基于GPS／3G技術(shù)的公交車(chē)遠程監控系統設計
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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。
3．2 GPS解析程序
GPS接收機HOLUX的GR-87模塊輸出數據格式符合NMEA．183標準。NMEA．0183協(xié)議是由美國國家海洋電子協(xié)會(huì )制定的一種串行通信的數據協(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“$”開(kāi)始，以回車(chē)換行符(CR>LF>)結束，中間是用逗號分隔的若干個(gè)域。
由于此GPS模塊設置信息掉電丟失，在每次系統啟動(dòng)時(shí)均要對該GPS模塊進(jìn)行初始化。將模塊設置成每秒鐘輸出一次GPS信息。系統啟動(dòng)后，模塊接收GPS信息，然后解析出GPS信息，根據解析出來(lái)的經(jīng)緯度信息與數據區中存儲的站點(diǎn)信息比較，計算出實(shí)際距離。如果距離到達閥值時(shí)，啟動(dòng)GPS報站中斷。該GPS模塊接收模塊遵循NMEA．0183協(xié)議，可以輸出多種格式的數據幀，均以“MYM”開(kāi)頭。輸出數據采用的是ASCII碼字符，內容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛星狀況等信息。該系統所使用的僅限于$GPRMC定位數據幀格式。系統啟動(dòng)后，通過(guò)串口對GPS模塊進(jìn)行設置，由于系統對實(shí)時(shí)性要求不高，將GPS設置為每秒鐘輸出一次RMC數據。提取GPRMC語(yǔ)句的思路是設置一個(gè)數據緩沖區，把接收到的GPS數據都放入這個(gè)緩沖區，當緩沖區滿(mǎn)了的時(shí)侯就在緩沖區中查找是否接受到GPRMC定位語(yǔ)句，如果沒(méi)有接收到則重新接GPS數據。如果找到GPRMC定位語(yǔ)句則還要判斷該語(yǔ)句在緩沖區中的位置離緩沖區的最大字節數是否大于62個(gè)字節(因為本程序中需要的GPRMC定位語(yǔ)句所包含的字節數為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)數據處理線(xiàn)程進(jìn)行相關(guān)處理。運行過(guò)程如圖3所示。
3．3 3G模塊解析程序
MC8630模塊驅動(dòng)可以通過(guò)驅動(dòng)源碼交叉編譯生成。MC8630模塊的加載和撥號連接的過(guò)MC8630模塊驅動(dòng)可以通過(guò)驅動(dòng)源碼交叉編譯生成。MC8630模塊的加載和撥號連接的過(guò)程如下：
1)在編譯前首先要確認編譯驅動(dòng)和編譯內核的編譯環(huán)境相同，也就是需要相同版本號的交叉編譯工具(本系統Linux版本號為2．6)；
2)修改驅動(dòng)源碼Makefde文件，包括添加內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)設備節點(diǎn)／dev／ttyUSB0-ttyUSB3；
5)mknod／dev／ttyUSB0 c 188 0，創(chuàng )建設備節點(diǎn)；
6)編寫(xiě)Linux下?lián)芴柲_本、chat配置文件和賬號密碼配置文件；
7)添加內核選項，編譯支持PPP協(xié)議的內核；
8)pppd call evdo撥號連接，ifconfig查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )是否連接；
9)ppp-off中斷連接。
4 結束語(yǔ)
本系統設計的智能公交終端采用先進(jìn)的3G／GPS技術(shù)，通過(guò)對公交車(chē)輛運行時(shí)的信息的采集、傳輸和處理，實(shí)現了對公交運營(yíng)車(chē)輛的實(shí)時(shí)監控和調度，迅速調整公交車(chē)輛的運行狀況，提高車(chē)輛工作的效率，使公交資源實(shí)現最佳利用和分配，達到公交的智能化。
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