基于GPS／3G技術(shù)的公交車(chē)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2．3 GPS模塊的選型與連接
本系統(tǒng)的GPS模塊采用的是HOLUX的GB-87模塊。該模塊支持NMEA0183協(xié)議，支持V3．3-V5．5電壓輸入，TTL接口電平，波特率可置。在本系統(tǒng)中，GR-87模塊通過(guò)6PIN排線與主板相連，1腳為電源輸入腳，接5 V電源，2、3腳為GPS模塊的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，5腳接地。工作時(shí)，GPS模塊串口2與主控制器S3C2440進(jìn)行通信，通過(guò)設(shè)置模塊定時(shí)輸出GPS定位數(shù)據(jù)，由主控制器對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出經(jīng)緯度，時(shí)間等有用信息，為自動(dòng)報(bào)站及正點(diǎn)考核提供可靠數(shù)據(jù)，保證報(bào)站及正點(diǎn)考核功能的實(shí)現(xiàn)。
2．4 3G模塊的選型與連接
根據(jù)無(wú)線接口技術(shù)的不同，現(xiàn)有3G技術(shù)可以分為聯(lián)通的WCDMA技術(shù)，電信的CDMA2000技術(shù)和移動(dòng)的TD-SCDMA技術(shù)?？紤]到傳輸帶寬、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、實(shí)用性等因素，本系統(tǒng)采用電信CDMA2000作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，采用中興公司的MC8630模塊作為視頻數(shù)據(jù)傳輸模塊。MC8630模塊具有語(yǔ)音、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和GPS等功能，工作頻段為800MHz，通過(guò)雙天線接收分集技術(shù)和均衡技術(shù)，上行速率最高可達(dá)3．1 Mbit／s下行速率最高可達(dá)3．1 Mbit／s。可以通過(guò)USB接口將MC8630模塊連接到MIN2440(S3C2440為主芯片的開(kāi)發(fā)板)處理器上，實(shí)現(xiàn)封裝后的視頻數(shù)據(jù)傳輸。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
目前常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)主要有WinCE、Linux、Vxworks等幾種。其中Linux操作系統(tǒng)的源碼完全開(kāi)放。由于其自身具有高效穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)資源豐富、內(nèi)核小、執(zhí)行速度快，可移植性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。所以，選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為本系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。
在軟件設(shè)計(jì)方面，首先需要在單片機(jī)和PC機(jī)之間建立交叉編譯環(huán)境，用來(lái)編譯引導(dǎo)程序和Linux內(nèi)核。然后完成引導(dǎo)程序Bootloa der的移植；配置和編譯Linux內(nèi)核；制作根文件系統(tǒng)以及底層驅(qū)動(dòng)程序。最后，通過(guò)編寫(xiě)上層應(yīng)用程序完成圖像采集、GPS信息采集、3G傳輸?shù)裙δ?。下面幾?jié)詳細(xì)的介紹了幾個(gè)主要程序的設(shè)計(jì)思想。
3．1 圖像采集程序
在視頻采集方面，本文采用的攝像頭是網(wǎng)眼V2000，它是一款是以ov511為主控芯片的攝像頭。選用它的原因是由于Linux內(nèi)核自帶ov511驅(qū)動(dòng)，所以不用再自己編寫(xiě)攝像頭的驅(qū)動(dòng)程序，只需在定制內(nèi)核的時(shí)候選中即可。為開(kāi)發(fā)節(jié)省了時(shí)間。
當(dāng)Linux系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，插上V2000攝像頭，如果成功加載驅(qū)動(dòng)，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(guò)此設(shè)備文件訪問(wèn)攝像頭，實(shí)現(xiàn)拍攝圖像的功能。嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)已搭建成功，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(chǔ)時(shí)就減少了占用的NandFlash空間，同時(shí)通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)回傳監(jiān)控中心時(shí)，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)HOLUX的GR-87模塊輸出數(shù)據(jù)格式符合NMEA．183標(biāo)準(zhǔn)。NMEA．0183協(xié)議是由美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)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(chēng)為語(yǔ)句(Sentence)，每條語(yǔ)句都以“$”開(kāi)始，以回車(chē)換行符(CR>LF>)結(jié)束，中間是用逗號(hào)分隔的若干個(gè)域。
