汽车行业飞速发展, 生活越来越便利, 用户对汽车服务的要求越来越高, 近几年随着新能源车步入市场, 新能源车系列也受到越来越多人的青睐. 物联网时代, 本着万物互联的畅想, 手机和车机互联也随之而生, 能够运用手机APP来远程控制车辆成为用户的迫切需求.

远程控制APP利用实时通信技术, 以页面图标呈现的方式供用户实时查看车辆状态参数, 并且用户可以根据需要进行远程开关空调, 远程开关车门, 远程定位车辆, 个性化设置, 以及远程召唤车辆和车外自动泊车等操作.

1 APP开发环境及应用技术 1.1 开发环境

远程控制APP用Android Studio 3.0作为开发平台, 服务器采用XMPP通信协议实时通信和MySQL数据库进行数据操作.

Android Studio是Google推出的一个Android集成开发工具, 基于IntelliJ IDEA, 类似Eclipse ADT, Android Studio提供了集成的Android开发工具用于开发和调试. 开发者可以在编写程序的同时看到自己的应用在不同尺寸屏幕中的样子. Android是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统, 主要使用于移动设备, 如智能手机和平板电脑. Android操作系统有4层架构, 从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行层和Linux内核层^[1]. Android有4大组件: Activity, Service, BroadcastReceiver和ContentProvider.

可扩展消息处理现场协议XMPP (eXtensible Messaging and Presence Protocol)是一种基于可扩展标记语言(eXtensible Markup Language, XML)的近端串流式即时通信协议. XMPP中定义了3个角色, 客户端, 服务器, 网关. 通信能够在这三者的任意两个之间双向发生. 服务器同时承担了客户端信息记录, 连接管理和信息的路由功能. 网关承担着与异构即时通信系统的互联互通, 异构系统可以包括SMS (短信), MSN, ICQ等. 基本的网络形式是单客户端通过TCP/IP连接到单服务器, 然后在之上传输XML. XMPP协议的优点: 分布式, 安全, 可扩展, 弹性佳, 多样性, 分布式的网络架构^[2].

数据库系统MySQL所使用的SQL语言是用于访问数据库的最常用标准化语言. MySQL软件采用了双授权政策, 分为社区版和商业版, 由于其体积小、速度快、总体拥有成本低, 尤其是开放源码这一特点, 一般中小型网站的开发都选择MySQL作为网站数据库^[3].

1.2 应用技术

在该APP中, 采用JSON格式的数据封装到XMPP协议里进行通信, 并用高德地图提供联想搜索和导航功能, 采用GPS技术获取车辆位置, 便于查找和远程召唤车辆, 并利用Android的Service功能保持APP后台运行, 然后采用极光推送平台进行消息推送.

JSON (Java Script Object Notation)是一种轻量级的数据交换格式. 它是基于ECMAScript (欧洲计算机协会制定的js规范)的一个子集^[4], 采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据. 简洁和清晰的层次结构使得JSON成为理想的数据交换语言. 易于人阅读和编写, 同时也易于机器解析和生成, 并有效地提升网络传输效率.

高德地图开放平台为Android系统所提供的服务包含地图、定位、导航、搜索、路径规划、室内地图^[5]等. 该APP通过加载高德地图SDK主要用到POI联想搜索和导航功能.

利用GPS定位卫星, 在全球范围内实时进行定位、导航的系统, 称为全球卫星定位系统, 简称GPS^[6]. 远程车辆定位功能调用手机的GPS和车机的GPS, 来进行人与车的定位和导航.

极光推送, 英文简称JPush, 是一个面向普通开发者开放的, 免费的第三方消息推送服务^[7]. 开发者只需在客户端集成极光推送SDK, 即可轻松地添加Push功能到他的APP中. 该APP运用极光推送API实现车辆实时情况的消息推送.

2 分析与设计 2.1 需求分析

车辆远程控制APP的常规功能是注册登录功能, 其他功能是根据一些场景一一对应设计出来的. (1)用手机控制车辆, 首先要知道控制哪辆车, 对应有绑定车辆功能; (2)用户坐在自己家里想知道自己车的基本状况, 如车内温度, 空调开关情况, 车门是否上锁, 胎温胎压是否异常等等, 对应有查看车辆状态和故障报警功能; (3)用户的车停在大型车库, 要去取车时反复寻找但找不到自己的车, 这时用远程找车功能, 可以快速找到爱车; (4)有些停车位比较难停, 对于新手司机停车是个大问题, 对应用远程自动泊车功能; (5)用户有时有事情又急于用车, 这时候希望车能够自行开到指定位置, 应运而生远程召唤功能; (6)用户没有打开APP, 但此时车辆有故障或者电量过低, 手机会收到推送消息进行提示; (7)用户有时忘带车钥匙, 但需要打开车门, 此时就需要远程开车门功能; (8)夏天天气炎热, 车停在路边导致车内温度过高, 为了方便用户能够随时上车, 可以使用远程开空调功能提前给车内降温. 还有提供联想搜索功能可以设置家庭和公司的地址, 提供导航功能等等.

