基于GPS和3G技術(shù)的智能公交終端設計

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，城市公交事業(yè)有了迅猛的發(fā)展，主要表現在：車(chē)輛變靚，站點(diǎn)增加，營(yíng)運時(shí)間延長(cháng)，線(xiàn)路增多，市民出行時(shí)已感到這種可喜的變化。但隨著(zhù)生活節奏的加快，對生活品質(zhì)要求的提高，乘客們早已不能滿(mǎn)足于現有的服務(wù)質(zhì)量。

乘客的服務(wù)要求不僅體現在乘車(chē)過(guò)程中，還體現在乘車(chē)前后;不僅需要有車(chē)乘，而且需要乘好車(chē)、好乘車(chē)。這些多層次、多元化的需求都是傳統運營(yíng)模式、調度方式所無(wú)法做到的，只有智能公交系統的實(shí)施才能夠從根本上解決這些問(wèn)題。

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

智能公交系統由以下幾部分組成：

1)車(chē)載設備子系統，簡(jiǎn)稱(chēng)“車(chē)載終端”;

2)車(chē)站智能電子站牌子系統;

3)公交管理系統。

文中主要以車(chē)載設備子系統——車(chē)載終端為研究對象展開(kāi)論述。

1 系統整體方案設計

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(chē)體部分車(chē)載終端設備。本文的研究主要分3大部分：視頻監控部分;GPS定位部分;通過(guò)現有3G網(wǎng)絡(luò )傳輸部分。

視頻監控部分，主要是在車(chē)廂外部設置2個(gè)攝像頭，車(chē)廂內部設置4個(gè)攝像頭。車(chē)廂外部在車(chē)的前后各設置一個(gè)攝像頭，用來(lái)監控車(chē)體的前后車(chē)況，為交通意外發(fā)生后的責任判定提供有力證據。

車(chē)廂內部在司機處設置1個(gè)攝像頭，用來(lái)監控司機是否有打電話(huà)，閑聊等違規操作;在票箱處設置1個(gè)攝像頭，用來(lái)監控偷票漏票現象;在車(chē)體中間設置1個(gè)攝像頭，用來(lái)防止乘客碰瓷索賠，車(chē)內偷盜等，減少公交車(chē)上的犯罪率。下客門(mén)設置1個(gè)攝像頭，用來(lái)觀(guān)看乘客下車(chē)情況，乘客是否全都下車(chē)，是否有乘客從后門(mén)上車(chē)等逃票現象。

GPS定位部分，實(shí)現完善的導航功能。通過(guò)GPS全球定位系統確定公交車(chē)所在位置信息，把公交車(chē)所在的位置，路況信息可以實(shí)時(shí)的傳送到PC機監控端，這樣對車(chē)輛的調度起到關(guān)鍵的作用。

3G網(wǎng)絡(luò )傳輸部分，近年來(lái)我國的3G網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)很成熟了，可以高效的傳輸視頻信息，本系統就是通過(guò)3C網(wǎng)絡(luò )將公交車(chē)上采集到的視頻信息和CPS信息傳輸到控制端，實(shí)現公交車(chē)運行時(shí)的全程監控。系統整體設計方案如圖1所示。

2 系統硬件設計

硬件設計上，本系統采用ARM微處理器S3C2440芯片作為主控芯片，系統為存儲擴展了128MB的NANDFLASH和64MB的SDBAM，這樣可以更好的儲存視頻信息。系統的外圍擴展模塊包括通用USB攝像頭、GPS模塊、3G模塊和LCD顯示屏。系統的硬件框圖如圖2所示。

2.1 主控芯片的選擇

本系統設計的監控終端要求多路傳輸，實(shí)時(shí)性強，低功耗等特點(diǎn)。因此本系統的主控芯片選擇了內核為ARM920T的ARM9處理器。由于S3C2440芯片應用比較廣泛，片內資源豐富，資料齊全，價(jià)格適中，所以選擇它作為系統的微處理器。

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533 MHz，滿(mǎn)足了舉系統對處理速度的要求，同時(shí)該處理器還集成了豐富的通信接口和控制器，有效地降低了系統的復雜度，為系統開(kāi)發(fā)提供了良好的硬件平臺。

2.2 攝像頭模塊的選型與連接

文中采用的是動(dòng)態(tài)視頻形式的監控方式。選用的是網(wǎng)眼V2000攝像頭，其圖像傳感器和數字信號處理芯片為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。網(wǎng)眼V2000攝像頭通過(guò)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)接口完成對它的有關(guān)設置和讀取圖像數據。

OV511是攝像頭的主控芯片，其片內的高性能壓縮引擎可使圖像的壓縮比達到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。

在本系統中，GR-87模塊通過(guò)6PIN排線(xiàn)與主板相連，1腳為電源輸入腳，接5 V電源，2、3腳為GPS模塊的數據接收和發(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)設置模塊定時(shí)輸出GPS定位數據，由主控制器對GPS數據進(jìn)行處理，提取出經(jīng)緯度，時(shí)間等有用信息，為自動(dòng)報站及正點(diǎn)考核提供可靠數據，保證報站及正點(diǎn)考核功能的實(shí)現。

2.4 3G模塊的選型與連接

根據無(wú)線(xiàn)接口技術(shù)的不同，現有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 )穩定性、實(shí)用性等因素，本系統采用電信CDMA2000作為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸，采用中興公司的MC8630模塊作為視頻數據傳輸模塊。

MC8630模塊具有語(yǔ)音、短信、數據業(yè)務(wù)和GPS等功能，工作頻段為800MHz，通過(guò)雙天線(xiàn)接收分集技術(shù)和均衡技術(shù)，上行速率最高可達3.1 Mbit/s下行速率最高可達3.1 Mbit/s?？梢酝ㄟ^(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)現封裝后的視頻數據傳輸。

3 系統軟件設計

目前常見(jiàn)的嵌入式操作系統主要有WinCE、Linux、Vxworks等幾種。其中Linux操作系統的源碼完全開(kāi)放。由于其自身具有高效穩定、網(wǎng)絡(luò )資源豐富、內核小、執行速度快，可移植性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于嵌入式系統領(lǐng)域。所以，選擇嵌入式Linux操作系統作為本系統的軟件開(kāi)發(fā)平臺。

在軟件設計方面，首先需要在單片機和PC機之間建立交叉編譯環(huán)境，用來(lái)編譯引導程序和Linux內核。然后完成引導程序Bootloa der的移植;配置和編譯Linux內核;制作根文件系統以及底層驅動(dòng)程序。