由于此GPS模塊設(shè)置信息掉電丟失，在每次系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)均要對(duì)該GPS模塊進(jìn)行初始化。將模塊設(shè)置成每秒鐘輸出一次GPS信息。系統(tǒng)啟動(dòng)后，模塊接收GPS信息，然后解析出GPS信息，根據(jù)解析出來(lái)的經(jīng)緯度信息與數(shù)據(jù)區(qū)中存儲(chǔ)的站點(diǎn)信息比較，計(jì)算出實(shí)際距離。如果距離到達(dá)閥值時(shí)，啟動(dòng)GPS報(bào)站中斷。該GPS模塊接收模塊遵循NMEA．0183協(xié)議，可以輸出多種格式的數(shù)據(jù)幀，均以“MYM”開(kāi)頭。輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼字符，內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。該系統(tǒng)所使用的僅限于$GPRMC定位數(shù)據(jù)幀格式。系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)串口對(duì)GPS模塊進(jìn)行設(shè)置，由于系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，將GPS設(shè)置為每秒鐘輸出一次RMC數(shù)據(jù)。提取GPRMC語(yǔ)句的思路是設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，把接收到的GPS數(shù)據(jù)都放入這個(gè)緩沖區(qū)，當(dāng)緩沖區(qū)滿了的時(shí)侯就在緩沖區(qū)中查找是否接受到GPRMC定位語(yǔ)句，如果沒(méi)有接收到則重新接GPS數(shù)據(jù)。如果找到GPRMC定位語(yǔ)句則還要判斷該語(yǔ)句在緩沖區(qū)中的位置離緩沖區(qū)的最大字節(jié)數(shù)是否大于62個(gè)字節(jié)(因?yàn)楸境绦蛑行枰腉PRMC定位語(yǔ)句所包含的字節(jié)數(shù)為62)，然后通過(guò)多程序提取相關(guān)經(jīng)緯度、時(shí)間和速度等信息并通過(guò)數(shù)據(jù)處理線程進(jìn)行相關(guān)處理。運(yùn)行過(guò)程如圖3所示。
3．3 3G模塊解析程序
MC8630模塊驅(qū)動(dòng)可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)源碼交叉編譯生成。MC8630模塊的加載和撥號(hào)連接的過(guò)MC8630模塊驅(qū)動(dòng)可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)源碼交叉編譯生成。MC8630模塊的加載和撥號(hào)連接的過(guò)程如下：
1)在編譯前首先要確認(rèn)編譯驅(qū)動(dòng)和編譯內(nèi)核的編譯環(huán)境相同，也就是需要相同版本號(hào)的交叉編譯工具(本系統(tǒng)Linux版本號(hào)為2．6)；
2)修改驅(qū)動(dòng)源碼Makefde文件，包括添加內(nèi)核源碼目錄和編譯工具；
3)Make編譯之后，生成ztemt．ko；
4)insmod ztemt．ko，生成4個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)／dev／ttyUSB0-ttyUSB3；
5)mknod／dev／ttyUSB0 c 188 0，創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)；
6)編寫(xiě)Linux下?lián)芴?hào)腳本、chat配置文件和賬號(hào)密碼配置文件；
7)添加內(nèi)核選項(xiàng)，編譯支持PPP協(xié)議的內(nèi)核；
8)pppd call evdo撥號(hào)連接，ifconfig查詢網(wǎng)絡(luò)是否連接；
9)ppp-off中斷連接。
4 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能公交終端采用先進(jìn)的3G／GPS技術(shù)，通過(guò)對(duì)公交車(chē)輛運(yùn)行時(shí)的信息的采集、傳輸和處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)公交運(yùn)營(yíng)車(chē)輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度，迅速調(diào)整公交車(chē)輛的運(yùn)行狀況，提高車(chē)輛工作的效率，使公交資源實(shí)現(xiàn)最佳利用和分配，達(dá)到公交的智能化。
評(píng)論