多功能遠端監控行車資訊系統
Multifunction remote control
vehicular information system
碩研資工一甲
蔡明信
MA0G0220
摘要
由於隨著系統晶片開發的迅速，結合系統晶片開發的車用電子裝置具備省電
與體積小的優點。本系統中可以透過車上的 CAN BUS 介面連接 OBD-II 解碼器
讀取行車電腦的資訊並透過藍牙(Bluetooth)傳送到 Tiny 6410 控制板，可以直接
於 Tiny6410 嵌入式開發版上透過 CGI 網頁查詢本車輛行車資訊，如速度、引擎
轉速、油箱資訊、電池狀況等等，同時透過外接 GPS 衛星接收器以取得行車的
定位資訊。除此之外，本系統將透過 USB 介面將 Webcam 紀錄行車的道路影像，
並能將影像儲存於 SD card 中，或是透過影像壓縮與處理，可以透過無線傳輸將
行車資訊與影像資訊上傳到遠端伺服器儲存。另外，透過無線傳輸能以跨平台的
方式進行查詢，如智慧手機與家用電腦也可直接連結網頁顯示即時的行車資訊，
透過這些行車資訊在維修或故障排除上都有很大的幫助。除此之外，本系統提供
一個跨平台及非常友善的人機介面，讓使用者可以方便查詢包括行車電腦、目前
車輛所在位置與地圖以及車輛故障資訊，同時整合接收個別車輛回傳的資訊。同
時，系統透過感測融合技術提供汽車駕駛行為的紀錄與分析，提供駕駛者可以收
集紀錄未來駕駛的行為的分析及事故鑑定時的參考依據。
關鍵字：車載、行車資訊、遠端監控
共 19 頁 第 2 頁
Abstract
As quickly as the system-chip development, combined with the development of
the auto system chip with electronic devices and power saving advantages of small
size. The system can interface to connect the vehicle CAN BUS OBD-II decoder
vehicular computer read the information through Bluetooth (Bluetooth) sent to the
Tiny 6410 control panel, can be embedded directly in the development version
Tiny6410 pages through CGI queries the vehicular traffic information such as speed,
engine speed, fuel tank information, battery status, etc., while an external GPS
Receiver through the vehicle position to obtain information. In addition, the system
will record through the USB interface Webcam lane road images, and can save images
in the SD card in, or through compression and image processing, traffic through the
wireless transmission of information and image information will be uploaded to the
remote server storage. In addition, through wireless transmission means can be
queried across the platform, such as smart phones and home computers can also be
directly linked page shows real-time journey information, traffic information through
the maintenance or troubleshooting on the great help. In addition, this system provides
a cross-platform and very friendly man-machine interface that allows users to
conveniently check, including trip computer, the current vehicle location and map,
and vehicle failure information, and integration of individual vehicles return to
receive the information . At the same time, the system integration technology through
the sensing behavior of the vehicle driving records and analysis, providing the driver
can collect records for future analysis of driving behavior and accident identification
reference of time.
Keywords: car, driving information, remote monitoring
共 19 頁 第 3 頁
目錄
摘要................................................................................................................................ 2
Abstract ......................................................................................................................... 3
一、
研究計畫之背景及目的 ............................................................................... 6
1-1.
背景........................................................................................................ 6
1-2.
目的........................................................................................................ 7
1-3.
重要性.................................................................................................... 9
1-4.
國內外有關本計畫之研究情況 ......................................................... 10
二、
研究方法...................................................................................................... 12
2-1.
汽車行車紀錄系統 ................................................................................. 13
2-2. 車輛診斷系統 ......................................................................................... 13
2-3. 遠端監控系統 ......................................................................................... 15
三、
預期目標...................................................................................................... 17
四、
參考文獻...................................................................................................... 17
共 19 頁 第 4 頁
圖目錄
圖
圖
圖
圖
圖
圖
圖
1 NISSAN TOBE 系統介紹網頁........................................................................... 11
2 BMW IDRIVE 操作介面 .......................................................................................... 12
3 系統示意圖 ......................................................................................................... 13
4 ODB-II 接腳圖 ...................................................................................................... 14
5 ODB-II CAN BUS 連接腳位 .................................................................................... 14
6 診斷錯誤碼的格式 ............................................................................................. 14
7 OBD-II 掃描行車資訊流程圖 .............................................................................. 15
圖 8 車輛遠端監控系統運作流程 ............................................................................. 16
共 19 頁 第 5 頁
一、 研究計畫之背景及目的
1-1.
