引言

　　汽車的普及為人們的生活帶來了方便,，同時(shí)也給人們提出了一大難題——汽車防盜,。本設(shè)計(jì)是為了解決以往汽車防盜產(chǎn)品的缺點(diǎn)和不足而開發(fā)的集成傳感,、報(bào)警和遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控3大功能模塊的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng),。

　　系統(tǒng)工作原理及組成

　　本系統(tǒng)是把傳感器裝在車身的隱蔽位置，當(dāng)有人走進(jìn)監(jiān)控距離,、車身移動(dòng)或振動(dòng),、車門被打開時(shí)，傳感器發(fā)出電信號(hào),，通過A/D轉(zhuǎn)換裝置,，發(fā)送到主控制器。控制器根據(jù)信號(hào)的來源,，把報(bào)警分為“有人靠近”,、“車體振動(dòng)”和“車門被開”3個(gè)等級(jí)，并用 GPRS/GSM終端將報(bào)警信息用短信的方式發(fā)送到用戶手機(jī)上,。把“車門被開”作為高級(jí)別的報(bào)警,，通知用戶的同時(shí)，啟動(dòng)視頻驅(qū)動(dòng)程序,，通過車內(nèi)的攝像頭把車內(nèi)實(shí)況記錄下來,，發(fā)送到車主手機(jī)。前兩種情況下系統(tǒng)不傳輸圖像,，除非客戶端主動(dòng)查看圖像,，此時(shí)，系統(tǒng)幾乎不占用信道,。當(dāng)有入侵者進(jìn)入防范區(qū)域時(shí),，MCU通過手機(jī)短信向用戶發(fā)出告警信息。由于此時(shí)發(fā)送的只是文字信息,，信息量少,，信息傳遞速度快。同時(shí),，系統(tǒng)將告警時(shí)的畫面存放在系統(tǒng)內(nèi)的存儲(chǔ)器件中供用戶查看,。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的總體框架

　　本系統(tǒng)硬件由以下幾個(gè)模塊組成：主控制器模塊、信息采

集模塊(傳感器),、USB攝像頭模塊,、無線通信模塊(GPRS MODEM )和圖像壓縮模塊。

　　主控制模塊

　　三星的S3C2410基于ARM內(nèi)核,，最大工作頻率能達(dá)到203MHz,，能支持NAND閃存啟動(dòng)，具有更高的性價(jià)比,。另外,，S3C2410在市場上己有很多成熟的應(yīng)用，因此選用了S3C2410作為系統(tǒng)的CPU,。

　　S3C410集成了一個(gè)LCD控制器(支持STN和TFT液晶顯示屏),、NAND閃存控制器、SDRAM控制器,、3個(gè)通道的UART,、4個(gè)通道的DMA、4個(gè)具有PWM功能的計(jì)時(shí)器和1個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘,，以及8通道的10位ADC,。

　　S3C2410還有很多豐富的外部接口，如觸摸屏、I2C總線,、12S總線接口，以及2個(gè)US主機(jī)接口,、1個(gè)USB設(shè)備接口,、2個(gè)SPI接口、SD接口,。在時(shí)鐘方面,，S3C2410集成了一個(gè)具有日歷功能的RTC(實(shí)時(shí)控制)和具有PLL的芯片時(shí)鐘發(fā)生器。能產(chǎn)生200MHz的工作頻率,。這樣的工作頻率能夠使處理器輕松運(yùn)行ＷinCE,、Linux等操作系統(tǒng)，以及進(jìn)行較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理,。

