基于QN9021的电动车智能交互终端系统设计

2017-06-01毛臻石磊张建峰陈洋

电子与封装 2017年5期

关键词：遥控器蓝牙电动车

毛臻，石磊，张建峰，陈洋

（无锡华普微电子有限公司，江苏无锡214035）

基于QN9021的电动车智能交互终端系统设计

毛臻，石磊，张建峰，陈洋

（无锡华普微电子有限公司，江苏无锡214035）

新一代电动车智能交互终端系统通过BLE芯片QN9021融合了防盗报警器，联接了电动车控制器和用户的智能手机及厂商云平台。通过手机微信端与云端服务系统进行互联，把人、车辆、云端服务联接成一个可实时交互的完整系统，大大提高了用户的使用体验。

智能交互系统；QN9021

1 智能交互终端系统概述

电动车由于其经济、方便，越来越受到群众欢迎，而随着人们对生活水平要求的提高，电动车也趋向高端、智能化方向发展。本文讨论的智能交互终端就是在电动车防盗报警器的基础上，应用蓝牙BLE技术，把报警器升级为电动车的智能人机交互系统。通过安装本终端系统，原有电动车可以实现智能防盗报警、手机控制解锁启动或无钥匙一键启动、车辆行驶路径记录等新功能。通过此终端系统，后续可以与车载控制器的数据交互实现控制系统微调适配或自适应配置、整车车况的实时监测、用户使用习惯的数据收集与学习，针对用户的定制信息推送等服务，通过用户的使用情况进行数据挖掘，整理用户的需求痛点，进行产品的快速迭代与更新，不断改进客户的服务需求，增加客户对产品的黏性，使电动车使用更方便、驾驶更舒适，系统更安全、更智能。

2 智能交互终端系统总体设计

基于QN9021的智能交互终端，其关键组成主要包括装配在电动车里的交互终端设备、电动车使用者关注的手机微信公众号和云端服务3个部分，是最新的蓝牙BLE技术和微信智能硬件技术与传统的电动车防盗与控制技术三者相结合的完整系统。系统框架图见图1。

交互终端设备由蓝牙BLE的SOC及射频PCB天线、振动传感电路、无线遥控接收电路、大动态范围直流降压电路等部分组成，该车载终端的功能涵盖遥控器解锁、二维码扫码配对、一键启动等功能。首次配对身份验证后，以后只要驾车人携带配对过的智能手机进入车载终端信号覆盖范围，即可通过轻触电动车上的启动按钮直接启动电动车，无需插拔旋转车钥匙等动作。

手机端微信公众号完成扫码配对[1]、智能交互终端蓝牙BLE信号搜索与绑定、手动控制界面和配置智能交互终端参数等功能。

云端服务主要完成厂商端服务器与微信端的信息交互，提供用户ID和交互终端的关系映射表和用户数据库管理，向微信公众号推送更新信息和新品推广信息等服务。

智能交互终端系统采用双向验证的方式提高了安全性，同时整个过程完全不需要使用车钥匙，只需随身携带手机，并且不需要用户下载专用APP，大大简化了用户的操作过程，提高了用户的使用体验，增加了用户粘性，同时，用户在平时打开微信时能收到厂商推送的新品信息、优惠信息，并提供微信支付入口，不仅使电动车商家和配件商家的推广成本大大降低，而且通过微信支付打通了B2C的入口。

图1 系统框图

由图1可知，智能交互终端装配在电动车内部，通过数据接口与控制器进行信息交互，主要是发送锁车、解锁控制信号等。同时，车载交互终端可以通过用户绑定的手机微信公众号进行控制。

3 终端系统硬件设计概述

交互终端设备的嵌入式软硬件设计，需要完成主控蓝牙SOC芯片选型、射频PCB天线设计与阻抗匹配、振动传感器的方案选型。弹簧传感器是传统电动车防盗器采用的方式。加速度传感器是采用MEMS技术的新一代传感器，目前还没有使用在电动车防盗器上的先例，本系统设计首次将MEMS传感器应用于电动车防盗领域。交互终端设备设计框图见图2。