背景
從西元 1885 年開始不斷的進步至今才有現在的汽車工業技術，而汽車的噴
油系統也從西元 1967 年才開始有第一台由電子控制噴油。同時因為積體電路的
發展，汽車 也從傳統機械方面為主的設計，進步到可以由電腦來控制。
嵌入式系統與車載資通訊是近年國家重點發展與人才培育的重要方向，由於
隨著系統晶片開發的迅速，結合系統晶片開發的車用電子裝置都具備省電與體積
小的優點與需求[1]。經濟部技術處成立「車載資通訊推動辦公室」
，整合產業資
源，並以推動產業進入全球汽車產業供應鏈為目標；資策會為掌握車載資通訊未
來商機，特別成立了「新興智慧技術研究所」
， 大舉投入下世代車載資通訊技術
之研發，同時積極參與國際合作，共同推動車載資通訊應用及產業發展。不畏全
球金融風暴的衝擊，大陸經濟及其汽車市場仍快速成長，若兩岸能在車載資通訊
領域發揮互補優勢、充份合作，相信未來必能在全球車載資通訊應用及產業發展
中，取得絕佳的競爭優勢，共同進軍全球市場[2]，而車載資通訊系統(Telematics)
則是結合通訊(Telecommunications)與資訊(Informatics)的技術，將行車相關
服務應用於車輛上而達到一個便利、娛樂、安全與商務的行車環境，亦所謂的智
慧型運輸系統(Intelligent Transport Systems, ITS)。
隨著如環保、重量、維修、價格等多種因素的考量，嵌入式已隨時存在我們
身邊，透過嵌入式量身訂作的系統具有體積小、低耗電量、即時性等優點，透過
Linux 為作業系統具有良好的資源管理的效能，隨著時代變化環保意識的崛起，
車輛內部的車內網路已由傳統一堆電線連接控制的方式改採用由電子網路系
統，包括：車內控制器區域網路(Controller area network，CAN)、本地互接網路
(Local interconnect network，LIN) 、媒體導向系統傳輸(Media-oriented systems
transport，MOST)等等[3]，透過電子網路中匯流排的連接可以減少車上電線的
重量，更有利於未來車輛的維修。然而也正因如此，因為汽車功能的複雜度增加，
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汽車故障已經不是單純由經驗來判斷故障發生原因，有時會因為高山氣壓或氧氣
濃度改變，造成車輛易熄火。然而這類型的問題是需要透過讀取車用電腦資料才
可以瞭解。如果可以在進車廠前知道熄火原因（可能回到平地會正常），將讓駕
駛者能夠更瞭解問題，而不會盲目擔心，甚至可以重新發車繼續行程 [4]。
因此，如果在路上遇到汽車故障，可以透過網路由專家對故障車即時提供這
種諮詢或是自行可以閱讀汽車故障碼，將會大大提升使用者的安全及方。除此之
外，針對車輛提供包括防盜通報，超速提醒，拖吊告知，撞擊通報，救援準時等
NISSAN TOBE 系統[5]，或在軟硬體發展與趨勢下像是國外 BMW iDrive 操作介面
[6]，或是國內自製的 Luxgen 7[7]都代表著汽車 e 化的核心，未來將會結合更多
在數位化概念與結構之下設計的車用配備。本系統透過整合行動通訊的無線網
路，搭配 ELM327[8]與汽車診斷系統(On-Board Diagnostic, OBD-II)[9]與嵌入式
軟體介面行車網路系統[10]的開發與整合出，開發出一套可以透過 3G 數據通訊
與 CAN 為主的協定架設一個可以遠端監控汽車的即時資訊的系統[11]，使用者
可以透過網頁瀏覽的方式，可以很方便即時遠端查詢包括行車電腦、即時行車影
像、行車位置以及車輛故障資訊[12]。同時相關訊息可以透過無線通訊將其傳至
遠端伺服器中儲存。
1-2.