　　USB攝像頭

　　USB攝像頭主要由3部分構(gòu)成：鏡頭,、圖像傳感器和USB接口控制芯片。本系統(tǒng)采用的攝像頭是市面上比較常見的一款,。它的USB接口控制芯片型號(hào)是301p,，圖像傳感器芯片采用CMOS技術(shù)，因此性價(jià)比較高,。該攝像頭可通過USB接口直接與主機(jī)通信,，將采集到的圖像傳輸?shù)街鳈C(jī)。該芯片的特點(diǎn)如下：圖像最大為640×480像素,，可根據(jù)不同攝像頭進(jìn)行配置調(diào)整,；圖像白平衡等參數(shù)可配置；可在Arm-Linux嵌入式系統(tǒng)下高效運(yùn)行,；通過I2C總線編程CMOS圖像傳感器內(nèi)部的寄存器來改變?nèi)笔?shù),。

　　無線通信模塊

　　本系統(tǒng)采用GSM2406模塊，它接口簡單,、使用方便,，只需要單一的2.7V電源即可工作。采用AT指令對(duì)此模塊進(jìn)行控制,，初步計(jì)劃與控制器之間采用串口進(jìn)行通信,。同時(shí)，用此模塊實(shí)現(xiàn)語音通話功能,。由于GPRS是基于IP協(xié)議的,，所以，處理器在與GPRS網(wǎng)絡(luò)通信的時(shí)候要發(fā)送符合IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包,。

　　圖像壓縮模塊

　　因?yàn)橐曨l處理芯片1s輸出25幀圖像 ,，一幀640×480的圖像大約2.45Mb，為了緩和存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)壓力，圖像必須經(jīng)過壓縮以提高存取速度,。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用集成JPEG編解碼的ZR36060圖像壓縮芯片,。它可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)壓縮／解壓縮。在進(jìn)行壓縮時(shí) ,，ZR36060接收 YUV 4：2：2數(shù)字視頻信號(hào),，將其編碼為JPEG碼流輸出；在解壓縮時(shí) ,，它接收J(rèn)PEG碼流 ,，將其解碼為YUV 4：2：2數(shù)字視頻信號(hào)輸出。

　　ZR36060的接口分為3個(gè)部分,，分別為視頻接口,、代碼與主機(jī)接口和控制接口。視頻接口的功能是完成輸入／輸出視頻信號(hào),；代碼與主機(jī)接口的功能是通過主機(jī)完成對(duì)芯片控制字的初始化,，并且在主動(dòng)方式下，JPEG壓縮碼流也經(jīng)過CODE[7：0]輸入／輸出,；控制接口則完成一系列簡單的工作順序控制操作,。兩種視頻同步方式為同步主模式和同步從模式。同步主模式指芯片內(nèi)部產(chǎn)生所有的控制和定時(shí)信號(hào),；同步從模式則是芯片作為從機(jī)同步于一個(gè)外部的視頻源,。

　　數(shù)據(jù)采集模塊

　　防盜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊由微波多普勒傳感器組、振動(dòng)傳感器組,、霍爾器件組和熱釋電紅外傳感器組組成,，用于汽車防盜信息的采集以及數(shù)據(jù)的初步融合處理。數(shù)據(jù)采集模塊的構(gòu)成如圖1所示,。

圖1 數(shù)據(jù)采集模塊的構(gòu)成

　　利用微波多普勒傳感器

　　對(duì)入侵范圍進(jìn)行監(jiān)測

　　微波多普勒傳感器采用Agilis公司的HB100微波運(yùn)動(dòng)傳感器模塊,。HB100的多普勒效應(yīng)收發(fā)機(jī)模塊利用介質(zhì)諧振振蕩器和微帶接插天線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)低電流消耗,、高溫穩(wěn)定性和高靈敏度,。

　　利用加速度傳感器對(duì)車體振動(dòng)與傾斜進(jìn)行監(jiān)測

　　對(duì)車體的振動(dòng)與傾斜狀況進(jìn)行測量，可以對(duì)竊賊采用拖吊法盜竊車輛以及破壞車體的現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警,。由于加速度傳感器ADXL202E能夠測量0~5kHz,、士2g范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)加速度：動(dòng)態(tài)加速度的測量可以用于振動(dòng)檢測，利用靜態(tài)的重力加速度作為輸入矢量,，就可以確定物體的空間方向,。因此可以利用ADXL202E同時(shí)對(duì)車體的振動(dòng)和傾斜角度進(jìn)行監(jiān)測。