由于电动车的电池一般有36 V、48 V和80 V等多种规格，所以智能交互终端如果要直接接入电动车的电池供电，必须采用大动态范围的直流降压技术，本方案采用线性直流降压技术，通过将电池电压线性降到12 V供高分贝报警喇叭使用，同时使用单电源降压芯片将12 V降到5 V、3.3 V等供主控芯片和振动传感电路使用。

射频接收部分保留了传统电动车报警器的遥控接收部分，通过与遥控钥匙的配合，实现传统的手动遥控解锁锁车等功能，这一设计方便不习惯使用智能手机的用户采用传统方式控制电动车的防盗解锁等操作。射频接收频段采用433 MHz的ISM频段，遥控距离远，单芯片解码方式方便电路设计，增加接收的可靠性。

图2 交互终端设备设计框图

图3 终端系统板级实物图

4 终端系统软件及服务器软件设计

软件部分主要是基于微信公众号开放平台的控制系统开发，含手机端微信公众号的申请、微信公众平台的配置和设备ID号的申请、建立统一的管理平台；同时，设置微信公众号界面的菜单布局和菜单对应的响应message，跳转网页链接；进行语音控制交互设计，地理位置信息数据收集等；另外还要申请云端服务器作为智能交互终端和微信公众号之间的消息交互平台，云端服务器可以是车载安全交互的生产商自建或租用公共云服务平台，如阿里云、百度云、腾讯云等，云端服务器还需要建立用户与智能交互终端的关系映射数据库，并做好容灾备灾管理。有了微信公众号和云端服务平台相当于是交互终端的互联网+延伸，体现了平台即服务的思想，使得终端硬件厂商不仅售卖硬件，还把客户的实时使用体验和厂家与客户的互动联系起来，真正体现了人与人、人与物的互联互通。

用户首次操作需要绑定手机微信公众号与智能交互终端，过程非常方便，只需要手机打开蓝牙和开启上网模式，在微信端扫描设备型号码，微信客户端会搜索并显示附近的对应设备，用户点击图标即可绑定公众号与设备，其中绑定关系是通过公众号的唯一用户ID号和设备型号码上报服务器后生成的唯一设备ID号实现的。服务器端定义的键值message响应部分Java代码如下：

package com.bluelight.demo.service;

import java.util.Map;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

import com.bluelight.demo.api.DeviceApi;

import com.bluelight.demo.api.MpApi;

import com.bluelight.demo.consts.MsgType;

import com.bluelight.demo.consts.XmlResp;

import com.bluelight.demo.mock.DBMock;

import com.bluelight.demo.protocol.BlueLight;

import com.bluelight.demo.protocol.BlueLight. CmdId;

/**

*回调业务处理

public class CallbackService{

//自定义菜单中的key值

public static final String V0001_UNLOCK= "V0001_UNLOCK";//解锁

public static final String V0002_LOCK= "V0002_LOCK";//锁车

public static final String V0003_PWRREQ= "V0003_PWRREQ";//电量查询

public static final String V0004_MODSEL= "V0004_MODSEL";//模式选择

public static final String V0007_BAND= "V0007_BAND";//对码

public static final String V0008_SEARCH= "V0008_SEARCH";//寻车

public String handle(Map＜String,String＞reqMap)throws Exception{

String msgType=reqMap.get("MsgType");

String fromUser=reqMap.get ("FromUserName");

String toUser=reqMap.get("ToUserName");

//针对不同类型的消息和事件进行处理

//文本消息

if(MsgType.TEXT.equals(msgType)){

//可以在此处进行关键字自动回复

String content="收到文本消息："+ reqMap.get("Content");

return XmlResp.buildText(fromUser, toUser,content);

