基于GPS和3G技術(shù)的智能公交終端設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市公交事業(yè)有了迅猛的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：車輛變靚，站點(diǎn)增加，營(yíng)運(yùn)時(shí)間延長(zhǎng)，線路增多，市民出行時(shí)已感到這種可喜的變化。但隨著生活節(jié)奏的加快，對(duì)生活品質(zhì)要求的提高，乘客們?cè)缫巡荒軡M足于現(xiàn)有的服務(wù)質(zhì)量。

乘客的服務(wù)要求不僅體現(xiàn)在乘車過程中，還體現(xiàn)在乘車前后;不僅需要有車乘，而且需要乘好車、好乘車。這些多層次、多元化的需求都是傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)模式、調(diào)度方式所無法做到的，只有智能公交系統(tǒng)的實(shí)施才能夠從根本上解決這些問題。

智能公交系統(tǒng)的實(shí)施，不僅可以給乘客帶來巨大的利益，提升城市形象，還以為公交企業(yè)節(jié)約大量經(jīng)營(yíng)成本，提高科學(xué)管理水平。因此智能公交系統(tǒng)的建設(shè)著重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

智能公交系統(tǒng)由以下幾部分組成：

1)車載設(shè)備子系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱“車載終端”;

2)車站智能電子站牌子系統(tǒng);

3)公交管理系統(tǒng)。

文中主要以車載設(shè)備子系統(tǒng)——車載終端為研究對(duì)象展開論述。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

文中研究的是一種基于GPS和3G的智能公交終端，簡(jiǎn)而言之就是研究車體部分車載終端設(shè)備。本文的研究主要分3大部分：視頻監(jiān)控部分;GPS定位部分;通過現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)傳輸部分。

視頻監(jiān)控部分，主要是在車廂外部設(shè)置2個(gè)攝像頭，車廂內(nèi)部設(shè)置4個(gè)攝像頭。車廂外部在車的前后各設(shè)置一個(gè)攝像頭，用來監(jiān)控車體的前后車況，為交通意外發(fā)生后的責(zé)任判定提供有力證據(jù)。

車廂內(nèi)部在司機(jī)處設(shè)置1個(gè)攝像頭，用來監(jiān)控司機(jī)是否有打電話，閑聊等違規(guī)操作;在票箱處設(shè)置1個(gè)攝像頭，用來監(jiān)控偷票漏票現(xiàn)象;在車體中間設(shè)置1個(gè)攝像頭，用來防止乘客碰瓷索賠，車內(nèi)偷盜等，減少公交車上的犯罪率。下客門設(shè)置1個(gè)攝像頭，用來觀看乘客下車情況，乘客是否全都下車，是否有乘客從后門上車等逃票現(xiàn)象。

GPS定位部分，實(shí)現(xiàn)完善的導(dǎo)航功能。通過GPS全球定位系統(tǒng)確定公交車所在位置信息，把公交車所在的位置，路況信息可以實(shí)時(shí)的傳送到PC機(jī)監(jiān)控端，這樣對(duì)車輛的調(diào)度起到關(guān)鍵的作用。

3G網(wǎng)絡(luò)傳輸部分，近年來我國(guó)的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)很成熟了，可以高效的傳輸視頻信息，本系統(tǒng)就是通過3C網(wǎng)絡(luò)將公交車上采集到的視頻信息和CPS信息傳輸?shù)娇刂贫?，?shí)現(xiàn)公交車運(yùn)行時(shí)的全程監(jiān)控。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)采用ARM微處理器S3C2440芯片作為主控芯片，系統(tǒng)為存儲(chǔ)擴(kuò)展了128MB的NANDFLASH和64MB的SDBAM，這樣可以更好的儲(chǔ)存視頻信息。系統(tǒng)的外圍擴(kuò)展模塊包括通用USB攝像頭、GPS模塊、3G模塊和LCD顯示屏。系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。

2.1 主控芯片的選擇

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的監(jiān)控終端要求多路傳輸，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，低功耗等特點(diǎn)。因此本系統(tǒng)的主控芯片選擇了內(nèi)核為ARM920T的ARM9處理器。由于S3C2440芯片應(yīng)用比較廣泛，片內(nèi)資源豐富，資料齊全，價(jià)格適中，所以選擇它作為系統(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400 MHz，最高可達(dá)533 MHz，滿足了舉系統(tǒng)對(duì)處理速度的要求，同時(shí)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(tái)。

2.2 攝像頭模塊的選型與連接

文中采用的是動(dòng)態(tài)視頻形式的監(jiān)控方式。選用的是網(wǎng)眼V2000攝像頭，其圖像傳感器和數(shù)字信號(hào)處理芯片為Omnivision公司的OV7620和OV511它的成像速度快、圖片質(zhì)量高、成本低，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，使用方使，圖像精晰連貫，馬賽克比率低。為視頻的良好錄制提供了可靠的硬件基礎(chǔ)。網(wǎng)眼V2000攝像頭通過其USB接口直接與CPU上集成的USBHost接口相連。

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，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(duì)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。

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)。

考慮到傳輸帶寬、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模塊具有語音、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和GPS等功能，工作頻段為800MHz，通過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USB接口將MC8630模塊連接到MIN2440(S3C2440為主芯片的開發(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。