隨著我國汽車數(shù)量的增加和國家公路網(wǎng)的建設(shè),，城市間的往來日益頻繁,，受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，長途客運(yùn)市場普遍存在超員等問題,，由此造成的重特大交通事故逐年增加,，已嚴(yán)重威脅了人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。目前,，客運(yùn)交通監(jiān)管部門主要采用設(shè)立檢查站和路上巡檢的傳統(tǒng)方法檢測客車是否超員,，這些方法耗費(fèi)人力物力，自動化程度不高,，管理落后而且檢測精度很低,。在國內(nèi)，只有少數(shù)地區(qū)對當(dāng)?shù)氐牟糠诌\(yùn)營車輛安裝了智能檢測設(shè)備,。本文設(shè)計的監(jiān)控終端以GPS定位信息和車內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),，利用GPRS無線通信技術(shù)，通過Internet建立與交通監(jiān)管中心的通信,，對長途客車的超員,、超速、以及車輛運(yùn)行狀況,、突發(fā)事件等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,，為交通監(jiān)管、車輛調(diào)度,、事故處理提供了必要的依據(jù)和證據(jù),。
1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案
本文針對長途客車監(jiān)控終端的功能要求，以GPS空間定位技術(shù)作為定位手段,，獲得客車當(dāng)前的定位信息,。同時提出通過攝像頭模塊采集車內(nèi)圖像的超員檢測方案，即當(dāng)長途客車在出站和運(yùn)輸途中,，發(fā)生開關(guān)門動作并重新運(yùn)動時,，車內(nèi)的攝像頭會自動拍攝圖片，同時將GPS接收信息中的定位信息和車內(nèi)圖像信息以約定的數(shù)據(jù)幀格式通過GPRS數(shù)據(jù)通道上傳至監(jiān)控中心,，方便監(jiān)控載客數(shù)量,，避免超員，有效防止了由于司乘人員私自帶客給公司帶來的經(jīng)濟(jì)損失,。同時監(jiān)控人員也可以發(fā)送指令,，隨時進(jìn)行圖片拍攝和回傳,。此外，當(dāng)車內(nèi)發(fā)生搶劫,、盜竊或意外事故時也可以人為啟動攝像頭進(jìn)行拍照,。這種設(shè)計可以在出現(xiàn)超員等情況下使得監(jiān)控中心第一時間獲取到目標(biāo)客車的圖像和定位信息，為監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)全方位客車管理提供有力的幫助,。系統(tǒng)的整體設(shè)計方案如圖1所示,。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
在硬件設(shè)計上，基于系統(tǒng)多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的需要,，主控電路采用ARM微處理器S3C2440芯片,；系統(tǒng)的存儲單元分別采用了SDRAM和NAND Flash；其外圍接口設(shè)備包括GPS接收機(jī),、GPRS通信模塊,、攝像頭等。系統(tǒng)的硬件連接框圖如圖2所示,。
以下就圖中主要電路展開說明,。
2．1 微處理器的選擇
文中設(shè)計的監(jiān)控終端要求具有性能高、運(yùn)行可靠,、功耗低等特點(diǎn),。鑒于此，嵌入式微處理器選擇了內(nèi)核為ARM920T的ARM9處理器,。綜合考慮成本,、集成度、處理速度,、開發(fā)難度等諸多因素,，本系統(tǒng)決定選擇SAMSUNG公司生產(chǎn)的S3C2440芯片作為系統(tǒng)的微處理器。該處理器是一款基于RISC的32位微處理器,，工作頻率為400MHz,，最高可達(dá)533 MHz，滿足了本系統(tǒng)對處理速度的要求,，同時該處理器還集成了豐富的通信接口和控制器，有效地降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度,，為系統(tǒng)開發(fā)提供了良好的硬件平臺,。
2．2 GPS模塊的選型與連接
GPS全球定位系統(tǒng)是最新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可為用戶提供全天候,、全球性和高精度的實(shí)時定位導(dǎo)航服務(wù),。GPS系統(tǒng)包括3個部分：空間部分-GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分-地面監(jiān)控系統(tǒng),；用戶設(shè)備部分-GPS接收機(jī),。GPS的空間部分和地面監(jiān)控部分,，是用戶應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行定位的基礎(chǔ)，而用戶只有通過用戶設(shè)備,，才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用GPS定位的目的,。GPS接收機(jī)負(fù)責(zé)接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的定位信號，并計算出車載終端當(dāng)前所處位置,、速度,、方向等信息。在嵌入式車載監(jiān)控終端系統(tǒng)中,，從價格,、功耗、體積,、抗干擾能力等方面比較,，本課題選擇了GARMIN GPS15L。最簡單的系統(tǒng),，除GPS外還要包括外部電源和GPS天線,。與GPS系統(tǒng)的通信可以通過RS232或CMOS電平的串行口來實(shí)現(xiàn)。
