【文章內(nèi)容簡介】 于數(shù)字照相機式的。這種方式拍出的照片具有較高的分辨率（ 120 萬像素以上），同時省去了人工更換膠卷的麻煩，但仍存在維護困難、維護費用較高的問題。 3. 視頻感應(yīng)線圈式，由工業(yè)攝像機、感應(yīng)線圈和工 業(yè)控制計算機組成，這種在2020 年前后都有很多開發(fā)使用。它是用感應(yīng)線圈來監(jiān)測闖紅燈車輛，然后由工控機來控制工業(yè)攝像機抓拍車輛圖片并保存到計算機硬盤里，然后用移動硬盤把圖片銬到指揮中心處理。該系統(tǒng)節(jié)省了大量的人力物力，但傳輸過程要由人工參與難以保證傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。 4. 視頻監(jiān)測式，由工業(yè)攝像機和工業(yè)控制計算機構(gòu)成，該技術(shù)是在 2020 年后使用較多的。它不用感應(yīng)線圈監(jiān)測車輛，是由計算機對監(jiān)視區(qū)域的實時圖像進行分析來判斷是否有車輛違章。它將工業(yè)控制攝像機抓拍到的圖像數(shù)字化后直接存入控制計算機的硬盤，硬盤的數(shù)據(jù)通過 電話線或網(wǎng)線傳回數(shù)據(jù)中心。此外，使用超級動態(tài)低照度攝像機，夜間僅利用路燈、車牌尾燈等就可以有效地抓拍，不需要安裝閃光燈，與其他系統(tǒng)相比，具有抓拍速度快，存儲量大，自動化程度高，應(yīng)用范圍廣等特點。 現(xiàn)在普遍流行的是基于 嵌入式 的電子警察系統(tǒng) ，由工業(yè)控制攝像機和精簡的嵌入式控制系統(tǒng)實現(xiàn)，是在視頻監(jiān)測式 電子警察 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上由嵌入式控制系統(tǒng)代替規(guī)格統(tǒng)一的工控機實現(xiàn)的。其違章裁定原理與第四種是相同的，該系統(tǒng)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精簡，耗電量低，性能可靠性高等特點。現(xiàn)在的電子設(shè)備都在向精簡小巧的方向發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)是工業(yè)級控制系統(tǒng) 的發(fā)展方向。 167。 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng) (Embedded System)是指一個具有特定功能和用途的計算機軟硬件集合體。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減，適用于對功能、可靠性、成本、體積等綜合性嚴格要求的專用系統(tǒng)，亦即為監(jiān)控系統(tǒng)量體裁衣的專用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，集軟硬件于一體，可以獨立工作，主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，嵌入式系統(tǒng)在于結(jié)合微處理或微控制器的系統(tǒng)電路與其專屬 9 的軟件，來達到系統(tǒng) 操作效率成本的最高比。 英國電機工程師協(xié)會將嵌入式系統(tǒng)定義為：嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機器甚至工廠操作的裝置。嵌入式系統(tǒng)非常受限于功能和具體的應(yīng)用環(huán)境，如對外部事件必須保證在規(guī)定時間內(nèi)進行響應(yīng)，有體積、重量的限制，功率預(yù)算、散熱必須符合環(huán)境要求，需要令人滿意的安全性、可靠性，系統(tǒng)本身的成本需求等，其特點具體來說 : 通常執(zhí)行特定功能 以微控制器和外圍構(gòu)成核心 嚴格的時序與穩(wěn)定性要求 全自動操作循環(huán) 20 世紀 80 年代以來，單片機和基于單片機的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研、教育以及日常 生活用品（家電、玩具）等各種領(lǐng)域。嵌入式計算機在應(yīng)用數(shù)量上遠遠超過了各種通用計算機，一臺通用計算機的外部設(shè)備中就包含了 510 個嵌入式微處理器，鍵盤、鼠標、軟驅(qū)、硬盤、顯示卡、顯示器、 Modem、網(wǎng)卡、聲卡、打印機、掃描儀、數(shù)字相機、 USB 集線器等均是由嵌入式處理器控制，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，可以說在現(xiàn)代工作生活中無處不在，下面是應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的一些主要領(lǐng)域： （ 1）工業(yè)方面 電機控制、物理量的檢測與處理、工業(yè)機器人、過程控制、智能傳感器等。 （ 2）儀器儀表方面 智能儀器儀表、醫(yī)療器械、色譜儀、示波 器等。 （ 3）民用方面 電子玩具、電子字典、記事薄、高級電子游戲機、錄像機、電冰箱、洗衣機、 抽濕機、消毒柜、照相機、空調(diào)機、電風扇、防盜控制等。 （ 4）電訊方面 調(diào)制解調(diào)器、智能線路運行控制、程控電話交換機等。 （ 5）導(dǎo)航控制方面 魚雷制導(dǎo)控制、智能武器裝置、導(dǎo)彈控制、航天導(dǎo)航系統(tǒng)、電子干擾系統(tǒng)等。 （ 6）數(shù)據(jù)處理方面 圖形終端、復(fù)印機、硬盤驅(qū)動器、磁帶機、打印機、打字機等。 （ 7）汽車方面 點火控制、變速控制、防滑剎車、排氣控制、節(jié)能控制、保安控制、冷氣控制、汽車報警控制、測試設(shè)備等。 由于嵌入式系統(tǒng)可 以很好的實現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的要求，已有越來越多的用戶和專 10 業(yè)人士看好智能交通領(lǐng)域的嵌入式一體化產(chǎn)品的應(yīng)用前景，也有了不少廠家進行了這方面產(chǎn)品的研究和開發(fā)，目前已經(jīng)有多種多樣的嵌入式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品成功使用在智能交通管理系統(tǒng)中，例如航天金卡，測速雷達 (返回數(shù)字式速度值 )，用于違章抓拍的數(shù)碼相機等等。值得一提的是有不少高科技含量的尖端技術(shù)也以嵌入式一體化產(chǎn)品的形式進入了智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域，北京漢王科技有限公司的 漢王眼 車牌辨識儀就是其中具有代表性的一款產(chǎn)品，從技術(shù)含量上來說，這一產(chǎn)品包含自動抓拍、智能光圈調(diào)節(jié)、自動溫控、光 學(xué)字符識別等多項具有相當難度的技術(shù)難題，而其采用嵌入式一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計方式更是在國內(nèi)車牌識別產(chǎn)品廠家中的第一個吃螃蟹者，建立在漢王公司具有領(lǐng)先水平的光學(xué)字符識別核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，該產(chǎn)品具有比較好的性能，已在廣東某高速公路收費系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用。 167。 本課題研究的內(nèi)容與目標 本課題研究的 視頻電子警察 系統(tǒng)在功能上類似于傳統(tǒng)的“電子警察”系統(tǒng)， “ 電子 ” 涵蓋了這類設(shè)備和系統(tǒng)具有現(xiàn)代化的先進技術(shù)，包括：視頻檢測技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等等； “ 警察 ” 表述了設(shè)備和系統(tǒng)具有輔助執(zhí) 法功能或者是作為執(zhí)法工具。 但傳統(tǒng)的電子警察系統(tǒng)主要依靠一般的工控機或微機做系統(tǒng)平臺，通過連接多種先進外設(shè)及內(nèi)部軟件的不斷更新來實現(xiàn)其功能。以微機做系統(tǒng)平臺有操作簡便，軟件升級更新簡單等多種優(yōu)點，但它的系統(tǒng)資源大部分閑置，造成了資源的浪費。隨著現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，以具有獨特功能的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品代替原有的電子警察系統(tǒng)對于整個智能交通系統(tǒng)的發(fā)展都有很大的意義。 隨著人們對 交通 環(huán)境要求的不斷提高，智能交通系統(tǒng)（ ITS）必將是新世紀迅猛發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。特定應(yīng)用的嵌入式操作系統(tǒng)將是發(fā)展智能綜合路口控制機、路車交互系 統(tǒng)、新型停車系統(tǒng)、高速公路的信息監(jiān)控與收費綜合管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，其應(yīng)用將確保智能交通系統(tǒng)的低成本與高性能，大大提高系統(tǒng)的可靠性和智能化程度。 本課題的主要工作是將嵌入式系統(tǒng)與車輛違章 監(jiān)控 系統(tǒng)相結(jié)合，從而構(gòu)建一個極具實用價值和廣泛適用性的嵌入式 智能交通管理 系統(tǒng)。其總體目標是針對嵌入式系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)，深入嵌入式操作系統(tǒng) 181。C/OSⅡ 內(nèi)核的研究，結(jié)合選題內(nèi)容開發(fā)出可實際應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)涉及軟件和硬件兩個方面，且兩部分緊密相關(guān)。