【導讀】無線通信技術的嵌入式GPS車載監(jiān)控系統(tǒng)應運而生。論文將USB視頻采集技術引入到。車載終端監(jiān)控系統(tǒng)中，提出了一種車載監(jiān)控和圖像傳輸系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案。為減少GPRS網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，在圖像采集模塊中采用了JPEG軟件。論文的最后總結了所完成的工作，給出了設計的不足之處和有待完善的地方。利用這些信息，監(jiān)控中心可實時跟蹤車輛并及時獲取車內(nèi)信息，該方案。充分利用了S3C2410X處理器資源，方便且實用地實現(xiàn)了低成本的車輛監(jiān)控功能。

　　

【正文】 米 /秒 ● 動態(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 ● 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 ● 儲存溫度： 40 C0 ～ 80 C0 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 21 頁 21 表 GPS15L 接口說明 管腳 名稱 描述 1 備用電源 為內(nèi)部的靜態(tài)存儲器和時鐘供電。 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 電源地和信號地 3 電源 電壓 ~；電流峰值 100mA，標稱值 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)。該口也可以設置為輸出相位數(shù)據(jù)。波特率從 300~38400 可選，默認值為 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 極性的標準的3 到 5V 的 CMOS 邏輯電平連接，要求低電壓小于 ，高電壓大于 。最小負載阻抗是 500Ω。該口主要用于接收對 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。（目前沒有開啟） 7 秒脈沖 上升沿與 GPS 秒同步，電壓升降時間 100ns，阻抗 250Ω。開路輸出電壓為，低電壓 0V，高電壓 Vin。高電平持續(xù)時間從 20ms~980ms 可調。接 50Ω負載后輸出 450mVpp 信號。對于在 50%電壓點測得的秒脈沖時間，接 50Ω負載后將比空載提前 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)絡進行通訊，必須選擇適當?shù)囊苿咏K端 (即 MT， Mobile Terminal)來接入 GPRS 網(wǎng)絡。目前常用的移動終端有兩種形式：一種是完全做好的 GPRS Module 成品，提供了串行接口，用戶不必關心硬件實現(xiàn)，只需通過串口向模塊發(fā)送指令就可以完成所有功能；另一種是提供手機芯片，用戶自行購 買外圍器件并自己設計電路。 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 22 頁 22 本課題采用了第一種方案，在器件選擇方面，目前市場上可選用的通訊模塊種類繁多，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)設計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 進行語音和數(shù)據(jù)的傳輸。用途非常廣泛。同時它還提供了完整的 GSM 和 GPRS 的無線接口。用戶可通過 RS232 串口與自己的無線應用系統(tǒng)相連。并使用標準的 AT 指令 對它進行控制，同時把它采集到的信息由 GPRS 網(wǎng)絡傳輸?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、存儲器、電源和功率控制電路、系統(tǒng)鏈接器。 MC35I 模塊可實現(xiàn) GSM 的所有功能，其中包括 GSM 規(guī)范所要求的語言編解碼、信道編解碼、加密與解密、均衡等。它還實現(xiàn)了對 3V SIM 卡的接口、對校準數(shù)據(jù)的存儲。此外 MC35i 主板還有另外兩個外部接口： 40 引腳的系統(tǒng)鏈接器和SMB 插座?，F(xiàn)將各部分功能簡單介紹如下 [9]。 GSM 基帶處理器包括兩個芯片：數(shù)字基帶芯片和模擬基帶芯片。 它們共同完成 GSM基帶信號處理功能。數(shù)字基帶芯片處理器核及相關接口對外部設備進行驅動和管理。GSM 基帶處理器上運行 GSM 的應用軟件和協(xié)議，并提供一個 UART 口與用戶應用系統(tǒng)進行通訊。 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的控制電路。射頻信號通過 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)電壓調整模塊，為數(shù)字基帶芯片及其他外部設備提供電源。 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。可選用配件數(shù)據(jù)電纜與 PC 機相連。表 給出了 MC35i的相關技術參數(shù)。 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 23 頁 23 表 MC35i 相關技術參數(shù) 雙頻波段： EGSM900MHZ 和 DSC1800MHZ 傳真：自動傳真 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：點對點 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* 語音：最高速率 升級速率 半速率 重量： 9g 溫度系數(shù)：工作溫度： 20~+55 存儲溫度： 400 C~+850 C 接口： 40pin ZIF 鏈接器 SIM 3V 自動波特率 GSC 制式匹配阻抗 50 歐姆 (GSC 50HM) 附加服務：電話簿管理功能 報警服務 響鈴服務 雙頻音頻功能呼叫轉移 固定號碼呼叫 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、圖像質量高、成本低和通用性好的優(yōu)點。其圖像傳感器和主控芯片為 Omni vision 公司的 OV7620 和 OV511。 OV7620 是美國 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 萬像素 )，也可按 320 240 象素輸出 GIF 圖像格式 (8 萬像素 )。