2．3 GPRS模塊的選型與連接
GPRS技術(shù)具有實(shí)時在線,、覆蓋范圍廣,、數(shù)據(jù)傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中,，主要完成被監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸,。采用GPRS無線通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸為該系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控管理提供了良好的解決方案。GPRS通信模塊主要完成無線上網(wǎng)的功能,，通過GPRS傳輸手段連接到Internel網(wǎng)絡(luò),，并主動與監(jiān)控中心建立雙向數(shù)據(jù)通信鏈路。文中選用SIMCOM公司的SIM300模塊,，它可自動掉線重連,，支持GSM／GPRS通信，內(nèi)嵌了強(qiáng)大的TCP／IP協(xié)議棧,，AT指令功能完善,，具有SIM卡連接、天線,、RS232串口等接口,。S3C2440提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口，可以通過串口和各種外設(shè)進(jìn)行通信,。SIM300與S3C2440之間的通信就是通過串口來實(shí)現(xiàn)的,。
2．4 攝像頭模塊的選型與連接
考慮到無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬限制和本系統(tǒng)的應(yīng)用背景．文中采用了靜態(tài)圖像監(jiān)控方式。選用的是網(wǎng)眼V2000攝像頭,，它的成本低,、成像速度快,、圖片質(zhì)量高，具有良好的通用性,。其采用USB接口,，不需要視頻卡，可即插即用,，使用方便,，圖像清晰連貫。其圖像傳感器和數(shù)字信號處理芯片為Omnivision公司的OV7620和OV511,。
OV7620是一款高集成度,、高分辨率的彩色圖像傳感器。其分辨率為640x480(30萬像素),，傳輸速率可達(dá)30幀／秒,。OV7620的控制采用SCCB(Serial Camera Control Bus)協(xié)議，可利用其SCCB(Serial Camera Control Bus)接口完成對它的有關(guān)設(shè)置和讀取圖像數(shù)據(jù),。OV511是攝像頭的主控芯片,，其片內(nèi)的高性能壓縮引擎可使圖像的壓縮比達(dá)到7：1，保證了從圖像傳感器到主控制器的快速圖像傳輸,。
網(wǎng)眼V2000攝像頭通過其USB接口直接與CPU上集成的USB Host接口相連,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
常見的嵌入式操作系統(tǒng)有Linux、WinCE,、Vxworks等,。Linux操作系統(tǒng)的源碼完全開放，由于其具有高效穩(wěn)定,、內(nèi)核小,、執(zhí)行速度快，網(wǎng)絡(luò)資源豐富,，可移植性好等優(yōu)點(diǎn),，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。因此,，選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為本系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺,。
在軟件設(shè)計上，首先需建立交叉編譯環(huán)境,，用來編譯引導(dǎo)程序和Linux內(nèi)核,。然后完成引導(dǎo)程序Bootloader的移植；配置和編譯Linux內(nèi)核,；制作根文件系統(tǒng)以及編寫各外設(shè)與CPU間的接口驅(qū)動程序,。最后,，通過編寫上層應(yīng)用程序完成GPS信息采集,、圖像采集,、GPRS傳輸?shù)裙δ堋Ｏ旅婢唧w介紹了幾個主要程序的設(shè)計思路,。
3．1 圖像采集程序
在車載監(jiān)控系統(tǒng)中,，攝像頭網(wǎng)眼V2000是以ov511為主控芯片的攝像頭，它的驅(qū)動主要是要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體相應(yīng)函數(shù)功能,。由于Linux內(nèi)核自帶ov511驅(qū)動,，所以不用再自己編寫攝像頭的驅(qū)動程序，只需在定制內(nèi)核的時候選中即可,。