我們的課題研究擬采取硬件和軟件并行開發(fā)過程，自頂向下的設(shè)計方法和思路。在 硬件設(shè)計的過程中，確定需要實現(xiàn)的功能，并確定硬件的構(gòu)成，完成 硬件平臺的搭建 。在軟件設(shè)計過程中，首先分析系統(tǒng)需要實現(xiàn)的任務(wù)，根據(jù)任務(wù)劃分使用模塊，在通過高級語言實現(xiàn)高層模塊，并通過交叉開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)目標代碼。在 軟硬件 集成過程中， 11 需要實現(xiàn)硬件底層代碼，完成軟件硬件的集成任務(wù)。最后，完成系統(tǒng)的集成測試。 167。 全文的內(nèi)容與結(jié)構(gòu) 本文是研究基于 ARM9 的嵌入式系統(tǒng) 研究 與 視頻電子警察 系統(tǒng)的 設(shè)計 ，利用現(xiàn)有的實驗平臺實現(xiàn)基于嵌入式的 視頻電子警察 系統(tǒng)相關(guān)軟硬件的設(shè)計，整個論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)層次如下所示： 第一章論述了 電子警察 系統(tǒng)的構(gòu)成與發(fā)展，還有嵌入式系統(tǒng)特點與應(yīng)用領(lǐng)域，及嵌入式系統(tǒng)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后引出本論文的意義和主要研究內(nèi)容。 第二章論述了基于 ARM9 的嵌入式 視頻電子警察 系統(tǒng)的設(shè)計原理及軟硬件平臺的搭建，硬件部分講述了核心部件 SBC2410X 開發(fā)板內(nèi) 各主要模塊 的 功能 。軟件部分介紹了 系統(tǒng) 開發(fā)環(huán)境的建立和 μ C/OSII 操作系統(tǒng)的移植 。 第三章、第四章、第五章分開來講述系統(tǒng)設(shè)計中幾個關(guān)鍵模塊。 第三章主要講述嵌入式文件系統(tǒng)的 設(shè)計 。主要涉及 SD 卡驅(qū)動實現(xiàn)和基于 SD 卡的FAT文件系統(tǒng)的移植。文件系統(tǒng)主要用于外存儲器的 讀取和控制。 第四章主要描述了圖形界面系統(tǒng) μ C/GUI 的移植以及觸摸屏的實現(xiàn)，主要是LCD/TFT 驅(qū)動實現(xiàn)， μ C/GUI 與 μ C/OSII 的整合實現(xiàn)，還有 μ C/GUI 中觸摸屏消息驅(qū)動機制的實現(xiàn)。 第五章主要是 幾個 具體功能模塊的設(shè)計，主要 包括視頻采集任務(wù)的實現(xiàn)， 基于虛擬線圈技術(shù)的視頻違章檢測 任務(wù)的實現(xiàn) ， 以及 圖片自動存儲模塊設(shè)計等 第六章對所做的研究工作進行了總結(jié)，并對進一步的研究提出了展望。 12 第二章 系統(tǒng) 總體設(shè)計 及硬件平臺介紹 167。 系統(tǒng)總體設(shè)計 電子警察 系統(tǒng)一般包含三個子系統(tǒng)：前端違章抓拍系統(tǒng)，控制系統(tǒng) 以及管理控制中心系統(tǒng)，如 2— 1 圖所示： 圖 電子警察 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 由上圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可知： 電子警察系統(tǒng)在一個路口設(shè)置一個控制系統(tǒng)用以控制前端四個路口的攝像機，當路口某方向紅燈亮?xí)r，則該方向紅燈信號傳感器通知 嵌入式控制系統(tǒng)，顯示該方向紅燈信號亮，并將該方向所有攝像機圖像切換到嵌入式系統(tǒng) ； 然后通過視頻監(jiān)測技術(shù)判斷是否有車輛違章，若有違章現(xiàn)象則 截取并 保存 違章現(xiàn)場的 圖像 ；最后 由控制器作簡單處理后將圖片及相關(guān)信息傳送到控制中心服務(wù)器 ，控制中心服務(wù)器是交通管理 數(shù)據(jù) 庫系統(tǒng) ，主要進行車輛違章 數(shù)據(jù)的保存，同時提供各種信息查詢 。 本文所做的工作是基于嵌入式控制系統(tǒng)的研究， 前端及后端系統(tǒng)不是本文論述的重點。嵌入式 系統(tǒng)的設(shè)計都要遵循嵌入式 系統(tǒng)的設(shè)計方法，首先要明確系統(tǒng)設(shè)計的需求，然后進行系統(tǒng)的整體設(shè)計。 167。 系統(tǒng)需求 在系統(tǒng)設(shè)計之前我們 要明確我們設(shè)計的系統(tǒng)是做什么的，要完成哪些任務(wù)。系統(tǒng)用途決定了嵌入式系統(tǒng)整個行為模式和系統(tǒng)架構(gòu)。 1．功能性需求 13 ? 紅綠燈 信號 檢測 。 如果是直接從紅綠燈信號機上面取信號，則比較容易，可以直接通過串口來獲取紅燈信號。