基于嵌入式Web的電子交警系統

闖紅燈是造成交通事故的主要原因之一。本電子交警系統的主要功能就是抓拍、處理機動(dòng)車(chē)闖紅燈現象，這是現代城市交通監控系統的重要組成部分。目前，由于機動(dòng)車(chē)闖紅燈的相關(guān)信息還沒(méi)有實(shí)時(shí)地接入網(wǎng)絡(luò )，違章車(chē)輛的受理、罰款、辦結等后期管理存在著(zhù)很大的滯后性。因此，本系統采用了基于嵌入式web的方案，保證了系統的實(shí)時(shí)性，高精度數碼相機的使用彌補了CCD攝像機清晰度不足的缺陷。取得了較好的應用效果。

1 設計方案 

圖1為系統總體設計方案。

1．1 硬件部分

硬件部分的結構如圖2所示。

ARM(Adranted RISC Machine s)是微處理器行業(yè)的世界知名企業(yè)，設計了大量高性能、低能耗、廉價(jià)的RISC處理器及相關(guān)軟件。從性?xún)r(jià)比、實(shí)用性等角度出發(fā)，本系統使用了Samsung公司基于A(yíng)RM7內核的嵌入式處理器S3C4510B．外加存儲器芯片、主USB接口、以太網(wǎng)芯片、串并口等構建的開(kāi)發(fā)板系統作為整個(gè)系統的硬件開(kāi)發(fā)平臺。根據實(shí)際需要在接口邏輯電路中設置不同的參數，并設置恰當的基地址和中斷號，以免發(fā)譬沖突。同時(shí)按照開(kāi)發(fā)板的說(shuō)明書(shū)對引腳進(jìn)行分配。

1.2 嵌入式系統軟件結構

本系統采用μCLinux操作系統。

目前源碼公開(kāi)的嵌入式操作系統有μC／OS和μCLinux，它們各有特點(diǎn)。μC／OS占用空間少，實(shí)時(shí)性能優(yōu)良。μCLinux雖然占用空間相對較大，實(shí)時(shí)性能一般，但是具有對多種文件系統的支持能力，內嵌了TCP/IP協(xié)議，可以借鑒Linux豐富的資源，適用于較復雜的系統。鑒于本系統需要面向以太網(wǎng)，且較為復雜，所以選用μCLinux作為操作系統。μCLinux是Linux的一個(gè)變種，主要區別在于兩者的內存管理機制和進(jìn)程調度管理機制。同時(shí)為了適應嵌入式應用的需求，μCLinux采用了romfs文件系統，并簡(jiǎn)化了Linux上的c語(yǔ)言庫glibc。

本系統的軟件設計包括；μCLinux操作系統的平臺移植、嵌入式操作系統μCLinux的裁減、硬件驅動(dòng)程序、應用程序、人機界面等。

(1)在A(yíng)RM平臺上移植μCLinux，并在PC機上建立μCLinux的開(kāi)發(fā)環(huán)境。ARM開(kāi)發(fā)板用于運行操作系統和應用軟件，PC機則完成目標板所用到的操作系統的內核編譯及應用程序的開(kāi)發(fā)和調試。兩者之間一般通過(guò)串口、并口或以太網(wǎng)接口建立連接關(guān)系。

(2)對系統內核進(jìn)行裁減，在保證功能的前提下使其所占資源最少。

(3)硬件驅動(dòng)程序包括USB驅動(dòng)程序、USB控制器驅動(dòng)程序、以太網(wǎng)控制器驅動(dòng)程序等。

(4)應用程序主要負責將USB和串口上傳的數據傳輸到以太網(wǎng)。

(5)人機界面包括本地界面和遠程界面。遠程界面主要存放在嵌入式服務(wù)器中的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，用于管理和查詢(xún)。

