【導(dǎo)讀】無(wú)線通信技術(shù)的嵌入式GPS車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。論文將USB視頻采集技術(shù)引入到。車(chē)載終端監(jiān)控系統(tǒng)中，提出了一種車(chē)載監(jiān)控和圖像傳輸系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案。為減少GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，在圖像采集模塊中采用了JPEG軟件。論文的最后總結(jié)了所完成的工作，給出了設(shè)計(jì)的不足之處和有待完善的地方。利用這些信息，監(jiān)控中心可實(shí)時(shí)跟蹤車(chē)輛并及時(shí)獲取車(chē)內(nèi)信息，該方案。充分利用了S3C2410X處理器資源，方便且實(shí)用地實(shí)現(xiàn)了低成本的車(chē)輛監(jiān)控功能。

　　

【正文】 米 /秒 ● 動(dòng)態(tài)性能：速度 515 米 /秒；加速度 6g；高度 18,000 米 ● 數(shù)據(jù)更新率： 1 次 /sec～ 1 次 /900sec 可調(diào) ● RS232 電平輸出速率： 300、 600、 1200、 2400、 4800、 9600、 19200bps 用戶可選 ● 物理尺寸： GPS15L： 34 45 7(毫米 ) ● 重量： GPS15L： 14 克 ● 工作電壓： － 5V (GPS 15L) ● 工作溫度： 30 C0 ～ 80 C0 ● 儲(chǔ)存溫度： 40 C0 ～ 80 C0 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 21 頁(yè) 21 表 GPS15L 接口說(shuō)明 管腳 名稱(chēng) 描述 1 備用電源 為內(nèi)部的靜態(tài)存儲(chǔ)器和時(shí)鐘供電。 OEM 板內(nèi)的電池可以維持大約 21 天。輸入電壓必須為直流 +~+。 2 地 電源地和信號(hào)地 3 電源 電壓 ~；電流峰值 100mA，標(biāo)稱(chēng)值 85mA。 4 串口 1（出） 異步串行數(shù)據(jù)輸出。 RS232 電平，提供 NMEA 0183 版本 或 的數(shù)據(jù)。該口也可以設(shè)置為輸出相位數(shù)據(jù)。波特率從 300~38400 可選，默認(rèn)值為 4800。 5 串口 1（入） 異步串行數(shù)據(jù)輸入。 RS232 電平，最大輸入電壓范圍為 25V+25。該輸入口也可以直接與有 RS232 極性的標(biāo)準(zhǔn)的3 到 5V 的 CMOS 邏輯電平連接，要求低電壓小于 ，高電壓大于 。最小負(fù)載阻抗是 500Ω。該口主要用于接收對(duì) OEM 板的初始化信息和配置信息。 6 射頻偏壓 為天線供電的外部電壓輸入。（目前沒(méi)有開(kāi)啟） 7 秒脈沖 上升沿與 GPS 秒同步，電壓升降時(shí)間 100ns，阻抗 250Ω。開(kāi)路輸出電壓為，低電壓 0V，高電壓 Vin。高電平持續(xù)時(shí)間從 20ms~980ms 可調(diào)。接 50Ω負(fù)載后輸出 450mVpp 信號(hào)。對(duì)于在 50%電壓點(diǎn)測(cè)得的秒脈沖時(shí)間，接 50Ω負(fù)載后將比空載提前 15ns。 8 串口 2（入） 接收 RTCM SC104 版本 的 GPS 差分信息。 GPRS 通訊模塊 客戶端為了利用 GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，必須選擇適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)終端 (即 MT， Mobile Terminal)來(lái)接入 GPRS 網(wǎng)絡(luò)。目前常用的移動(dòng)終端有兩種形式：一種是完全做好的 GPRS Module 成品，提供了串行接口，用戶不必關(guān)心硬件實(shí)現(xiàn)，只需通過(guò)串口向模塊發(fā)送指令就可以完成所有功能；另一種是提供手機(jī)芯片，用戶自行購(gòu) 買(mǎi)外圍器件并自己設(shè)計(jì)電路。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 22 頁(yè) 22 本課題采用了第一種方案，在器件選擇方面，目前市場(chǎng)上可選用的通訊模塊種類(lèi)繁多，主要有 SIEMENS 的 TC 系列、 MC 系列、 SIMCOM 公司的 SIM 系列， 以及 WAVECOM 公司的 Q 系列等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所采用的通訊模塊是 SIEMENS 公司生產(chǎn)的 MC35i。 