如果是從視頻圖像上面來識別 紅綠燈狀態(tài)，則要應(yīng)用到圖像識別技術(shù)，區(qū)域分割及邊緣檢測技術(shù)。 ? 視頻 數(shù)據(jù)輸入。要求系統(tǒng)響應(yīng)時間夠快，實現(xiàn)車輛照片的攝入 。 ? 圖像讀取與處理。需要實現(xiàn)人機交互功能， 實現(xiàn)圖象的顯示，提供簡單的交互按鈕實現(xiàn)人機交流。 ? 存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)。 圖象要存儲在大容量的外存儲器中， 還要與 遠端控制中心達成聯(lián)系 。 ? 要 具有快速啟動、出錯處理和自動復(fù)位功能 2． 非功能性需求 ? 功耗低且穩(wěn)定性高，需 24 小時不間斷運行 ? 系統(tǒng)物理尺寸盡量精簡，便于維護與升級 ? 系統(tǒng)功能完備，模塊化設(shè)計，可以與其他有相關(guān)功能的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化 ? 有效使用低成本設(shè)備，尋求成本與功 能之間的最優(yōu)化 167。 系統(tǒng)總體設(shè)計 通常來說，嵌入式系統(tǒng) 設(shè)計 可以劃分成硬件和軟件兩部分。 嵌入式系統(tǒng)必須由軟件和硬件相結(jié)合才能達到資源的最優(yōu)配置和實現(xiàn)具體的功能。 軟件設(shè)計必須充分利用系統(tǒng)硬件資源，使系統(tǒng)滿足應(yīng)用的功能要求和技術(shù)指標，并具有友好的界面。 嵌入式硬件由嵌入式微處理器、片內(nèi)周邊電路和外設(shè)三部分組成。嵌入式處理器是嵌入式硬件的核心，直接影響嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用范圍和開發(fā)復(fù)雜度。 嵌入式 軟件經(jīng)過長時間的發(fā)展，豐富了 軟件直接建立在硬件之上 的模式，逐漸形成自底 向上 由 操作系統(tǒng)，支撐軟件和應(yīng)用軟件 三個部分組成 一個完整的體系 。 1. 操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)由操作系統(tǒng)內(nèi)核，應(yīng)用程序接口，設(shè)備驅(qū)動程序接口等幾部分組成，嵌入式操作系統(tǒng)一般都采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)只負責完成進程調(diào)度、進程通訊、中斷管理等一些基本任務(wù)，而將大部分的服務(wù)功能放在支撐軟件層中實現(xiàn)。 2. 支撐軟件 支撐軟件是用于幫助和支持軟件開發(fā)的 ，通常由 窗口系統(tǒng)，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等組成，由于嵌入式系統(tǒng)的硬件配置一般都比較低，在它上面開發(fā)應(yīng)用軟件幾乎是不可能的，為解決這一問題，很多廠商都陸續(xù)推出自己的軟件開發(fā)環(huán)境，如Minigui， μ C/GUI 等窗口系統(tǒng)， usfs 等文件系統(tǒng)。這種軟件開發(fā)環(huán)境簡化并豐富了應(yīng)用軟件 的設(shè)計，同時增強了嵌入式系統(tǒng)的功能 。 14 3. 應(yīng)用軟件 嵌入式應(yīng)用軟件是整個系統(tǒng)功能的體現(xiàn)，系統(tǒng)的能力總是通過應(yīng)用軟件表現(xiàn)出來，一個系統(tǒng)可以簡單的沒有支撐軟件，甚至沒有操作系統(tǒng)，但是不能沒有應(yīng)用軟件，否則它就不能成為一個系統(tǒng)， 嵌入式應(yīng)用軟件和普通應(yīng)用軟件有一定的區(qū)別，它不僅要求其準確性、安全性和穩(wěn)定性等方面能夠滿足實際應(yīng)用的需要，而且還要盡可能地進行優(yōu)化，以減少對系統(tǒng)資源的消耗，降低硬件成本。 按照 上述 嵌入式 軟硬件劃分 的方法， 視頻電子警察 系 統(tǒng)可以分為四個層次，各層次的功能模塊劃分如下表所示： 表 21 系統(tǒng)功能模塊劃分 層次 功能模塊 應(yīng)用軟件層 終端界面、視頻監(jiān)測 、數(shù)據(jù)存儲 以及數(shù)據(jù)傳輸 支撐軟件層 FAT 文件系統(tǒng)、 GUI 圖形界面系統(tǒng) 操作系統(tǒng)層 μ C/OSII 操作系統(tǒng)及 應(yīng)用程序接口，設(shè)備驅(qū)動程序接口 硬件層 核心模塊，視頻采集模塊 ，人機交互模塊（觸摸屏等），存儲模塊，網(wǎng)絡(luò)接口模塊 及電源模塊 167。 硬件 平臺介紹 167。 系統(tǒng)核心模塊 本系統(tǒng)采用的 核心 嵌入式開發(fā)板為 SBC2410X，核心板比較完備的包括一些常用的模塊，如 CPU,存儲器，網(wǎng)卡，串口， USB 等 。 SBC2410X 是由廣州友善之臂科技有限公司設(shè)計生產(chǎn)的一款基于 ARM9 的嵌入式電腦平臺，它基于三星公司的 ARM