摘 要： 基于嵌入式Web的電子交警系統(tǒng),。該系統(tǒng)采用數(shù)碼相機(jī)作為圖像拍攝主體,，利用ARM S3C4510B微處理器,，通過以太網(wǎng)進(jìn)行圖像的遠(yuǎn)程傳輸,。
關(guān)鍵詞： 電子交警系統(tǒng) 嵌入式Web 數(shù)碼相機(jī)
近年來智能交通系統(tǒng)發(fā)展迅速,，它力圖把先進(jìn)的信息技術(shù),、通信技術(shù),、計(jì)算機(jī)技術(shù),、電子控制技術(shù)等高新技術(shù)有效地集成運(yùn)用于整個交通運(yùn)輸管理體系，在大范圍內(nèi)建立起一種全方位的實(shí)時,、準(zhǔn)確,、高效的交通運(yùn)輸綜合管理系統(tǒng)。迄今為止,，日本,、美國、西歐,、澳大利亞等國家和地區(qū)都建立了相應(yīng)的機(jī)構(gòu)從事相關(guān)的開發(fā)應(yīng)用研究,，并取得了一些成果。
闖紅燈是造成交通事故的主要原因之一,。本電子交警系統(tǒng)的主要功能就是抓拍,、處理機(jī)動車闖紅燈現(xiàn)象，這是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分,。目前,，由于機(jī)動車闖紅燈的相關(guān)信息還沒有實(shí)時地接入網(wǎng)絡(luò)，違章車輛的受理,、罰款,、辦結(jié)等后期管理存在著很大的滯后性,。因此，本系統(tǒng)采用了基于嵌入式Web的方案,，保證了系統(tǒng)的實(shí)時性,，高精度數(shù)碼相機(jī)的使用彌補(bǔ)了CCD攝像機(jī)清晰度不足的缺陷，取得了較好的應(yīng)用效果,。
1 設(shè)計(jì)方案
圖1為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案,。
1.1 硬件部分
硬件部分的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
ARM(Advanced RISC Machines)是微處理器行業(yè)的世界知名企業(yè),，設(shè)計(jì)了大量高性能,、低能耗、廉價的RISC處理器及相關(guān)軟件,。從性價比,、實(shí)用性等角度出發(fā)，本系統(tǒng)使用了Samsung公司基于ARM7內(nèi)核的嵌入式" title="的嵌入式">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(gòu)建的開發(fā)板系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺,。根據(jù)實(shí)際需要在接口邏輯電路中設(shè)置不同的參數(shù)，并設(shè)置恰當(dāng)?shù)幕刂泛椭袛嗵?，以免發(fā)生沖突,。同時按照開發(fā)板的說明書對引腳進(jìn)行分配。
1.2 嵌入式系統(tǒng)" title="嵌入式系統(tǒng)">嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用μCLinux操作系統(tǒng),。
目前源碼公開的嵌入式操作系統(tǒng)有μC/OS和μCLinux,，它們各有特點(diǎn)。μC/OS占用空間少,，實(shí)時性能優(yōu)良,。μCLinux雖然占用空間相對較大，實(shí)時性能一般,，但是具有對多種文件系統(tǒng)的支持能力,內(nèi)嵌了TCP/IP" title="TCP/IP">TCP/IP協(xié)議,，可以借鑒Linux豐富的資源，適用于較復(fù)雜的系統(tǒng),。鑒于本系統(tǒng)需要面向以太網(wǎng),，且較為復(fù)雜，所以選用μCLinux作為操作系統(tǒng),。μCLinux是Linux的一個變種,，主要區(qū)別在于兩者的內(nèi)存管理機(jī)制和進(jìn)程調(diào)度管理機(jī)制。同時為了適應(yīng)嵌入式應(yīng)用的需求,，μCLinux采用了romfs文件系統(tǒng),，并簡化了Linux上的c語言庫glibc,。
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括μCLinux操作系統(tǒng)的平臺移植、嵌入式操作系統(tǒng)μCLinux的裁減,、硬件驅(qū)動程序,、應(yīng)用程序、人機(jī)界面等,。
(1)在ARM平臺上移植μCLinux,，并在PC機(jī)上建立μCLinux的開發(fā)環(huán)境。ARM開發(fā)板用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件,，PC機(jī)則完成目標(biāo)板所用到的操作系統(tǒng)的內(nèi)核編譯及應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試,。兩者之間一般通過串口、并口或以太網(wǎng)接口建立連接關(guān)系,。
(2)對系統(tǒng)內(nèi)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(qū)動程序包括USB驅(qū)動程序,、USB控制器驅(qū)動程序,、以太網(wǎng)控制器" title="以太網(wǎng)控制器">以太網(wǎng)控制器驅(qū)動程序等。