　　利用霍爾開關(guān)器件

　　對(duì)車門的開關(guān)進(jìn)行監(jiān)測

　　A3210E是霍爾效應(yīng)開關(guān)器件,。采用數(shù)字信號(hào)輸出,，在南,、北磁極的作用下均能產(chǎn)生霍爾效應(yīng)：磁極靠近時(shí)，開關(guān)打開,，輸出電平為低,；磁極遠(yuǎn)離時(shí)，開關(guān)關(guān)閉,，輸出電平為高,。該類傳感器的功耗非常低，如A3209E的功耗低達(dá)400mW,，特別適合低功耗應(yīng)用,。

　　霍爾器件組的設(shè)計(jì)是將多個(gè)霍爾器件分布在汽車的4個(gè)車門,，將車門打開時(shí),，霍爾器件會(huì)發(fā)出微弱的電信號(hào)，然后將每個(gè)開關(guān)器件的輸出信號(hào)送至器件組的局部決策中心進(jìn)行融合,，這里將4個(gè)車門的警報(bào)等級(jí)看作相同,，可以直接采用硬件進(jìn)行“或”

運(yùn)算，得到融合結(jié)果送至中央處理模塊,。

　　設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

　　操作系統(tǒng)

　　Linux內(nèi)核的配置

　　配置Linux內(nèi)核的步驟如下：

　　首先,，進(jìn)入系統(tǒng)的源代碼目錄/Linux-2.4.18，運(yùn)行menuconfig命令,，系統(tǒng)就自動(dòng)進(jìn)入配置界面,。界面很直觀，這里,，需要分別對(duì)串口,、網(wǎng)卡和攝像頭進(jìn)行配置。

　　1. 網(wǎng)卡和串口的配置

　　內(nèi)核映像的下載需要用到串口和網(wǎng)卡,，必須對(duì)串口和網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)進(jìn)行修改,，以保證能夠順利完成移植工作。為了使內(nèi)核支持串口,，在進(jìn)行內(nèi)核配置時(shí),，對(duì)串口必須要有以下的配置選項(xiàng)：

　　[*] ARM AMBA PLOT! serial port support

　　[*]Support for console on AMBA serial port

　　對(duì)網(wǎng)卡必須要有以下的內(nèi)核配置選項(xiàng):

　　*)Ethernet (10 or 100M)

　　Generic Media independent Interface device support

　　[*]SMC 91C9x/91Clxxx support

　　串口驅(qū)動(dòng)程序位于源碼樹的///drivers/serial/amba.c，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序位于linux/drivers/net/ann/smc9lx.c和linux/drivers/net/arm/smc9lx.h,。網(wǎng)卡的Memory map要比串口的簡單,。

　　2. USB系統(tǒng)的配置

　　要啟用USB系統(tǒng)，首先進(jìn)入U(xiǎn)SB support一節(jié)并啟用Support for USB選項(xiàng)(對(duì)應(yīng)模塊為usbcore.o),。接著,，需要選擇USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序。選項(xiàng)是EHCI(對(duì)應(yīng)模塊為ehci-hcd.o),、UHCI(對(duì)應(yīng)模塊為usb-uhci.o)和OHCI(對(duì)應(yīng)模塊為usb-ohci.o ),。

　　每塊支持插入U(xiǎn)SB設(shè)備的主板都需要有USB主機(jī)控制器芯片,。這個(gè)特別的芯片與插入系統(tǒng)的USB設(shè)備進(jìn)行交互操作，并負(fù)責(zé)處理允許USB設(shè)備與系統(tǒng)其他部分通信所必需的所有低層次細(xì)節(jié),。