2 系統的組成
   
本系統由前端車(chē)輛拍照控制子系統、信息傳輸子系統和信息查詢(xún)管理子系統組成。組成結構如圖3。

2．1 車(chē)輛拍照控制子系統
   
前端車(chē)輛拍‘照控制系統由嵌入式系統、微電腦芯片地感線(xiàn)圈檢測裝置、高精度數碼相機、相關(guān)通信及傳輸附件組成。違章車(chē)輛聞紅燈的瞬間，微電腦芯片根據檢測地感線(xiàn)圈的信號變化，及時(shí)準確地發(fā)出車(chē)輛違章信號。前端嵌入式控制主機收到檢測信號后(闖紅燈、逆行等)，對數碼相機快門(mén)進(jìn)行控制，并隨時(shí)判斷周?chē)h(huán)境的光亮度決定是否開(kāi)啟閃光燈。數碼相機接到閃光燈和拍照信號后進(jìn)行拍照。所拍攝信息首先被存儲在相機的8M卡(Smart Media Card)中。

2．2 信息傳輸子系統
  
信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸。目前嵌入式系統接入Intcnlet的方法大致有三種：一是通過(guò)專(zhuān)用的web服務(wù)器：二是通過(guò)專(zhuān)用的嵌入式網(wǎng)關(guān)；三是把標準網(wǎng)絡(luò )技術(shù)(TCP／IP)擴展到嵌入式設備，由嵌入式系統自身實(shí)現Web服務(wù)器功能。本文采用第三種方法，只需編寫(xiě)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)便可以通過(guò)Web瀏覽器方便地管理和查詢(xún)相關(guān)信息。

信息傳輸子系統由兩部分組成：一是照片等相關(guān)信息通過(guò)數碼相機USB口到以太網(wǎng)控制器的傳輸過(guò)程；二是信息從以太網(wǎng)控制器到以太網(wǎng)的傳輸過(guò)程。

2．2．1 從數碼相機到以太阿控制器的信息傳輸
 
路口綠燈亮后，嵌入式系統中的照片處理任務(wù)判斷相機內是否有照片存儲。若有，則通過(guò)數碼相機的USB接口將照片轉存到以太阿控制器內，保證數碼相機隨時(shí)有足夠的空間進(jìn)行違章拍攝。同時(shí)將違章時(shí)間、地點(diǎn)、違章現場(chǎng)數據保存在照片中，便于事后對照片進(jìn)行處理。

數碼相機與以太網(wǎng)控制器通過(guò)主USB口進(jìn)行信息傳輸。該系統所用主uSB芯片是Cypress公司的SL811HS。該芯片是專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統開(kāi)發(fā)的，其價(jià)格低廉，符合USBl.1規范。

2．2．2 從以太網(wǎng)控制器到以太網(wǎng)的信息傳輸
  
將以太網(wǎng)控制器接入以太網(wǎng)，把拍

2．3 基于B／S結構的信息管理查詢(xún)子系統
   
車(chē)輛的違章照片是交管部門(mén)對違章司機進(jìn)行處理的依據，因此前端傳回的照片還需要管理。監控中心建立一個(gè)計算機局域網(wǎng)系統，設置多臺工作站對照片進(jìn)行資料的錄入、審核、受理、送達，告知、封鎖檔案、復考通知、罰款、解封檔案、辦結等工作。

系統既要與機動(dòng)車(chē)、駕駛員等基礎數據庫互聯(lián)．進(jìn)行嚴格的查找、比對、轉遞、封檔，又要與外部多個(gè)系統互聯(lián)進(jìn)行交通違法告知、跟蹤罰款執行情況等。其中所涉及的外部系統主要有郵局投遞系統、銀行收款系統、機動(dòng)車(chē)與駕駛員查詢(xún)數據庫、交通違法數據庫。

3 設計中的關(guān)鍵問(wèn)題

3．1 實(shí)現基于嵌入式Web的以太網(wǎng)接入

該系統用S3C4510B嵌入式處理器及以太網(wǎng)接口芯片RTL8201BL組成以太網(wǎng)測控網(wǎng)關(guān)。RTL8201BL通過(guò)總線(xiàn)與S3C4510B處理器相連接，中斷也通過(guò)S3C4510B的外部中斷接管。