MC35i集成了完整的射頻電路和 GPRS 的基帶處理器，可直接作為終端產(chǎn)品 進(jìn)行語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的傳輸。用途非常廣泛。同時(shí)它還提供了完整的 GSM 和 GPRS 的無(wú)線接口。用戶可通過(guò) RS232 串口與自己的無(wú)線應(yīng)用系統(tǒng)相連。并使用標(biāo)準(zhǔn)的 AT 指令 對(duì)它進(jìn)行控制，同時(shí)把它采集到的信息由 GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。其主要的組成部分有：GSM 基帶處理器 (包括模擬基帶和數(shù)字基帶 )、 GSM 射頻電路、存儲(chǔ)器、電源和功率控制電路、系統(tǒng)鏈接器。 MC35I 模塊可實(shí)現(xiàn) GSM 的所有功能，其中包括 GSM 規(guī)范所要求的語(yǔ)言編解碼、信道編解碼、加密與解密、均衡等。它還實(shí)現(xiàn)了對(duì) 3V SIM 卡的接口、對(duì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。此外 MC35i 主板還有另外兩個(gè)外部接口： 40 引腳的系統(tǒng)鏈接器和SMB 插座?，F(xiàn)將各部分功能簡(jiǎn)單介紹如下 [9]。 GSM 基帶處理器包括兩個(gè)芯片：數(shù)字基帶芯片和模擬基帶芯片。 它們共同完成 GSM基帶信號(hào)處理功能。數(shù)字基帶芯片處理器核及相關(guān)接口對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和管理。GSM 基帶處理器上運(yùn)行 GSM 的應(yīng)用軟件和協(xié)議，并提供一個(gè) UART 口與用戶應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行通訊。 射頻電路和 SMB 插座：射頻電路提供 GSM900/1800MHz 雙頻段的收發(fā)通道，包括接收電路、發(fā)射電路、頻率合成電路以及相應(yīng)的控制電路。射頻信號(hào)通過(guò) SMB 插座與外接天線相連。 電源和功率控制電路：模擬基帶芯片內(nèi)部包括多組低壓差輸出 (LDO)電壓調(diào)整模塊，為數(shù)字基帶芯片及其他外部設(shè)備提供電源。 功率控制電路主要用于控制射頻電路的 發(fā)射功率。 系統(tǒng)鏈接器：系統(tǒng) 鏈接器是 MC35i與應(yīng)用系統(tǒng)的鏈接接口，主要提供外部電源、RS232 串口、外接 SIM 卡和音頻接口?？蛇x用配件數(shù)據(jù)電纜與 PC 機(jī)相連。表 給出了 MC35i的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 23 頁(yè) 23 表 MC35i 相關(guān)技術(shù)參數(shù) 雙頻波段： EGSM900MHZ 和 DSC1800MHZ 傳真：自動(dòng)傳真 group3（ class1amp。2） 輸輸出頻率： Class4(2w)GSMMHZ Class l(l w)GSM1800MHZ 數(shù)據(jù)傳輸： GPRS Class B() 譯碼方式 ： CS1， 2， 3， 4 模塊支持 AT 命令集 CSD 最大達(dá)到 通訊接口： RS232(數(shù)據(jù)和指令雙向傳輸 ) 不透明模式 電源范圍： ~ 空閑模式： 25mA 工作電流模式：通話模式： 300m 省電模式： 100mA 休眠模式： SMS：點(diǎn)對(duì)點(diǎn) Mo to MT 短消息區(qū)域廣播 數(shù)據(jù)傳輸方式：文本和 PDU 格式 尺寸： *36mm* 語(yǔ)音：最高速率 升級(jí)速率 半速率 重量： 9g 溫度系數(shù)：工作溫度： 20~+55 存儲(chǔ)溫度： 400 C~+850 C 接口： 40pin ZIF 鏈接器 SIM 3V 自動(dòng)波特率 GSC 制式匹配阻抗 50 歐姆 (GSC 50HM) 附加服務(wù)：電話簿管理功能 報(bào)警服務(wù) 響鈴服務(wù) 雙頻音頻功能呼叫轉(zhuǎn)移 固定號(hào)碼呼叫 OV511 攝像頭 本課題采用的是網(wǎng)眼 V20xx 攝像頭，它采用 USB 接口，不需要視頻卡，可即插即用，使用方便。具有快速成像、圖像質(zhì)量高、成本低和通用性好的優(yōu)點(diǎn)。其圖像傳感器和主控芯片為 Omni vision 公司的 OV7620 和 OV511。 OV7620 是美國(guó) Omni vision 公司生產(chǎn)的一款高集成度高分辨率圖像傳感器，它將所有攝像功能和矩陣處理功能都集成在片上。 