基于GPS和3G的智能公交終端設計

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)?？紤]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。最后，通過(guò)編寫(xiě)上層應用程序完成圖像采集、GPS信息采集、3G傳輸等功能。下面幾節詳細的介紹了幾個(gè)主要程序的設計思想。
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內核自帶ov511驅動(dòng)，所以不用再自己編寫(xiě)攝像頭的驅動(dòng)程序，只需在定制內核的時(shí)候選中即可。為開(kāi)發(fā)節省了時(shí)間。
當Linux系統正常啟動(dòng)后，插上V2000攝像頭，如果成功加載驅動(dòng)，將為攝像頭在／dev／v41／目錄下創(chuàng )建設備文件device0，上層應用程序即可通過(guò)此設備文件訪(fǎng)問(wèn)攝像頭，實(shí)現拍攝圖像的功能。嵌入式系統平臺已搭建成功，要實(shí)現實(shí)時(shí)地獲取圖像，就需要利用V4L(Vidio For Linux)編程接口實(shí)現圖像采集程序了?？紤]到攝像頭采集的640x480的RGB圖像數據量較大，這里用圖像壓縮函數put_image_jpeg將圖像轉化為JPEG格式，這樣存儲時(shí)就減少了占用的NandFlash空間，同時(shí)通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )回傳監控中心時(shí)，也減少了傳輸費用和確保傳送成功。