網(wǎng)絡(luò )層主要完成以太網(wǎng)TCP／IP協(xié)議和違章現場(chǎng)總線(xiàn)RS-232等協(xié)議的轉換，完成以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )間的互聯(lián)，實(shí)現不同以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之間的數據交換。

數據的流向：請求信息從以太網(wǎng)來(lái)，通過(guò)RJ45接口到RTL820BL，IP包送到S3C4510B，進(jìn)行拆包，取出數據，再按RS-232等現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議重新組成幀；或者將前端拍照系統發(fā)送來(lái)的數據幀重新打成IP包，向以太網(wǎng)發(fā)送。

網(wǎng)絡(luò )傳輸的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)負責數據傳輸和遠端命令處理的TCP／IP協(xié)議棧。首先選擇網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的種類(lèi)。由于照片需要傳輸的數據量不大，但可靠性要求較高，因此在傳輸層選用可靠數據傳輸控制協(xié)議TCP，在網(wǎng)絡(luò )層選用基本數據傳輸協(xié)議IP。

3．2 在嵌入式系統μClinux中編寫(xiě)硬件驅動(dòng)程序

硬件驅動(dòng)程序包括USB驅動(dòng)程序、USB控制器驅動(dòng)程序、以太網(wǎng)控制器驅動(dòng)程序等。在Linux中，驅動(dòng)程序可以按照兩種方式編譯，一種是靜態(tài)編譯進(jìn)內核，另一種是編譯成模塊以供動(dòng)態(tài)加載。由于μCLinux不支持模塊動(dòng)態(tài)加載，因此這里選用將設備驅動(dòng)程序靜態(tài)編譯到μCLinux內核的方式。

Linux內核啟動(dòng)時(shí)會(huì )調用設備驅動(dòng)程序的初始化函數對設備進(jìn)行初始化。需要為該設備分配一個(gè)主設備號和從設備號，不能與已有的設備號重復，然后新建一個(gè)設備文件。在相應的目錄下添加設備驅動(dòng)文件，修改相應的Config.ini和Makefde文件，在內核編譯時(shí)加載相應的設備驅動(dòng)程序，生成的μCLinux二進(jìn)制文件燒寫(xiě)進(jìn)閃存，然后，可以使用各種外部設備。驅動(dòng)程序中的中斷處理采用上半部和下半部的處理方法，上半部完成中斷注冊、中斷原因的標定、調度下半部，然后退出。下半部則在相對安全時(shí)執行數據處理工作，這樣可以使下半部在工作期間，上半部能繼續為其他中斷服務(wù)。

該電子交警系統運用了嵌入式Web、數字通信等高科技手段，把違章車(chē)輛信息實(shí)時(shí)傳輸到以太網(wǎng)上。監控中心可以方便地對信息進(jìn)行管理，用戶(hù)可以隨時(shí)通過(guò)Web瀏覽器進(jìn)行查詢(xún)?，F在數碼相機技術(shù)日新月異，一般數碼相機的快門(mén)速度可達到1/1 000s，支持多張連拍，完全可以滿(mǎn)足高精度和三要素的要求。

嵌入式Web的使用加強了系統的實(shí)時(shí)性和可靠性，大大減少了違章、繳費以及數據庫的更新等一系列流程的延遲時(shí)間，它以微控制器和以太網(wǎng)接口芯片取代PC機進(jìn)行現場(chǎng)控制，只需幾臺網(wǎng)絡(luò )計算機進(jìn)行監控，大大降低了成本。利用數碼相機和以太網(wǎng)的豐富資源組建該控制系統是一種實(shí)時(shí)、低成本、高可靠的技術(shù)方案。這一系統的建立有效地提高了對闖紅燈車(chē)輛的記錄和后期管理的效率，提高了交通管理水平，有較好的經(jīng)濟效益和廣闊的應用前景。