OV7620 是完全可編程的數(shù)字單片攝像器件，其像矩陣為 640 480 象素 (30 萬(wàn)像素 )，也可按 320 240 象素輸出 GIF 圖像格式 (8 萬(wàn)像素 )。片上 A/D 轉(zhuǎn)換器可提供 8 位或 16 位并行數(shù)字輸出，并 100%符合 CCIR601/656 規(guī) 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 24 頁(yè) 24 范。可以利用 OV7620 的 SCCB(Serial Camera Control Bus)接口來(lái)對(duì) OV7620 完 成進(jìn)行有關(guān)設(shè)置和讀取圖像數(shù)據(jù)。 OV511 是 Omni Vision 公司生產(chǎn)高性能攝像機(jī)到 US 接口單片控制芯片，它極大地簡(jiǎn)化了單片 CMOS 圖像傳感器和 USB 的接口，其片上增加 256kDRAM 和一個(gè) USB 收發(fā)器，可以很容易地構(gòu)成基于 USB 的視頻子系統(tǒng)。 OV511 最大視頻傳輸速度的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)能夠以更加實(shí)時(shí)的方式獲取大量的視頻信息。片內(nèi)高性能專(zhuān)用壓縮引擎可以達(dá)到 7:1 的壓縮比，保證了從圖像傳感器到主控制器的快速圖像傳輸，從而減少了低帶寬應(yīng)用中通常會(huì)出現(xiàn)的圖像跳動(dòng)現(xiàn)象?？焖俚臏?zhǔn)同步 FIFO 保證了壓縮后視頻圖像從壓 縮引擎到 USB 的高速傳輸。 基于 JPEG 庫(kù)的圖像壓縮 數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量非常龐大，如一幀分辨率為 640 480 的圖像， Y:U:V 為 4:2:2，若以 8 比特表示 Y 信號(hào)，則每像素占 16Bit。不加壓縮，一幅圖像的數(shù)據(jù)是 614400Byte，那么對(duì)于一個(gè)中等容量的電子硬盤(pán)， 128M 的空間只能存放 208 張圖片。因而，如果圖像不經(jīng)過(guò)壓縮而直接存儲(chǔ)和傳輸，將帶來(lái)嚴(yán)重的空間消耗和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。圖像壓縮的目的就是在保證一定的圖像質(zhì)量和滿足一定要求的前提下，減少圖像數(shù)據(jù)量，達(dá)到通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊蟆? 圖像數(shù)據(jù)可以進(jìn)行壓 縮有以下幾方面原因：首先，原始圖像數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的，存在很大的冗余度。數(shù)據(jù)冗余造成比特的浪費(fèi)，消除這些冗余可以節(jié)約碼字，也就是達(dá)到了數(shù)據(jù)壓縮的目的。大多數(shù)圖像內(nèi)相鄰像素之間有較大的相關(guān)性，這稱(chēng)為空間冗余度。序列圖像前后幀之間有較大的相關(guān)性，這稱(chēng)為時(shí)間冗余度。數(shù)據(jù)冗余造成比特?cái)?shù)浪費(fèi)，消除這些冗余就可以節(jié)約碼字，也就達(dá)到了數(shù)據(jù)壓縮的目的。其次，若用相同碼長(zhǎng)表示不同出現(xiàn)概率的符號(hào)也會(huì)造成符號(hào)冗余度。如果采用可變長(zhǎng)編碼技術(shù)，對(duì)出現(xiàn)概率高的符號(hào)用短碼字、對(duì)出現(xiàn)概率低的符號(hào)用長(zhǎng)碼字表示，就可消除符號(hào)冗余度，從而節(jié)約碼字 。另外，允許圖像編碼有一定的失真也是圖像可以壓縮的一個(gè)重要原因。在許多應(yīng)用場(chǎng)合，并不要求經(jīng)壓縮及復(fù)原以后的圖像和原圖完全相同，可以允許有少量失真。只要這些失真并不被人眼所察覺(jué)，這就給壓縮比的提高提供了十分有利的條件。圖像質(zhì)量允許的損失愈多，可以實(shí)現(xiàn)的壓縮比就愈大。這種有失真的編碼稱(chēng)為限失真編碼，在多數(shù)應(yīng)用中，人眼往往是圖像信息的最終接收者 (信宿 )。如果能充分利用人眼的視覺(jué)特性， 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 25 頁(yè) 25 就可以在保證所要求的圖像主觀質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)較高的壓縮比，這就是利用了視覺(jué)冗余度 [10]。 