目的
近年來科技的進步，越來越多的人開始研發與生活息息相關的科技產品，許
多朝著智慧型車輛的方向精進[13]-[14]，如果在路上遇到汽車故障，可以透過
網路由專家對故障車即時提供這種諮詢或是自行可以閱讀汽車故障碼，將會大大
提升使用者的安全及方便，並透過遠端伺服器根據不同的駕駛者提供不同的需求
服務，例如儲存與分析駕駛者行為，可以分析油耗、心情、駕駛習慣、行駛里程
甚至在車輛發生意外時，提供事故鑑定的資訊。因此本系統希望能整合軟硬體來
開發能協助駕駛者車輛發生故障時，提供立即協助並將資訊提供給前去維修或拖
吊業者資訊，方便給予正確的協助車輛的遠端監控與故障診斷的行車資訊系統。
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目前國內車廠中有提供車主即時諮詢服務[15]，這些功能只能提供一些諮
詢、緊急救援與汽車位置的監控[16][17]，並無法即時了解行車電腦資訊與查詢
車況，同時當汽車中途故障時，也無法得知汽車故障原因及車輛故障碼（資訊），
因此本系統針對車廠與駕駛者所建構即時提供故障資訊的診斷與分析之功能。本
系統藉由嵌入式系統的整合與開發，且提供給駕駛者行車故障資訊訊息並將行車
資訊記錄下來[18]，當駕駛者車輛發生故障時，或車禍意外提供立即協助並將提
供行車歷史資訊給予駕駛者相對的幫助與保障，且另外可提供車商維修時參考之
依據[19]。
系統將增加了車隊管理功能，提供業餘同好或公司車隊狀況的監控與管理。
並透過網頁使用跨平台方便的人機介面，內容包括了車輛故障時緊急援助與通
報，且提供車輛事故發生的行車資料。在此不同的行車電腦將會有不同的車內協
定，本系統透過標準 OBD-II 協定達到容易移植與開發，容易集合社群力量、腦
力激盪開發更完備的軟體與服務。
透過 3G 數據通訊能力的提升，遠端伺服器可以提供隨時車輛即時資訊的儲
存，進行車輛的油耗分析、駕駛行為的分析，透過接收車輛資訊功能，整合出車
隊管理系統，並進行路徑的紀錄，與行駛其間的道路擁塞狀況，提供駕駛參考的
依據。隨著汽車科技的進步與汽車電子功能的不斷日新月異[20]，提供碰撞警告
的功能[21]與車道偵測與偏離警告[22][23][24]等提高汽車駕駛安全性的應用
也非常多，各個車廠都希望可以透過不同的機制提供使用者更安全與舒適的服
務，然而最讓汽車駕駛擔心面對的幾個問題，包括：汽車故障、汽車失竊、汽車
事故以及開車迷路，本計畫將針對這些問題開發出一套可以提供整合服務的功能
的系統，在行車時可以提供汽車必要資訊的紀錄，可以紀錄行車資訊，可以分析
油耗、心情、駕駛習慣、行駛里程甚至在車輛發生意外時，提供事故鑑定的資訊。
另一方面，若行駛在外遇到汽車故障時，可以由使用者介面查詢汽車故障的問
題，或由車廠或專家由遠端透過網頁瀏覽器直接連線至故障車來診斷汽車故障問
題，提供使用者即時的諮詢與服務，若可以自行排除，則協助處理。
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1-3.
