时的发送给服务器，以达到监控的目的。在第三方平台的选择上会选用信用度高的平台，保护用户信息不会由此泄露。

该系统安全设计方案有力地从多方面保障了本系统的安全性，使用户可以安心使用，同时也对当下车联网的发展中所存在的安全问题指出了一条合理的解决方案，对今后车联网的应用起到积极作用。

3 结束语

本文所述的汽车远程启动及防盗系统是对汽车现有的远程操控及安全性能所存在的不足，创建一个手机客户端，使用户可以通过控制手机终端利用网络、GPRS模块、CAN总线实现对汽车发动机转速、轮胎胎压、汽车行驶速度的实时监控，发动机熄火与启动，汽车定位以及调用地图显示汽车实时位置。通过实验验证，可通过客户端对汽车状态进行监控以及对汽车发动机进行控制。

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Study on the Vehicles Remote Ignition and Anti-theftSystem Based on Android System

Yu Xinyang1，Zou Changfeng1*，Hou Senyao2，Liu Qun2，Wang Yue1，Zhao Xi1

(1 College of Traffic，Northeast Forestry University，Harbin 150040；2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Aiming at the problems of remote real-time control and poor anti-theft performance of traditional vehicle，a new control schemes for remote control of mobile devices was proposed，which realized the remote real-time and anti-theft monitor and control through the Android mobile phones.The mobile terminal was connected to the remote server by the network which achieved the high-speed transmission of the data.The remote server was connected to the vehicle control module by GSM network to ensure the stability of data transmission.The CAN bus linking the vehicle control module with the automobile node device achieved the correspondence of every node device.After the debugging，the system realized the functions of the real-time monitoring through the Android mobile phones with respect to the ignition and blowout of the engine.It also achieved to locate the vehicle and the call of the map to show the car’s real-time position，which has a broad application prospects.

Remote control；CAN bus；GSM networks；

2016-05-06

国家级大学生创新训练计划项目(201510225006)

于鑫洋，本科生。研究方向：车辆工程。

*通信作者：邹常丰，博士，副教授。研究方向：交通工程。E-mail：joezou905@163.com

于鑫洋，邹常丰，侯森垚，等.基于Android系统汽车远程启动及防盗系统的研究[J].森林工程，2016，32(6)：81-84.

U 463

A

1001-005X(2016)06-0081-04