(4)應(yīng)用程序主要負(fù)責(zé)將USB和串口上傳的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭蕴W(wǎng),。
(5)人機(jī)界面包括本地界面和遠(yuǎn)程界面,。遠(yuǎn)程界面主要存放在嵌入式服務(wù)器中的動態(tài)網(wǎng)頁，用于管理和查詢,。
2 系統(tǒng)的組成
本系統(tǒng)由前端車輛拍照控制子系統(tǒng)、信息傳輸" title="信息傳輸">信息傳輸子系統(tǒng)和信息查詢管理子系統(tǒng)組成,。組成結(jié)構(gòu)如圖3,。
2.1 車輛拍照控制子系統(tǒng)
前端車輛拍照控制系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)、微電腦芯片地感線圈檢測裝置,、高精度數(shù)碼相機(jī),、相關(guān)通信及傳輸附件組成。違章車輛闖紅燈的瞬間,，微電腦芯片根據(jù)檢測地感線圈的信號變化,，及時準(zhǔn)確地發(fā)出車輛違章信號。前端嵌入式控制主機(jī)收到檢測信號后(闖紅燈,、逆行等),，對數(shù)碼相機(jī)快門進(jìn)行控制，并隨時判斷周圍環(huán)境的光亮度決定是否開啟閃光燈,。數(shù)碼相機(jī)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(jī)的SM卡(Smart Media Card)中。
2.2 信息傳輸子系統(tǒng)
信息通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,。目前嵌入式系統(tǒng)接入Intemet的方法大致有三種：一是通過專用的Web服務(wù)器,；二是通過專用的嵌入式網(wǎng)關(guān),；三是把標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(TCP/IP)擴(kuò)展到嵌入式設(shè)備，由嵌入式系統(tǒng)自身實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器功能,。本文采用第三種方法,，只需編寫動態(tài)網(wǎng)頁便可以通過Web瀏覽器方便地管理和查詢相關(guān)信息。
信息傳輸子系統(tǒng)由兩部分組成：一是照片等相關(guān)信息通過數(shù)碼相機(jī)USB口到以太網(wǎng)控制器的傳輸過程,；二是信息從以太網(wǎng)控制器到以太網(wǎng)的傳輸過程,。
2.2.1 從數(shù)碼相機(jī)到以太網(wǎng)控制器的信息傳輸
路口綠燈亮后，嵌入式系統(tǒng)中的照片處理任務(wù)判斷相機(jī)內(nèi)是否有照片存儲,。若有,，則通過數(shù)碼相機(jī)的USB接口將照片轉(zhuǎn)存到以太網(wǎng)控制器內(nèi)，保證數(shù)碼相機(jī)隨時有足夠的空間進(jìn)行違章拍攝,。同時將違章時間,、地點(diǎn)、違章現(xiàn)場數(shù)據(jù)保存在照片中,，便于事后對照片進(jìn)行處理,。
數(shù)碼相機(jī)與以太網(wǎng)控制器通過主USB口進(jìn)行信息傳輸。該系統(tǒng)所用主USB芯片是Cypress公司的SL811HS,。該芯片是專門為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的,，其價格低廉，符合USB1.1規(guī)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),，把拍攝下來的違章照片實(shí)時傳到以太網(wǎng)上，最終實(shí)現(xiàn)違章照片等相關(guān)信息的實(shí)時傳輸,。
2.3 基于B/S結(jié)構(gòu)的信息管理查詢子系統(tǒng)
車輛的違章照片是交管部門對違章司機(jī)進(jìn)行處理的依據(jù),，因此前端傳回的照片還需要管理。監(jiān)控中心建立一個計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)系統(tǒng),，設(shè)置多臺工作站對照片進(jìn)行資料的錄入,、審核、受理,、送達(dá)/告知,、封鎖檔案、復(fù)考通知,、罰款,、解封檔案、辦結(jié)等工作,。
該系統(tǒng)既要與機(jī)動車,、駕駛員等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫互聯(lián)，進(jìn)行嚴(yán)格的查找、比對,、轉(zhuǎn)遞,、封檔，又要與外部多個系統(tǒng)互聯(lián)進(jìn)行交通違法告知,、跟蹤罰款執(zhí)行情況等,。其中所涉及的外部系統(tǒng)主要有郵局投遞系統(tǒng)、銀行收款系統(tǒng),、機(jī)動車與駕駛員查詢數(shù)據(jù)庫,、交通違法數(shù)據(jù)庫。
3 設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題
3.1 實(shí)現(xiàn)基于嵌入式Web的以太網(wǎng)接入