當(dāng)Linux系統(tǒng)正常啟動后,，插上V2000攝像頭，如果成功加載驅(qū)動,，將為攝像頭在／dev／v41／目錄下創(chuàng)建設(shè)備文件device0,，上層應(yīng)用程序即可通過此設(shè)備文件訪問攝像頭，實(shí)現(xiàn)拍攝圖像的功能,。嵌入式系統(tǒng)平臺已搭建成功,，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時地獲取圖像，就需要利用V4L(Vidio For Linux)編程接口實(shí)現(xiàn)圖像采集程序了,?？紤]到攝像頭采集的640x480的RGB圖像數(shù)據(jù)量較大，這里用圖像壓縮函數(shù)put_image_jpeg將圖像轉(zhuǎn)化為JPEG格式,，這樣存儲時就減少了占用的NandFlash空間,，同時通過GPRS網(wǎng)絡(luò)回傳監(jiān)控中心時，也減少了傳輸費(fèi)用和確保傳送成功,。
3．2 GPS解析程序
GPS接收機(jī)GPS15L輸出數(shù)據(jù)格式符合NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn),。NMEA-0183協(xié)議是由美國國家海洋電子協(xié)會制定的一種串行通信的數(shù)據(jù)協(xié)議，所有輸入輸出信息均為一行ASCII字符,。它的一條消息稱為語句(Sentenee),，每條語句都以‘$’開始，以回車換行符(
起始符，固定字符‘$’,，表示語句開始,；
標(biāo)識符域，表示一條語句的全部數(shù)據(jù)域的特定格式,，長度可變,；
數(shù)據(jù)域，包含各種類型的數(shù)據(jù),，各數(shù)據(jù)之間用逗號分隔,，數(shù)據(jù)域可以為空,，但用來分隔數(shù)據(jù)的逗號不可省略；
校驗(yàn)和,，以‘*’開始,，由2個字符的十六進(jìn)制數(shù)組成；
結(jié)束符,，固定字符
NMEA-0183語句中最常見的幾種格式有GPGGA,、GPRMC,、GPGSV、GPVTG等,，它們包含的信息不盡相同,。本設(shè)計中采用的是GPGGA(Global Positioning System Fix Data)輸出語句，它包含了主要的GPS定位數(shù)據(jù),。
GPS信息解析程序流程圖如圖3所示,。
3．3 GPRS數(shù)據(jù)傳輸程序
GPRS數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)分為GPRS初始化、建立連接,、傳輸數(shù)據(jù)和斷開連接這4個步驟,。
GPRS初始化主要是完成波特率等通信參數(shù)的設(shè)置。初始化完成后,，就可以通過AT命令建立和GPRS網(wǎng)絡(luò)的物理層連接,，然后實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)的附著、PDP激活,、傳輸環(huán)境配置,，進(jìn)而建立PPP數(shù)據(jù)鏈路，最后實(shí)現(xiàn)Internet的接入,，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸階段,。本設(shè)計中，采用的中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò),。當(dāng)撥號上網(wǎng)成功后,，就通過中國移動網(wǎng)關(guān)連接到了Internet，因此就可以利用TCP／IP協(xié)議與Internet上的交通監(jiān)管中心的IP地址進(jìn)行通信了,。由于Linux操作系統(tǒng)已內(nèi)置TCP／IP協(xié)議棧,，因此可以直接使用套接字編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。套接字的基本模式是C／S(客戶／服務(wù)器),，監(jiān)控終端是客戶模式,，而遠(yuǎn)程監(jiān)控中心是服務(wù)器模式。GPRS數(shù)據(jù)傳輸程序的流程圖如圖4所示。
4 結(jié)束語
針對長途客車監(jiān)控手段相對落后以及事故頻發(fā)的現(xiàn)狀,，提出了一種基于GPRS／GPS的監(jiān)控系統(tǒng),。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，該系統(tǒng)在靈敏度和精度上均能滿足實(shí)際的需求,，解決了傳統(tǒng)的巡檢方式造成的人員浪費(fèi)和檢測精度低的問題，有效防止了客車超員現(xiàn)象的發(fā)生,，為長途客運(yùn)的安全提供了保障,，同時也使得交通監(jiān)管部門的工作更科學(xué)化、系統(tǒng)化和自動化,。此外,，本系統(tǒng)還可以進(jìn)一步擴(kuò)充，如可以增加免提車載電話,、語音提示,、報警開關(guān)等，使監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加完善和智能,。