目前常用的壓縮標(biāo)準(zhǔn)有靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) (JPEG/JPEG20xx)，動(dòng)態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)()，動(dòng)態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) (MPEG1)， MPEG2/， MPEG4/ 多媒體內(nèi)容描述接口 (MPEG7)等，本系統(tǒng)中僅需傳輸靜止圖片即可，因而采用 JPEG 壓縮標(biāo)準(zhǔn) 。 JPEG 是由 Joint Photographic Experts Group(聯(lián)合圖片專(zhuān)家組 )專(zhuān)門(mén)為圖片開(kāi)發(fā)的一種 GIF 的替代格式。于 1990 年提出， 1993 年成為 ISO/ITU 正式標(biāo)準(zhǔn)。 JPEG 支持百萬(wàn)以上的顏色 (24bit)。 JPEG 標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)適用于連續(xù)色調(diào)圖像的壓 縮方法。它采用混合編碼方法，可以支持很高的圖像分辨率和量化精度，滿足以下特性： ，能夠覆蓋一個(gè)較寬的圖像質(zhì)量范圍；能夠達(dá)到“很好”到“極好”的評(píng)估，與原始圖像比，人的視覺(jué)難以區(qū)分。 ，且長(zhǎng)寬比都不受限制，同時(shí)也不受限于景物內(nèi)容、圖像復(fù)雜度和統(tǒng)計(jì)特性等。 ，其軟件可以在各種 CPU 上完成，也可以使用硬件實(shí)現(xiàn)。 JPEG 標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，既可用于灰度圖像又可用于彩色圖像。 JPEG 編碼處理有四種模式：基于 DCT 的順序模式，基于 DCT 的累進(jìn)模式，無(wú)失真模式和層次模式。 JPEG 壓縮算法主要步驟 如下： 1．色彩空間轉(zhuǎn)換 。 2． FDCT 變換。 3．用量化表進(jìn)行量化 。 4．?dāng)?shù)據(jù)排列 。 5．直流系數(shù) DC 編碼。 6．交流系數(shù) AC 編碼。 7． Huffman 編碼 。 8．幀封裝 。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 26 頁(yè) 26 結(jié)論 本文從當(dāng)今車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的的特點(diǎn)和需求出發(fā)，設(shè)計(jì)了基于 GPS/GPRS 的車(chē)載監(jiān)控和圖像傳輸系統(tǒng)，主要完成以下幾項(xiàng)工作： 1．根據(jù)現(xiàn)在市場(chǎng)上主流的方案，選擇合適的解決方案、完成了總體設(shè)計(jì)方案。 2．采用 S3C2410X 作為系統(tǒng)微處理器，選擇了合適的 GPS 模塊和 GPRS 模塊，搭建了車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。 GPRS 和 GPS 技術(shù)的應(yīng)用，延伸了車(chē)輛監(jiān)控的距離，只要車(chē)輛在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)內(nèi)，系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的各種監(jiān)控，本系統(tǒng)利用移動(dòng)公司的 GPRS 服務(wù)業(yè)務(wù)，通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳送定位信息和車(chē)內(nèi)部圖像信息，進(jìn)一步提高了車(chē)輛的安全性，同時(shí)也一定程度上為車(chē)輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了可能性。 但本論文主要內(nèi)容在硬件方面，軟件、程序方面還有待提高。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 27 頁(yè) 27 致謝 時(shí)光如逝，轉(zhuǎn)眼間 四年的大學(xué) 生活就要結(jié)束了?；厥走^(guò)去 的 四 年，我在學(xué)習(xí)和生活的諸多方面得到了很多老師和同學(xué)的熱情幫助，在此，我表示真誠(chéng)的感謝。 首先衷心地感謝我的 指導(dǎo)老 師 ***老師。在整個(gè)畢業(yè) 論文設(shè)計(jì) 階段， 她 一直在各方面給予我關(guān)心與指導(dǎo)，使我能夠順利地完成學(xué)術(shù)論文及畢業(yè)論文。 她 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、