移動智能車輛稽查系統(tǒng)的設計與實現(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、視頻圖像處理技術、車輛識別技術、GSM移動無線通信技術、GPS定位技術的移動智能車輛稽查系統(tǒng)，實現(xiàn)了對違章、欠費等車輛的流動稽查。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短消息服務進行稽查終端與服務中心之間的實時交互通訊；

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

人機交互 提供實用而友好的用戶界面，通過紅外遙控器靈活、準確地完成應用軟件的大部分操作。

2 硬件設計

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，具體硬件結構如圖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，主頻可達624 MHz，完全滿足本系統(tǒng)的處理要求。

2.2視頻采集實現(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，當寫入數(shù)據(jù)達到一定數(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 其他相關硬件電路設計

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，由軟件進行解碼。

3 軟件設計

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

3.1 XWIN 3.0開發(fā)平臺簡介

XWIN 3.0平臺的體系結構如圖4所示。XWIN采用分層式結構，主要由系統(tǒng)抽象層和虛擬操作系統(tǒng)層構成。其中系統(tǒng)抽象層負責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)需求編寫出相應的應用程序。

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

3.2 服務中心軟件設計

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

3.3 嵌入式終端軟件的設計

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

3.3.1 系統(tǒng)軟件的功能和實現(xiàn)方法

(1)軟件功能

服務中心將最新的"黑名單"車輛及未按規(guī)定繳納"三費一稅"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)將其進行格式轉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)進行實時比較。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，讓服務中心查詢并將結果傳回終端。

(2)實現(xiàn)方法

本系統(tǒng)應用軟件的設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程序中執(zhí)行，車牌識別模塊和圖形用戶界面在主任務中執(zhí)行，通信模塊單獨在一個任務中執(zhí)行，各模塊之間的通信靠消息傳遞來實現(xiàn)。

3.3.2 相關軟件開發(fā)

Boot Loader的開發(fā) Boot Loader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的引導程序，位于系統(tǒng)的復位入口點，實現(xiàn)程序下載和程序加載功能。

驅動程序 利用中問件思想的硬件抽象層分離了與硬件平臺相關的部分，使平臺移植工作量達到最少。驅動程序只需設計與硬件密切相關的代碼，為應用軟件提供一個統(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卡驅動程序、串口驅動程序、遙控驅動程序。

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)實現(xiàn)對車牌號碼的實時識別。

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媒體的網(wǎng)絡通訊方式和各種通訊設備的物理特性，向上對應用程序提供了統(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。

人機交互 本系統(tǒng)的人機界面基于XWIN 3.0平臺直接在VC環(huán)境下進行開發(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行控制操作。

4 結 語

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