移動智能車輛稽查系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1 系統(tǒng)組成和功能

如圖1所示，本系統(tǒng)建立了一套基于PXA270嵌入式處理器技術(shù)、視頻圖像處理技術(shù)、車輛識別技術(shù)、GSM移動無線通信技術(shù)、GPS定位技術(shù)的移動智能車輛稽查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對違章、欠費(fèi)等車輛的流動稽查。本系統(tǒng)具有以下功能：

視頻采集 系統(tǒng)工作時，車前的攝像頭自動采集數(shù)據(jù)，并存入視頻緩沖區(qū)；

車牌識別 根據(jù)數(shù)字視頻數(shù)據(jù)識別出車牌號；

通訊功能 系統(tǒng)采用GSM網(wǎng)SMS短消息服務(wù)進(jìn)行稽查終端與服務(wù)中心之間的實(shí)時交互通訊；

GPS定位 通過GPS定位可準(zhǔn)確地向服務(wù)中心匯報稽查車輛當(dāng)前的位置和時間，以便實(shí)現(xiàn)對終端的合理調(diào)度；

人機(jī)交互 提供實(shí)用而友好的用戶界面，通過紅外遙控器靈活、準(zhǔn)確地完成應(yīng)用軟件的大部分操作。

2 硬件設(shè)計

移動智能車輛稽查系統(tǒng)由PXA270微處理器及外圍器件、視頻采集、GPS定位模塊GSU-36A3、無線通訊模塊GR47、遙控接收器等硬件組成，具體硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 PXA270微處理器及外圍器件

這部分電路主要包括PXA270、時鐘、復(fù)位電路、32 MB FLASH存儲器、64 MB SDRAM存儲器等，組成系統(tǒng)的控制和處理核心。PXA270基于Intel Xscale技術(shù)，主頻可達(dá)624 MHz，完全滿足本系統(tǒng)的處理要求。

2.2視頻采集實(shí)現(xiàn)

視頻采集模塊包括：視頻的解碼和輸出、數(shù)據(jù)緩沖和數(shù)據(jù)傳輸。視頻采集實(shí)現(xiàn)的原理如圖3所示。

攝像頭輸出的模擬視頻信號Philips公司的SAA7111A單片視頻解碼器后輸出數(shù)字視頻。PXA270實(shí)現(xiàn)對SAA7111A控制，完成對其初始化和狀態(tài)控制。

SAA7111A的輸出數(shù)據(jù)寫入FIFO緩沖，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)達(dá)到一定數(shù)量后使PXA270產(chǎn)生中斷。數(shù)據(jù)寫入控制邏輯可用VHDL語言描述為(CREF，VREF為SAA7111A輸出信號，WEN，WCLK為FIFO寫控制信號)：

PXA270中斷后，啟動DMA，將視頻數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)。PXA270對SN72V245的讀操作控制邏輯可用VHDL語言描述為(其中RCLK，REN，OE為SN72V245的控制信號，OE，CS5為PXA270的讀信號和片選信號)：



2.3 其他相關(guān)硬件電路設(shè)計

通訊模塊GR47通過RS 232接口與PXA270的URAT相連；GPS定位模塊GSU-36A3直接與PXA270的URAT相GSM連；紅外遙控接收器的信號輸出與PXA270的中斷相連，由軟件進(jìn)行解碼。

3 軟件設(shè)計

移動智能車輛稽查系統(tǒng)軟件主要包括兩大部分，遠(yuǎn)程服務(wù)中心軟件和嵌入式終端軟件。軟件開發(fā)基于XWIN3.0開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)。

3.1 XWIN 3.0開發(fā)平臺簡介

XWIN 3.0平臺的體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。XWIN采用分層式結(jié)構(gòu)，主要由系統(tǒng)抽象層和虛擬操作系統(tǒng)層構(gòu)成。其中系統(tǒng)抽象層負(fù)責(zé)完成對底層硬件和操作系統(tǒng)差異的屏蔽。在屏蔽了差異的基礎(chǔ)上，XWIN編寫了自己的虛擬操作系統(tǒng)層，完成普通意義上操作系統(tǒng)的一些功能，如任務(wù)調(diào)度、消息處理、內(nèi)存管理、文件調(diào)度等功能，并向上提供了一系列供用戶使用的API函數(shù)。正確合理地使用虛擬操作系統(tǒng)層提供的API函數(shù)，就可以根據(jù)需求編寫出相應(yīng)的應(yīng)用程序。