　　啟用了USB support和USB主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序后,，接下來應(yīng)該啟用Preliminary USB devicefilesystem，然后啟用USB外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序,。例如,，為了啟用對(duì)USB攝像頭的支持，應(yīng)該啟用USB Camera support,。

　　一旦用新的內(nèi)核重新引導(dǎo)后,，目錄//proclbus/usb下應(yīng)該有相應(yīng)的USB設(shè)備信息。如若沒有信息,，應(yīng)輸入以下命令,，將USB設(shè)備文件手動(dòng)掛裝到//proc/bus/usb。

　　#mount-t usbdevfs none /proc/bus/usb

　　3. 攝像頭

　　本車載終端使用cam301p攝像頭,，所以,，在配制Linux系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)要選擇cam301p這一項(xiàng)。

　　Multimedia devices--->

　　<*>Video For Linux

　　Video For Linux--->

　　[*]V4L information in proc filesystem

　　USB support--->

　　<*>USB cam301p Camera support

　　編譯新內(nèi)核

　　配置好內(nèi)核后,，進(jìn)入//usr/src/linux-2.4.18目錄下執(zhí)行以下步驟:

　　1. $make dep,，以正確設(shè)置所有的依賴關(guān)系。

　　2. $make clean,，清除所有己存在的目標(biāo)文件,。如果忘記做這一步，生成的內(nèi)核將會(huì)非常龐大,。

　　3. $make zImage,，生成一個(gè)經(jīng)過壓縮的內(nèi)核。

　　4. 運(yùn)行make modules和make modules_install,。

　　5. make install,。

　　一旦為目標(biāo)系統(tǒng)編譯了內(nèi)核，通過使用引導(dǎo)裝載程序(bootloader),，內(nèi)核就被裝入到目標(biāo)系統(tǒng)的內(nèi)存,。通過使用串口，引導(dǎo)裝載程序與主機(jī)通信,，將內(nèi)核傳送到目標(biāo)機(jī)的DRAM中,。將內(nèi)核完全裝入目標(biāo)機(jī)后，引導(dǎo)裝載程序?qū)⒖刂茩?quán)交給內(nèi)核,。

　　圖像報(bào)警技術(shù)

　　圖像報(bào)警是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),，也是系統(tǒng)的難點(diǎn)，通過對(duì)監(jiān)視圖像的分析和控制,，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和警情處理,。該技術(shù)中融合了傳感器,、數(shù)字化處理、攝像與圖像處理技術(shù),。報(bào)警流程圖如圖2所示,。

圖2 報(bào)警流程圖

　　由于傳感器是一種微弱信號(hào)檢測設(shè)備，很容易受外界因素的影響而導(dǎo)致誤報(bào)警,，有些通過用戶的努力是可以避免的,；有些從原理上講是不可以避免的，如小動(dòng)物和電磁波干擾引起的誤報(bào)警,。為了盡量降低誤報(bào)率,，該系統(tǒng)采用了一種數(shù)字化處理技術(shù)，即對(duì)模擬信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)字化處理,，通過對(duì)各種入侵情況和干擾情況的綜合分析,，在MCU上預(yù)先設(shè)定報(bào)警閾值。經(jīng)傳感器采集到的信號(hào)送至MCU處理,，超過報(bào)警閾值時(shí),，MCU啟動(dòng)報(bào)警,；在報(bào)警閾值以下則判為干擾信號(hào),，不報(bào)警。

　　結(jié)語

　　本設(shè)計(jì)以嵌入式系統(tǒng)為平臺(tái),，結(jié)合傳感器,、數(shù)據(jù)采集、圖像處理和無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車的遠(yuǎn)程監(jiān)控和防盜功

能,，有效減少了汽車報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào),。在理論和實(shí)踐上實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車全天候的圖像監(jiān)控。由于受網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的影響,，報(bào)警信息可能會(huì)有延遲,，隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，相信這些問題都會(huì)得到完美的解決,。

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