重要性
近年來，由於科技的快速發展，人們的需求也隨著時間相對提高，對於汽車
工業更是如此，人們對汽車的要求已不僅僅當作是交通工具，提供「舒適」
、
「安
全」
、
「智慧」等等的特性也很快的是汽車中必備的能力。然而，這些能力的增加
意味著汽車已從密集的「機械」工業轉向更多「電子」控制的設備，根據拓樸產
業研究所整理發現，汽車電子的產業的產值已從西元 2003 年開始，每年都有都
有 8-10%的成長，其產值更遠遠高過筆記型電腦，甚至接近半導體產值。
除此之外，隨著由於半導體製程技術的進步仍未打破「摩爾定律」(Moore's
Law)，仍以每隔 2 年電晶體就會增加 1 倍的速度在進步，再配合系統晶片開發
者的努力，功能愈來愈強大、體積越來越小，並同時開發兼顧省電與價格便宜的
系統晶片陸續被研發出來，過去以 8 位元單晶片為主的消費性市場也漸漸隨著
消費者對功能的需求日益增加與應用的複雜性增加，使得愈來愈多系統開發廠商
改採用 32 位元的系統晶片（System on a Chip，SOC）作為系統開發的主要核心。
由於這些處理器的運算能力大幅提昇，過去必須透過電腦設備才能運算的辦公室
或桌上型的產品，都可以用較小的體積及耗電的方式移植到汽車領域的相關產品
中或藉由嵌入式系統或平台來取代之，透過 GPS 導航就是非常有用的例子[21]。
同時，隨著行動通訊能力的大幅提高，過去僅能試用在低速度的通訊方式目
前將可以透過 3G 或其他無線通訊方式提供頻寬更高的方式傳遞資料。未來整合
汽車、通訊、嵌入式系統與專家系統可以即時提供使用者的車況，甚至包括汽車
失竊追蹤、故障診斷、行車安全提醒、即時導航、路況提醒等等的協助，將可以
大大提高行車的方便及安全。同時透過對駕駛者的行為分析，將可以提醒或改善
駕駛人不良的駕駛習慣，甚至可以避免或降低行車事故的發生。
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1-4.
國內外有關本計畫之研究情況
本計畫主要針對汽車提供幾項服務，在正常行車時可以紀錄行車軌跡（路
徑）
、行車影像、行車電腦資訊（如：車速、引擎轉速、油耗、水箱溫度等等），
提供分析駕駛行為以及事故處理等不同分析。除此之外，當汽車在半路拋錨時，
也可以提供即時的車輛故障檢測及協助。同時將提供遠端即時查詢汽車狀況的功
能。
目前國內車廠中有提供車主即時諮詢服務的大概是 NISSAN（如圖 1），此車廠
提供客戶五大服務：
(a) 防盜通報：結合衛星定位科技與行動秘書客服中心，24 小時緊密監控汽車
行蹤。
(b) 超速提醒：根據車速提醒車主安全行車速度。
(c) 拖吊告知：結合衛星定位科技與行動秘書客服中心，24 小時緊密監控汽車
行蹤，當車子被移動將會主動通知車主。
(d) 撞擊通報：當車子遇到撞擊觸發 SRS 氣囊時，行動秘書客服中心會聯繫車主
或緊急聯絡人並提供救援服務。
(e) 救援準時：當車子拋錨時行動秘書客服中心安排救援服務。
然而，這些功能只能提供一些諮詢、緊急救援與汽車位置的監控，並無法針
對汽車行車電腦資訊的查詢與監控，同時當汽車中途故障時，也無法得知汽車故
障原因及引擎故障碼（資訊），對於故障資訊的診斷將無法提供正確的功能。當
車輛發生意外時，也無法提供行車資訊來判斷責任歸屬。
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圖 1 NISSAN TOBE 系統介紹網頁
(資料來源：
http://www.nissan.com.tw/club/tobe/tobe_index.asp?level=2&top=4&sub=11&left=）
除此之外，NISSAN 的 Teana 上安裝了最新一代的 TOBE 系統，已整合到一
套類似 BMWiDrive、Audi MMI 系統的多媒體控制介面上，稱之為「HMI 人性
智慧平台」，搭配中控台上的 7 吋液晶螢幕，將衛星導航、行車資訊、影音、空
調和通訊等功能結合在一起，透過大型按鍵和飛梭旋鈕來操作，判讀使用十分方
便。
國外最著名的首推 BMW iDrive（如圖 2）
，在此系列的操作介面在快速的科
技發展之下，將架構出強大資訊與影像處理的功能。伴隨著寬頻技術的進步與發
展，配合無線網路技術與無線熱點的同步成長，使得大量的影像聲音資訊可以在
這樣的硬體架構下行動傳輸。同時也能夠有更多的空間能夠進行車輛行車安全、