片上 A/D 轉換器可提供 8 位或 16 位并行數(shù)字輸出，并 100%符合 CCIR601/656 規(guī) 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 24 頁 24 范。可以利用 OV7620 的 SCCB(Serial Camera Control Bus)接口來對 OV7620 完 成進行有關設置和讀取圖像數(shù)據(jù)。 OV511 是 Omni Vision 公司生產(chǎn)高性能攝像機到 US 接口單片控制芯片，它極大地簡化了單片 CMOS 圖像傳感器和 USB 的接口，其片上增加 256kDRAM 和一個 USB 收發(fā)器，可以很容易地構成基于 USB 的視頻子系統(tǒng)。 OV511 最大視頻傳輸速度的設計，使得系統(tǒng)能夠以更加實時的方式獲取大量的視頻信息。片內(nèi)高性能專用壓縮引擎可以達到 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用中通常會出現(xiàn)的圖像跳動現(xiàn)象。快速的準同步 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，則每像素占 16Bit。不加壓縮，一幅圖像的數(shù)據(jù)是 614400Byte，那么對于一個中等容量的電子硬盤， 128M 的空間只能存放 208 張圖片。因而，如果圖像不經(jīng)過壓縮而直接存儲和傳輸，將帶來嚴重的空間消耗和網(wǎng)絡負載。圖像壓縮的目的就是在保證一定的圖像質量和滿足一定要求的前提下，減少圖像數(shù)據(jù)量，達到通過網(wǎng)絡進行實時傳輸?shù)囊蟆? 圖像數(shù)據(jù)可以進行壓 縮有以下幾方面原因：首先，原始圖像數(shù)據(jù)是高度相關的，存在很大的冗余度。數(shù)據(jù)冗余造成比特的浪費，消除這些冗余可以節(jié)約碼字，也就是達到了數(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性，這稱為空間冗余度。序列圖像前后幀之間有較大的相關性，這稱為時間冗余度。數(shù)據(jù)冗余造成比特數(shù)浪費，消除這些冗余就可以節(jié)約碼字，也就達到了數(shù)據(jù)壓縮的目的。其次，若用相同碼長表示不同出現(xiàn)概率的符號也會造成符號冗余度。如果采用可變長編碼技術，對出現(xiàn)概率高的符號用短碼字、對出現(xiàn)概率低的符號用長碼字表示，就可消除符號冗余度，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重要原因。在許多應用場合，并不要求經(jīng)壓縮及復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，這就給壓縮比的提高提供了十分有利的條件。圖像質量允許的損失愈多，可以實現(xiàn)的壓縮比就愈大。這種有失真的編碼稱為限失真編碼，在多數(shù)應用中，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特性， 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 25 頁 25 就可以在保證所要求的圖像主觀質量的前提下實現(xiàn)較高的壓縮比，這就是利用了視覺冗余度 [10]。 目前常用的壓縮標準有靜止圖像壓縮標準 (JPEG/JPEG20xx)，動態(tài)圖像壓縮標準()，動態(tài)圖像壓縮標準 (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 壓縮標準 。 JPEG 是由 Joint Photographic Experts Group(聯(lián)合圖片專家組 )專門為圖片開發(fā)的一種 GIF 的替代格式。于 1990 年提出， 1993 年成為 ISO/ITU 正式標準。 JPEG 支持百萬以上的顏色 (24bit)。 JPEG 標準是一個適用于連續(xù)色調圖像的壓 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： ，能夠覆蓋一個較寬的圖像質量范圍；能夠達到“很好”到“極好”的評估，與原始圖像比，人的視覺難以區(qū)分。 ，且長寬比都不受限制，同時也不受限于景物內(nèi)容、圖像復雜度和統(tǒng)計特性等。 ，其軟件可以在各種 CPU 上完成，也可以使用硬件實現(xiàn)。 JPEG 標準是一個適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標準，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 的累進模式，無失真模式和層次模式。 JPEG 壓縮算法主要步驟 如下： 1．色彩空間轉換 。 2． FDCT 變換。 3．用量化表進行量化 。 4．數(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)蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 26 頁 26 結論 本文從當今車載監(jiān)控系統(tǒng)的的特點和需求出發(fā)，設計了基于 GPS/GPRS 的車載監(jiān)控和圖像傳輸系統(tǒng)，主要完成以下幾項工作： 1．根據(jù)現(xiàn)在市場上主流的方案，選擇合適的解決方案、完成了總體設計方案。 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，搭建了車載監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺。 GPRS 和 GPS 技術的應用，延伸了車輛監(jiān)控的距離，只要車輛在 GPRS 網(wǎng)絡覆蓋區(qū)內(nèi)，系統(tǒng)就能實現(xiàn)對車輛的各種監(jiān)控，本系統(tǒng)利用移動公司的 GPRS 服務業(yè)務，通過GPRS 網(wǎng)絡來傳送定位信息和車內(nèi)部圖像信息，進一步提高了車輛的安全性，同時也一定程度上為車輛的實時監(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)蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 27 頁 27 致謝 時光如逝，轉眼間 四年的大學 生活就要結束了?；厥走^去 的 四 年，我在學習和生活的諸多方面得到了很多老師和同學的熱情幫助，在此，我表示真誠的感謝。 首先衷心地感謝我的 指導老 師 ***老師。在整個畢業(yè) 論文設計 階段， 她 一直在各方面給予我關心與指導，使我能夠順利地完成學術論文及畢業(yè)論文。 她 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的學識、