与APP对接的后台监测系统需要完成以下几个任务: (1)制定与APP的接口; (2) APP用户注册和登录的账号, 用户名, 密码管理; (3) APP版本的升级; (4)管理车机ID, 找到对应的车机系统; (5)作为通信中转站, 转发APP与车机系统之间的通信数据, 并保存这些数据到数据库.

2.2 总体设计

用户通过Android客户端发送操控指令给后台, 后台接收指令并将指令转发给车机系统, 并在后台数据库保存指令消息. 车机系统做出相应的处理并将处理结果通过后台再传给客户端进行界面显示或进行通知栏推送消息等. 车机端安装一个车机控制系统, 该系统会接收来自服务器的消息, 然后解析出用户给的指令, 通过CAN总线发送信号给车的XCU部件, 然后XCU做出相应的控制操作, 等待底层部件通过CAN总线回复成功或失败的信号后, 该车机系统再把该信号封装成XMPP协议的消息回复给服务器, 然后服务器解析出目的JID, 然后再把消息转发给该DST JID. 整体架构如图1所示.

2.3 Android客户端APP设计

车辆远程控制APP采用MVC的架构设计模式, 该模式可提高开发效率, 降低模块间的耦合性. MVC中的M (模型)是指获取到的XMPP协议所解析出来的JSON数据. 视图层是每个XML的布局文件main_activity.xml等, 包括自定义的view. 控制层是指APP开发中的各个Activity和Fragment, 如MainActivity, ErrorActivity, ParkActivity, PositionSelectActivity, VehicleBindActivity, LoginActivity等. APP的主页面采用多个Fragment嵌套在一个Activity中的方式实现, 使用Viewpager来控制多个Fragment的切换, 增加页面切换灵活性.

车辆远程控制APP的主要功能有: APP注册和登录, 车辆绑定, 车辆基本状态显示, 远程开关车门, 远程开关空调, 远程寻车, 车外自动泊车, 车辆定位, 车辆远程召唤和OTA升级等等.

APP的主要功能结构图如图2所示.

2.4 后台监测系统设计

后台监测系统功能结构图如图3所示.

3 远程控制APP设计实现 3.1 注册和登录功能的实现

用户打开APP点击注册按钮, 进入注册页面, 进行用户名, 手机号和密码的输入, 然后通过Okhttp^[8]网络框架进行服务器请求将数据上传到后台, 后台系统判断该账号是否已经被注册过, 如果已经注册过给出已注册提示, 如果未注册过写入服务器, 给出注册成功提示, 然后页面跳转到登录界面, 在登录界面输入账号密码进行登录, 登录数据也通过Okhttp进行服务器请求, 将账号和密码与后台数据库已经注册的账号密码匹配, 如果存在并且密码正确提示登录成功, 如果不存在提示未注册, 如果密码不正确提示重新输入, 登录后进入车辆绑定界面. 在登录界面如果选中记住密码, 则下次可以进入登录界面可以直接点登录, 不用再重新输入. 注册和登录流程图如图4所示.

3.2 主界面的实现

主页面由底部导航栏和车辆基本状态两部分组成, 底部导航栏有3部分组成, 分别是轮胎状态Fragment, 车辆基本状况Fragment, 远程控制Fragment, 3个Fragment可以用手指滑动进行切换. 车辆基本状态页面主要显示车内温度, 剩余电量, 空调状态和车门状态, 页面左上角是个人信息设置, 右上角是故障报警. 空调和车门锁是两个按钮事件, 监听按钮点击事件, 可以点击这两个按钮通过XMPP协议发送指令. XMPP协议格式见表1.

轮胎状态页面显示胎温和胎压的数据指标, 如有异常, 对应的轮胎会亮红. 远程控制页面有6个按钮事件组成, 对应着6个功能, 下面会一一详细介绍. 主页面效果图如图5所示.