交通路況掌控、或是個人資訊處理系統等行動化功能。所以在軟硬體發展與趨勢
下，BMW iDrive 操作介面代表著汽車 e 化的核心，未來將會結合更多在數位化
概念與結構之下設計的車用配備。除了國內 NISSAN 之外，國外像是戴姆勒克
萊斯勒(Daimler Chrysler)，凌志(Lexus)和本田(Honda)汽車的阿庫拉(Acura)，通
用汽車(GM)等各大車廠皆已有此類系統。AT&T 與戴姆勒克萊斯勒合作汽車無
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線上網系統，凌志(Lexus)和本田(Honda)汽車的阿庫拉(Acura)，通用汽車(GM)
等也與 OnStar 簽約合作，但類似的產品與功能，目僅在高級車中出現，本計畫
希望能夠在一般車輛上建構此服務機制與系統。
圖 2 BMW iDrive 操作介面
(資料來源：http://www.autowld.com/article/2008/0708/article_1460.html)
二、
研究方法
本計畫採用 Tiny6410 嵌入式開發板，將開發版設計與行車資訊來結合，將
行車電腦中的相關數據、衛星定位座標等的訊息，將歷史的行車資訊保存，並藉
此提供查詢服務，以利系統策略的推斷並提供更詳盡的故障排除服務等。
透過伺服主機的資源，可對儲存的資料進行些許分類，分類出的數據資料。
並根據上述資料提供於提升維修服務的品質與及早發現瑕疵等改善，此外並可透
過對使用車輛與該地區資料來進行資料探勘的模式，讓供貨商做為市場調查的依
據並藉此提供駕駛購車的依據參考。
除此之外，透過遠端可上網電腦，也可以直接透過網頁瀏覽器連接到車上
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3G HSPA Router 的 IP 位址，使用遠端監控系統，透過遠端監控系統的 CGI 介面，
供使用者查詢與觀看即時行車資訊，當監控車輛的狀態與座標時，未避免網路流
量太大影響傳輸品質與造成功率消耗擴大，直接連接到的網頁僅顯示 GPS 座標，
並無透過 Google Map 的圖形畫面顯示汽車位置，相關數據則透過文字方式顯示
GPS 座標。
本系統架構主要分為：汽車行車紀錄系統、車輛診斷系統、遠端監控系統，
而圖 3 為系統架構圖
圖 3 系統示意圖
2-1. 汽車行車紀錄系統
本系統主要的任務是將汽車行車資訊紀錄，主要記錄的資料可以透過網頁點
選，包括汽車電腦提供的相關汽車資訊（行車速度、引擎轉速、油箱資訊、電池狀
況等等）
、衛星定位接收資訊、前後左右方即時影像、日期及時間。系統中可以透過
CAN bus的協定讀取行車電腦的資訊，同時透過UART介面讀取Bluetooth接收器讀取
市售 Bluetooth介面的GPS衛星接收器。
2-2. 車輛診斷系統
本計畫中的車上診斷系統採用 OBD-II 的協定與接頭，其接頭總共 16 隻
腳，其接腳（如圖 4） 所示，接頭中包括不同協定的接腳，其接腳是成對的，
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例如：SAE-J1850 是用到 pin 2 跟 pin 10 (上下一組)。然而，汽車並不會支援所
有協定，大都只支援一種，因此系統設計將會非常複雜。
圖 4 OBD-II 接腳圖
有鑑於此，根據美國汽車安全協會規定西元 2008 年後美國上市的汽車都必須支
援 CAN bus 協定，且目前大部分的車子都支援，因此本計畫將採用 pin 6, pin 14
為主的 CAN bus 為主作為與車輛進行診斷時的傳輸協定，如圖 5 所示。
圖 5 OBD-II CAN bus 連接腳位
當查詢診斷錯誤碼(Diagnostic Trobule Code, DTC)時，其資料格式包含 4 個
主要的欄位，可疑參數號碼(Suspect Parameter Number, SPN)佔 19 個位元，失誤
模式識別(Failure ModeIdentifier, FMI)佔 5 個位元，出現計數(Occurrence Count，
OC) 佔 7 個位元，及 SPN 轉換方式(SPN Conversion Method, CM) 佔 1 個位元，
如圖 6 所示。
圖 6 診斷錯誤碼的格式
共 19 頁 第 14 頁
此外，ODB-II 的操作有 9 種不同的功能，包括：
1.