由于定義了設(shè)備應(yīng)用和驅(qū)動程序之間的接口，驅(qū)動程序的實(shí)現(xiàn)變得非常獨(dú)立和統(tǒng)一，一個驅(qū)動程序就是利用硬件特征對接口函數(shù)的一個實(shí)現(xiàn)。如果換一種設(shè)備，只需加載新的設(shè)備驅(qū)動程序，保持接口定義不變，仍然可以正常運(yùn)行，使系統(tǒng)具有較好的可移植性。

3.2 服務(wù)中心軟件設(shè)計

服務(wù)中心軟件是基于Windows環(huán)境下MFC版本的XWIN 3.0平臺進(jìn)行開發(fā)。主要實(shí)現(xiàn)了以下3個功能：數(shù)據(jù)庫的管理、拷入SD卡、重點(diǎn)警示。

3.3 嵌入式終端軟件的設(shè)計

嵌入式終端的軟件設(shè)計是基于XWIN 3.0嵌入式軟件開發(fā)平臺，采用分層次的體系結(jié)構(gòu)和模塊化的設(shè)計，其組成如圖5所示。

3.3.1 系統(tǒng)軟件的功能和實(shí)現(xiàn)方法

(1)軟件功能

服務(wù)中心將最新的"黑名單"車輛及未按規(guī)定繳納"三費(fèi)一稅"車輛所形成的數(shù)據(jù)庫拷入SD卡，或通過GR47將數(shù)據(jù)傳送至SD卡。視頻采集軟件采集視頻數(shù)據(jù)將其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后送人識別緩沖區(qū)，采樣一場數(shù)據(jù)交給車牌識別軟件，車牌識別軟件識別出車牌并將識別出的車牌號與SD卡中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時比較。如果是違章車輛，則將違章信息(包括車牌號、違章車輛和車主姓名)進(jìn)行顯示。如果車輛信息未在SD卡中則通過無線通信方式，讓服務(wù)中心查詢并將結(jié)果傳回終端。

(2)實(shí)現(xiàn)方法

本系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計按照功能模塊可劃分為：視頻采集模塊、車牌識別模塊、圖形用戶界面和通信模塊。視頻采集模塊在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行，車牌識別模塊和圖形用戶界面在主任務(wù)中執(zhí)行，通信模塊單獨(dú)在一個任務(wù)中執(zhí)行，各模塊之間的通信靠消息傳遞來實(shí)現(xiàn)。

3.3.2 相關(guān)軟件開發(fā)

Boot Loader的開發(fā) Boot Loader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的引導(dǎo)程序，位于系統(tǒng)的復(fù)位入口點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)程序下載和程序加載功能。

驅(qū)動程序 利用中問件思想的硬件抽象層分離了與硬件平臺相關(guān)的部分，使平臺移植工作量達(dá)到最少。驅(qū)動程序只需設(shè)計與硬件密切相關(guān)的代碼，為應(yīng)用軟件提供一個統(tǒng)一的接口，本系統(tǒng)嵌入式終端軟件開發(fā)過程中，開發(fā)了SD卡驅(qū)動程序、串口驅(qū)動程序、遙控驅(qū)動程序。

識別軟件 車牌識別模塊主要包括車牌區(qū)域定位、車牌圖像的預(yù)處理、車牌圖像中的字符分割和單個字符的識別，根據(jù)視頻數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對車牌號碼的實(shí)時識別。

通訊軟件 通信程序采用了XWIN 3.0通訊組件XCOM。XCOM組件向下屏蔽了各種不同介質(zhì)媒體的網(wǎng)絡(luò)通訊方式和各種通訊設(shè)備的物理特性，向上對應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一的通訊接口，并且提供了XCOM通訊協(xié)議，讓不同的通訊統(tǒng)一起來，為編寫通用的通訊程序提供了便利，XCOM組件既支持同步數(shù)據(jù)傳輸，又支持異步數(shù)據(jù)傳輸。

人機(jī)交互 本系統(tǒng)的人機(jī)界面基于XWIN 3.0平臺直接在VC環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)成功后不用改動源代碼就可直接移植到嵌入式上。界面簡潔大方，操作簡便。通過紅外遙控器對界面進(jìn)行控制操作。

4 結(jié) 語

本稽查系統(tǒng)應(yīng)用視頻采集檢測技術(shù)、車牌自動識別技術(shù)、無線通信技術(shù)，具備對違規(guī)及欠費(fèi)車輛進(jìn)行不停車稽查的功能，這一功能可滿足交警部門、車輛規(guī)費(fèi)征收部門的使用要求，且成本低、體積小、功能全、可擴(kuò)展性強(qiáng)。