3.3 远程寻车, 远程开空调, 远程开车门

点击远程控制页面的远程寻车按钮, ButtonListener监听到该点击事件, 即会通过XMPP协议发送寻车指令给后台, 后台解析该消息头, 找到车机JID, 然后把JSON格式的MsgContents继续封装进XMPP消息, 发送给车机系统, 车机系统收到消息后就会控制车辆进行闪灯和鸣笛, 方便用户寻找. 远程开空调功能类似远程寻车, 点击远程开空调按钮, ButtonListener监听到该点击事件, 即会通过XMPP协议发送开空调或关空调指令给后台, 后台解析该消息头, 找到车机JID, 然后把JSON格式的MsgContents继续封装进XMPP消息, 发送给车机系统, 车机系统收到消息后就会控制车辆进行开或关空调, 并且将操作结果返回给手机端在页面上呈现. 远程开车门命令与远程寻车和远程开空调功能类似.

3.4 车辆定位功能

打开主页面的车辆定位按钮, 会进入地图界面, 进入该界面同时, APP会发送一条GPS的请求给车机系统, 等待获取到返回的车辆GPS信息后, 会显示车辆的位置在地图上, 并且会调用手机的GPS显示用户的位置, 此时点击导航到车, 会出现用户和车的路线规划, 用户可以选择导航到车的位置, 即会开始实时导航, 导航到车的位置后自动结束导航. 车辆定位界面如图6所示.

3.5 车外自动泊车功能

打开主页面的车外泊车按钮, 进入车外泊车页面, 同时会向车机请求车位信息, 车机系统会把车位的4个坐标点(x1, y1), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4)发过来, 并且会有一个标记位记录该车位是否为空, 手机端收到车位信息后要把数据解析出来, 然后通过标记位选出空车位, 并记录下空车位的4个坐标信息, 然后再根据车位与车的相对位置, 在界面上自己绘制view, 车在view的正中间, 然后以车为中心, 首先将车位坐标系进行转换, 转换成为手机坐标系, 然后再将车位的坐标点转化成像素, 然后与车的坐标进行比较, 车位的x坐标小于车的x坐标的位于车的左侧, 车位的x坐标大于的车的x坐标的位于车的右侧, 车位的y坐标小于车的y坐标的位于车的上侧, 车位的y坐标大于车的y坐标的位于车的下侧(比如, 车的像素坐标是(540, 960), 那么车位转换后的像素坐标为(480, 550), 这个车位就位于车的左上侧)以此绘制车位图, 绘制完成后空车位可供用户随意选择, 用户触屏选择要停进去的车位, 然后view会监听该手指点击事件, 获取到选择的空车位编号, 将该编号组成JSON格式的数据封装到XMPP协议里面, 发送给车机, 车机系统收到车位选择消息后, 开始控制车辆开始自动泊车. 泊车成功后会推送成功的消息给手机端, 如果泊车失败, 车上的360摄像头会拍摄一张场景图发送给后台, 然后后台转发给手机端, 手机端下载图片后显示给用户. 车外泊车效果图如图7所示.

3.6 远程召唤功能实现

点击主页的远程召唤功能, 进入远程召唤页面, 如图8所示, 4个位置的按钮可以控制车辆前后左右移动, 点击按钮即发送移动指令, 后台监测系统收到前端APP发来的指令后, 进行解析, 消息Head部分解析出目的地JID信息, 然后将Body部分封装成一个新的消息, 将该消息转发给JID对应的车机系统, 车机系统开始控制车辆移动, 用户松开按钮即发送停止命令, 然后经过后台系统转发个车机系统控制车辆停止.

3.7 远程状态查询功能实现

下拉主页进行刷新, 此时会触发APP后台会发送一条状态查询指令, 查询的状态包括车内温度, 空调开关, 车门开关, 车的剩余电量, 胎温胎压, 车辆是否有故障等. 服务器端收到这条指令后进行MsgType和MsgHeader的解析, 然后解析出车机JID, 将该指令重新封装成XMPP消息发送给对应的车机, 车机解析出指令, 然后通过CAN把指令发给对应的XCU, 通过对应的XCU收集到需要的状态, 然后把该状态封装成XMPP消息回复给对应的服务器, 再有服务器转发给对应的手机JID, 然后手机端会根据返回的状态在界面上进行显示, 如图5所示, 如果车有故障, 在图5的“我的汽车”界面右上角的角标会亮红色, 并且显示故障的数量, 然后点击该红色角标会显示具体的故障信息.

4 结束语

本文设计和实现的车辆远程控制APP, 方便用户随时随地的查看自己车辆状态信息. 针对该APP的功能进行场景需求分析, 主要讲述Android系统手机端APP的设计以及各个功能的具体实现. 最后该APP完成了真实的车辆控制原型系统, 配合车机系统投入到实际的应用当中, 为用户提供了方便, 提高新能源车的使用体验.