Show current data
2.
Show freeze frame data
3.
Show stored Diagnostic Trouble Codes
4.
Clear Diagnostic Trouble Codes and stored values
5.
Test results, oxygen sensor monitoring
6.
Test results, other component/system monitoring
7.
Show pending Diagnostic Trouble Codes
8.
Control operation of on-board component/system
9.
Request vehicle information
透過車上的 CAN BUS 介面連接 OBD-II 解碼器讀取行車電腦的資訊並透過
藍牙(Bluetooth)傳送到 Tiny 6410 控制板，經過 OBD-II 的診斷流程 0，再將診斷
資料紀錄與上載並在針對車子異常提出警訊，也依照 OBD-II 提出的警訊及時對
車的情況處理，或是到維修廠時讓維修廠調出紀錄查詢。
圖 7 OBD-II 掃描行車資訊流程圖
2-3. 遠端監控系統
遠端監控系統：負責提供一個互動式、跨平台及友善的人機介面，讓外界查
詢車輛目前狀況。資料彙整到伺服器端，儲存於資料庫中，並使用 LabVIEW 建
構一個友善的人機介面，透過 LabVIEW 不間斷的讀取資料庫中的數據，最後製
作成網頁，使用者可以透過瀏覽網頁達到遠端的即時監控。LabVIEW 讀取的值
共 19 頁 第 15 頁
為轉速、車速、大氣溫度、空氣濃度、氧氣濃度、GPS 座標，並使用 GoogleMap
顯示出車輛的即時位置，圖 8 為監控系統運作流程。
圖 8 車輛遠端監控系統運作流程
LabVIEW 使用存取資料庫的方式，固定擷取儲存於資料庫中的行車資料，
並創建一個友善的人機介面，能夠及時的顯示，另外 Google 地圖提供了一系列
的 API 能夠完整的嵌入 LabVIEW 中，而手機端的行車紀錄器，透過使用影像串
流的方式，將視訊紀錄回傳至伺服器端，最後使用 LabVIEW 將整個介面擷取成
網頁，透過網頁，監控者能夠即時清晰的監控車輛。另外，由於本系統使用網頁
瀏覽的方式，因此監控者能夠透過家用電腦、手機等方式，監控車輛，達成跨平
台的瀏覽。
遠端監控系統使用 LabVIEW 建置資料庫連線，並透過不間斷的擷取資料庫
中汽車的即時資料，並顯示於圖左的汽車及時監控資訊的人機介面上，影像則透
過影像串流的方式將影像。而透過 Google 地圖所提供的 API 完整的嵌入
LabVIEW 中，這邊需要資料庫中 GPS 的資料，透過抓取 GPS 的數據，並顯示汽
車位置資訊，最後製作成網頁，提供遠端的視訊監控。
本系統預計對遠端提供一個跨平台及非常友善的人機介面，讓使用者可以很
方便透過網頁瀏覽的方式即時遠端查詢包括行車電腦、目前車輛所在位置與地圖
以及車輛故障資訊，以提供一般使用者使用，並在車輛故障時讓遠端車廠專家立
即提供車輛故障診斷，提供立即協助並將資訊提供給前去維修或拖吊業者資訊，
共 19 頁 第 16 頁
方便給予正確的協助。
三、 預期目標
本計畫預計完成三大目標：汽車行車紀錄系統、車輛診斷系統、遠端監控系
統，汽車行車紀錄系統功能需能夠準確有效率的偵測汽車資訊（行車速度、引擎
轉速、油箱資訊、電池狀況等等）、衛星定位接收資訊、前後左右方即時影像、
日期及時間，而車輛診斷系統功能要能及時偵測出 ODB-II 的訊號並給予駕駛人
通知，避免車輛發生更嚴重的故障與駕駛人和乘客的意外事故，遠端監控系統則
是要能儲存行車資訊與能夠查詢行車資訊歷史和 ODB-II 的訊號讓修車廠能夠快
速找到問題，透過這三大系統整合出多功能遠端監控行車資訊系統。
四、 參考文獻
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