CN204482042U - 基于mhl技术的车机监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于MHL技术的车机监控系统，手机车机互联技术领域，本实用新型系统包括HMI人机交互模块：用来向车载终端发送请求命令，或主动接收推送信息；蓝牙通讯模块：手机和车机的信息交换媒介，手机通过蓝牙通讯模块与车机进行信息交换；所述车机包括：ECU模块：ECU模块接收手机的数据或者命令，并响应指令，执行手机命令或者向手机发送命令，实现手机和车机互联；无线应用收发模块：车机的信息交换媒介，车机通过无线应用收发模块连接手机；CAN-USB信号收发模块：CAN-USB模块作为车机通信枢纽，完成车载电器的数据参数的传递。本实用新型规范智能手机和车载系统的有效无线连接，并形成良好的用户体验。采用此标准进行手机车机互联时，可以实现对安装特定应用软件的手机和车机的双向控制。

Description

基于MHL技术的车机监控系统

技术领域

本发明属于手机车机互联技术领域，具体涉及一种基于MHL技术的车机监控系统。

背景技术

2013年中国整体手机市场出货量将达3.8亿部,同比增长率为5.0％；其中智能手机出货量将达到3.0亿部,同比增长44.0％。同时,IDC预计到2013年底中国的智能手机将达到5亿部。在智能手机中支持基于MHL(Mobile High-Definition Link，移动终端高清影音标准接口)同屏镜像传输越来越多,特别是MHL家用电视的普及,进一步推动MHL接口手机的普及和MHL技术的进步。

近几年，车机手机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。

随着无线通信和MHL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。

发明内容

本发明提供一种基于MHL技术的车机监控系统，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，对于提升汽车品牌人性化方面具有重要的意义，而且有效节约了车载终端有限的系统资源开销。

本发明的技术方案是：一种基于MHL技术的车机监控系统，包括车机和手机，所述手机包括：HMI人机交互模块：用来向车载终端发送请求命令，或主动接收推送信息；蓝牙通讯模块：手机和车机的信息交换媒介，手机通过蓝牙通讯模块与车机进行信息交换；所述车机包括：ECU模块：ECU模块接收手机的数据或者命令，并响应指令，执行手机命令或者向手机发送命令，实现手机和车机互联；无线应用收发模块：车机的信息交换媒介，车机通过无线应用收发模块连接手机；

CAN-USB信号收发模块：CAN-USB模块作为车机通信枢纽，完成车载电器的数据参数的传递。所述车机还包括MHL模块，手机等移动设备通过MHL模块将同 屏镜像的音视频数据传输给车机。所述车机还包括车载人机交互模块，车机通过车载人机交互模块来控制手机或者响应手机指令。所述车载人机交互模块包括物理按键、触摸屏按键或者语音控制方式。所述蓝牙通讯模块是采用基于高级加密标准的迭代型分组密码构造的跳频序列选择算法，所述跳频序列选择算法的汉明相关性决定，可由下式表示：

$H_{\mathrm{XY}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}h(X_i,Y_{i+\mathrm{\τ}}),h(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}1,& X_i=Y_{i+\mathrm{\τ}}\\ 0,& X_i\≠Y_{i+\mathrm{\τ}}\end{array}\right.$

式中，X，Y为跳频序列，0≤τ≤N-1，N表示(i+τ)的模。所述蓝牙通讯模块是采用融合交织编码和FEC的纠错算法。

本发明有如下积极效果：本发明旨在规范智能手机和车载系统的有效无线连接，并形成良好的用户体验。采用此标准进行手机车机互联时，可以实现对安装特定应用软件的手机和车机的双向控制，使用户在汽车行驶过程中，不用看着手机屏幕、触摸手机屏幕或操作手机按键，只需要用车载上的物理按键或语音命令来控制手机，包括接听/拨打电话、媒体播放、GPS导航等等，同时也可完成倒车后视、车辆数据采集、故障诊断、远程监控等功能。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的系统结构图；

图2(a)本实用新型具体实施方式的电源电路；

图2(b)本实用新型具体实施方式的单片机复位电路；

图3为本实用新型具体实施方式的单片机及其外围电路图；

图4(a)本实用新型具体实施方式的LVDS接口电路；

图4(b)本实用新型具体实施方式的TFT显示屏电路原理图；

图5为本实用新型具体实施方式的蓝牙模组电路原理图；

图6(a)本实用新型具体实施方式的MHL模块主信号处理电路；

图6(b)本实用新型具体实施方式的MHL模块数字音频信号处理电路；

图6(c)本实用新型具体实施方式的MHL电源转换电路；

图6(d)本实用新型具体实施方式的MHL信号插入插座电路图；

图7为本实用新型具体实施方式的音响电路原理框图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明通过蓝牙无线通信技术，实现便携设备(手机等)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。整个系统通过手机MHL同屏镜像的音视频传输实现车机和智能手机的互联。

手机端主要包括HMI人机交互模块和蓝牙通讯模块,HMI(Human Machine Interface，“人机接口”)人机交互模块用来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。蓝牙通讯模块连接和车机无线应用收发模块组成了车内无线通讯网络，用户手机安装专用通讯处理软件以实现通过手机界面与车机交换信息的目的。车机使用物理按键、触摸屏按键或者语音等方式，通过无线应用收发模块来控制手机；手机通过蓝牙通讯模块接收车机的指令。

车机主要包括CAN-USB信号收发模块、无线应用收发模块和MHL模块，无线应用收发模块通过ECU指定管脚实时收发相关数字信号，并在终端解析相关参数。本发明中车载无线应用收发模块是基于IEEE 802.15蓝牙无线通信规范标准，数据传输达到24Mbps；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。