}

在厂家服务器端会通过数据库建立绑定映射表，后期的每项操作会通过这个绑定关系一一对应起来。服务器端也会同时做好用户数据管理、用户设备管理和数据的容灾备份等工作。

5 系统主要功能及控制界面设计

智能交互终端不仅可以通过手机控制，还可以通过传统的433 MHz遥控器控制，主要按键有4个，分别是锁车、解锁、寻车、设置。遥控器端采用电池供电，正常使用情况下可维持至少两年；遥控器端第一步先用传统的433 MHz方案，车载交互终端设计有解码接收电路，第二步是把遥控器端也采用蓝牙BLE方案，这样一方面可以省去智能交互终端的解码接收电路，另一方面由于蓝牙BLE方案是全双工工作方式[2]，可以进行双向验证，提高信号发射和接收的可靠性。交互终端安装线路图见图4。

微信端可以发出的命令有锁车、解锁、电量查询、对码、寻车、模式选择等。其中电量查询命令可以通过车载交互终端的电量测量电路，实时查看当前车载电池的剩余电量百分比，可以与液晶仪表上的电池电量进行比较或自动校准。用户在按下锁车时启动报警并锁止电机，同时报警喇叭会发出提示音；按下解锁按键解除报警并发出提示音；按下寻车键，报警器以最高分贝发出连续响声，提醒车辆位置，再按任意键停止；灵敏度设置可以设置报警器的灵敏度，灵敏度共分4个等级，其中4档灵敏度最高，即在锁车状态下车辆发生轻微振动即可触发报警，1档灵敏度最低。模式选择保留作为后期功能扩展用。手机端微信控制界面初步设计图见图5。

图4 智能交互终端安装线路图

图5 手机端微信控制界面图

本系统的优势有：

（1）由于遥控器可以由手机替代，成本比传统的遥控器方案要低，并且随着蓝牙BLE技术的广泛应用，成本将会越来越低。

（2）振动传感器采用最近普及的MEMS加速度传感器，一方面提高了振动传感的灵敏度，并且可以数字量化为多个级别；另一方面相较于传统的振动传感器，可有效降低误报率。随着MEMS制造工艺越来越成熟，传感器的成本也会越来越低，基本上可以与现有的振动传感器如滚珠型或弹簧型传感器的成本持平甚至更低。同时，由于MEMS传感器还可以检测车辆停止时的姿态信息，车辆姿态发生变化也可以记录下来，并在解锁时凭借内置算法估算出车辆姿态或位置是否发生变化，这项功能是采用传统振动传感器无法实现的。

（3）采用目前用户基础最广泛的微信平台作为人机交互接口，用户可以直接扫码绑定并进行控制，大大降低了产品推广、运营和维护的成本，省去了同时维护iOS和Android等多个手机系统平台APP的麻烦，对于各个不同型号和品牌的手机、不同屏幕尺寸的匹配和兼容也无需逐一适配和调试。

（4）通过系统的逐步推广、用户的不断扩大，终端系统不仅提供了安全防盗与锁车解锁，还通过与车载控制器的数据交互实现整车车况的实时监测、用户使用习惯的数据收集与学习、针对用户的定制信息推动等服务。

6 结束语

随着智能化时代发展的需要，新一代融合手机微信控制与云端互联的设备将会越来越多，本文从智能化电动车交互终端系统的设计入手，描述了整个系统的运行原理、设计中涉及的技术细节以及产品将来的长期演进思路等。

[1]信东东.基于微信的空调控制系统的设计和实现[D].济南：山东大学，2015.

[2]刘曦.智能家居手机遥控器的设计与实现[D].南京：东南大学，2012.

Design of Intelligent Interactive System of Electric Bikes Based on QN9021

MAO Zhen,SHI Lei,ZHANG Jianfeng,CHEN Yang
（Wuxi Hope Microelectronics Co.,Ltd.,Wuxi 214035,China）

A design of new generation of intelligent interactive system based on QN9021 and traditional alarm devices for electric bikes is presented in the paper.The system connects user's mobile phone to both bike and cloud platform via Bluetooth and WeChat,thereby enabling real-time interactivity among them.

intelligentinteractive;QN9021