該系統(tǒng)用S3C4510B嵌人式處理器及以太網(wǎng)接口芯片RTL8201BL組成以太網(wǎng)測控網(wǎng)關(guān),。RTL8201BL通過總線與S3C4510B處理器相連接,，中斷也通過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(xiàn)場總線RS－232等協(xié)議的轉(zhuǎn)換,，完成以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián),，實(shí)現(xiàn)不同以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換。
數(shù)據(jù)的流向：請求信息從以太網(wǎng)來,，通過RJ45接口到RTL8201BL,，IP包送到S3C4510B，進(jìn)行拆包,，取出數(shù)據(jù),，再按RS－232等現(xiàn)場總線通信協(xié)議重新組成幀；或者將前端拍照系統(tǒng)發(fā)送來的數(shù)據(jù)幀重新打成IP包,，向以太網(wǎng)發(fā)送,。
網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)年P(guān)鍵是開發(fā)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)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,。由于照片需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大,，但可靠性要求較高，因此在傳輸層選用可靠數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議TCP,在網(wǎng)絡(luò)層選用基本數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議IP,。
3.2 在嵌入式系統(tǒng)μClinux中編寫硬件驅(qū)動程序
硬件驅(qū)動程序包括USB驅(qū)動程序、USB控制器驅(qū)動程序,、以太網(wǎng)控制器驅(qū)動程序等,。在Linux中，驅(qū)動程序可以按照兩種方式編譯,，一種是靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核,，另一種是編譯成模塊以供動態(tài)加載。由于μCLinux不支持模塊動態(tài)加載,，因此這里選用將設(shè)備驅(qū)動程序靜態(tài)編譯到μCLinux內(nèi)核的方式,。Linux內(nèi)核啟動時會調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序的初始化函數(shù)對設(shè)備進(jìn)行初始化。需要為該設(shè)備分配一個主設(shè)備號和從設(shè)備號,，不能與已有的設(shè)備號重復(fù),，然后新建一個設(shè)備文件,。在相應(yīng)的目錄下添加設(shè)備驅(qū)動(接上頁)
文件，修改相應(yīng)的Config.ini和Makefile文件,，在內(nèi)核編譯時加載相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序,，生成的μCLinux二進(jìn)制文件燒寫進(jìn)閃存，然后,，可以使用各種外部設(shè)備,。驅(qū)動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(biāo)定,、調(diào)度下半部，然后退出,。下半部則在相對安全時執(zhí)行數(shù)據(jù)處理工作,，這樣可以使下半部在工作期間，上半部能繼續(xù)為其他中斷服務(wù),。
該電子交警系統(tǒng)運(yùn)用了嵌入式Web,、數(shù)字通信等高科技手段，把違章車輛信息實(shí)時傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)上,。監(jiān)控中心可以方便地對信息進(jìn)行管理,，用戶可以隨時通過Web瀏覽器進(jìn)行查詢。現(xiàn)在數(shù)碼相機(jī)技術(shù)日新月異,，一般數(shù)碼相機(jī)的快門速度可達(dá)到1/1 000s,，支持多張連拍，完全可以滿足高精度和三要素的要求,。嵌入式Web的使用加強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時性和可靠性,，大大減少了違章、繳費(fèi)以及數(shù)據(jù)庫的更新等一系列流程的延遲時間,，它以微控制器和以太網(wǎng)接口芯片取代PC機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場控制,，只需幾臺網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，大大降低了成本,。利用數(shù)碼相機(jī)和以太網(wǎng)的豐富資源組建該控制系統(tǒng)是一種實(shí)時,、低成本、高可靠的技術(shù)方案,。這一系統(tǒng)的建立有效地提高了對闖紅燈車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(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景,。
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