CAN-USB信号收发模块主要完成车辆和手机间的信息交互。手机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。本发明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模块与手机蓝牙通讯模块建立数据连接，实现整个系统的无线通信控制。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。

手机等移动设备通过MHL模块将同屏镜像的音视频数据传输给车机，实现车机和手机的互联。同屏镜像的音视频数据传输中主要通过MHL2.0技术,MHL 2.0技术是在兼容Miro-USB接口的基础上开发可传输高清影音信号的标准，可支持到720P 60帧或1080P 30帧。在数据传输的同时，可以对外接设备(智能手机、PAD)进行充电。

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。

整个系统的核心处理流程为：首先用户从手机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，并建立连接；最后以蓝牙协议栈为基础，手机端和车机通过无线应用收发模块完成数据交互。

手机端HMI主动发送请求报文或直接获取推送的报文信息，通过MHL技术，将同屏镜像数据无线传输给车机，车机将接收到的视频数据通过显示屏显示，车机通过对信息处理后，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。例如，手机来电提醒，将信息推送到车机显示屏，可以通过车机显示屏的触摸屏或者按键等选择接听，通过手机车机互联系统，可以实现GPS导航、媒体播放，游戏等功能。手机也可以通过蓝牙通讯模块进行车机的数据采集、故障诊断，以实现车联网的部分功能，从而真正实现智能手机和车载互联互动。

本发明的车内通信网络使用蓝牙技术，蓝牙是一种开放性短距离无线通信技术，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。但是其安全性和抗干扰能力不强，为满足基本的安全和抗干扰性能需求，本发明采用了基于高级加密标准迭代型分组密码构造的新型跳频序列的性能。

一：安全性分析

基于AES算法构造的跳频序列，其安全性是由AES算法的安全机制决定的。根据Shannon提出的密码设计“混淆”和“扩散”原则,基于高级加密标准迭代型分组密码构造的新型跳频选择算法的设计策略是针对差分分析和线性 分析提出的宽轨迹策略，算法采用替代/置换网络，符合“混淆”和“扩散”原则，具有很高的安全性。S-Box构造中有限域GF(28)逆操作使线性逼近和差分分布表中的各项趋于均匀分布，对差分分析和线性分析具有良好的免疫力。总之，对于已知攻击而言，基于高级加密标准迭代型分组密码构造的新型跳频选择算法具有极高的安全性，因而基于该算法的跳频序列也具有良好的安全性。

二：均匀性分析

对于跳频系统，可根据卡方分布检验，用式(1)衡量跳频序列的均匀性。卡方值越小，分布状态越符合均匀分布。

${\mathrm{\χ}}_{k-1}^2=\underset{t=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(N_f-{\mathrm{LP}}_t)}^2}{{\mathrm{LP}}_t},P_t=\frac{1}{k}---\left(1\right)$

假定跳频信道数k为64，置信度α为0.05，分别采用  ${\mathrm{\χ}}_{k-1}^2=82.244,{{\mathrm{\χ}}_{k-1}^2}^2=4244.7$ 作为等分布检验和连续性检验标准。

三：汉明相关性分析

跳频通信系统的相互干扰由各系统所采用的跳频序列的汉明相关性决定，可由式(2)表示：

$H_{\mathrm{XY}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}h(X_i,Y_{i+\mathrm{\τ}}),h(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}1,& X_i=Y_{i+\mathrm{\τ}}\\ 0,& X_i\≠Y_{i+\mathrm{\τ}}\end{array}\right.$

式中，X，Y为跳频序列，0≤τ≤N-1N表示(i+τ)的模。若X，Y为相同序列，运算结果表示序列的汉明自相关值，否则表示序列的互相关值。假设序列长度为10000，信道数为64，算得序列的自相关和互相关值均应小于  ${\mathrm{\χ}}_{10000-2}^2\left(0.05\right)=10231.46.$

本发明采用了融合交织编码和FEC的纠错算法，交织编码是将数据在发送前排列成M行N列再按行读出，在遇到突发干扰时，可把一个较长的突发差错离散成随机差错。若干扰片的尺寸为m，交织编码后的干扰片尺寸就变为m/M。只要m/M小于差错控制电路的纠错范围，便可克服干扰的影响。蓝牙传输的DM数据首先经交织编码处理，可有效克服衰落信道中突发性干扰，之后采用能够纠正随机差错的2/3FEC编码技术和出错重传机制来消除随机差错，从而达到提高纠错概率、降低信道误码率、改善传输特性的目的。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于MHL技术的车机监控系统，其特征在于，包括车机和手机，所述手机包括：

HMI人机交互模块：用来向车载终端发送请求命令，或主动接收推送信息；

蓝牙通讯模块：手机和车机的信息交换媒介，手机通过蓝牙通讯模块与车机进行信息交换；所述车机包括：

ECU模块：ECU模块接收手机的数据或者命令，并响应指令，执行手机命令或者向手机发送命令，实现手机和车机互联；

无线应用收发模块：车机的信息交换媒介，车机通过无线应用收发模块连接手机；

CAN-USB信号收发模块：CAN-USB模块作为车机通信枢纽，完成车载电器的数据参数的传递。

2.根据权利要求1所述的基于MHL技术的车机监控系统，其特征在于：所述车机还包括MHL模块，手机通过MHL模块将同屏镜像的音视频数据传输给车机。

3.根据权利要求1所述的基于MHL技术的车机监控系统，其特征在于：所述车机还包括车载人机交互模块，车机通过车载人机交互模块来控制手机或者响应手机指令。

4.根据权利要求3所述的基于MHL技术的车机监控系统，其特征在于：所述车载人机交互模块包括物理按键、触摸屏按键或者语音控制方式。