【正文】 。整個車載監(jiān)控終端硬件平臺構成由圖 所示。 GPS 模塊和 GPRS 模塊通過串口與處理器相連， GPS 將接收到的定位數據通過串口傳送給處理器， GPRS 模塊用來發(fā)送數據到 GPRS 網絡上去。處理器負責指令的運行和響應其它硬件模塊請求。 歸納一下，嵌入式車載監(jiān)控終端主要由主控制器、車載定位模塊、車載無線通信模塊、圖像采集模塊、語音錄入模塊構成，具體硬件結構如圖 所示。在人機交互方面，利用處理器的兩個 GPIO 引腳，外接按鍵。在 USB HOST 端口上外接一個 30 萬像素的 USB 攝像頭。選用兩片 SDRAM芯片 K4S561632C 構成 64M 的內部存儲空間。并且當前市場上已有超過一百萬象素的攝像頭，足以滿足苛刻的監(jiān)控質量的要求，所以經過充分的調研最后決定采用 USB 攝像頭。在第四章將對該處理器的結構和功能特點做詳細的介紹。 表 常見嵌入式處理器比較 處理器類型 處理器價格 主要性能及應用 ARM 低 低 功耗，適合于個人便攜式設備 MIPS 高 用于交換機、路由器， plays station等高端嵌入式設備 Power PC 高 通信主網絡等設備；單位附加值高，市場小，特別是對性能有較高要求時，應用于高端嵌入式中 由于設計的是終端產品，所以性價比是必須重點考慮的，結合系統自身的特點，最終選用 Samsung 公司的處理器 S3C2410X 作為主控制器。 考慮嵌入式系統具有的上述優(yōu)點，主控制器選用了嵌入式處理器。將嵌入式系統及其設計方法引入車載監(jiān)控終端設計之 中，不僅可以大大提高車載監(jiān)控終端的實時性和可靠性，節(jié)約成本，而且由于軟 件的可移植性強，可以在不改變系統硬件的基礎上，方便車載監(jiān)控終端地升級換 代。 3．支持遠程查詢功能 監(jiān)控中心可隨時向車載監(jiān)控系統發(fā)送命令，獲取車輛坐標信息和車內圖像信 息，可監(jiān)督司乘人員的工作態(tài)度和服務質量，即時了解各線路的上座率情況，同 時對司乘人員起到有效的監(jiān)督制約作用。 當客車內出現盜搶或者乘客需要醫(yī)療救治等緊急情況時，工作人員可啟動車載監(jiān)控終端手動拍照并給遠程監(jiān)控中心。車門關閉時，圖像采集停止。由于有客運行 業(yè)的特殊性，車監(jiān)控終端需要具備以下功能。 圖 車輛監(jiān)控系統結構圖 本課題提出的車載監(jiān)控終端解決方案具備圖像捕獲功能，能為監(jiān)控中心的調 度管理提供可視化依據，提高車輛的運營效率，并確保車輛 的安全。監(jiān)控中心也可主動查詢監(jiān)控車輛的準確位置和車輛狀態(tài)等。 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 12 頁 12 第三章 系統總體設計方案 系統工作原理及需求 目前，基于 GPS 的車載監(jiān)控系統主要由車載監(jiān)控終端、無線通信鏈路和遠程監(jiān)控系統三部分 組成 [5]。并且支持設備的掛起和喚醒。 5．供電方式靈活。 3．自動檢測和配置外圍設備。通常用這種方式每個 PC 的 USB 端口最多可以擴展 127 個外設。在 USB 設備上通常應該有 USB 下行端口，也有專用的集線器。最新推出的 速度可以達到 480Mbps。 表 USB系統基本構成 基本硬件 基本 軟件 USB 主控制器 /根集線器 USB 集線器 USB 設備 USB 設備驅動程序 USB 驅動程序 USB 控制器驅動程序 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 11 頁 11 USB 的基本特點 1．速度快。 USB 簡介 USB 是為了解決日益增加的 PC 外設與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而 制定的一種串行通信標準，現在臺式 PC 和便攜式 PC 中幾乎都配備了 USB 接口，而且流行的操作系統都支持 USB 功能。 USB 接口技術 USB 是由 Intel， Compaq， Digital， IBM， Microsoft， NEC， Northern Tele 等七家世界著名的計算機和通信公司共同推出的新一代接口標準。而且 GPRS 技術在遠程監(jiān)控系統中的成功應用對系統的實時監(jiān)控管理和靈活部署提供了更好的方案 。 GPRS 技術以它實時在線、覆蓋范圍廣、建設周期短和高數據傳輸速率等優(yōu)點在遠程監(jiān)控系統中 得到了廣泛的應用，主要完成被監(jiān)測數據的遠程無線傳輸。橫向應用主要是面向消費者的電子郵件， web 瀏覽等 。 圖 GPRS 系統 結構圖 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 10 頁 10 GPRS 技術在遠程監(jiān)控系統中的應用 在 GSM 規(guī)范中， GPRS 數據業(yè)務通常分為兩大類，即點對點業(yè)務和點對多 點業(yè)務。其他一些輔助單元雖然在 GPRS 系統中未給出定義，但在數據網絡中必不可少，如域名解析服務器 DNS，動態(tài)地址 分配服務器 DHCP，網絡時間協議服務器 NTP 等等。 SGSN 的主要作用是記錄移動終端的當前位置信息，并且在移動終端和 GGSN 之間完成移動分組數據的發(fā)送和接收。 GGSN 主要是起網關作用，提供 GPRS 與外部數據網之間的傳輸通路，進行移動用戶與外部數據網之間的數據傳送。 GSN 可以是一種類似于路由器的獨立設備，也可以與 GSM 中的 MSC 集成在一起。GSN 具有移動路由管理功能，它可以連接各種類型的數據網絡，并可以連到 GPRS 寄存器。 5．其它設備：本地位置寄存器 HLR、訪問位置寄存器 VLR、移動交換中心 MSC，SMSGMSC 和 SMSIWMSC 等 GSM 系統原有無線管理設備被升級以支持相應的與GPRS 有關的功能。 2．點對多點服務中心 (PointToMultipoint Service Center， PTMSC)?，F在， GPRS 大量應用于互聯網訪問、多媒體短信、視頻業(yè)務、 Email 業(yè)務及無線遠端遙控。 7．應用開發(fā)方便，直接支持 TCP/IP。用戶可以始終處于在線狀態(tài)，使得訪問服務變得簡單、快速。可充分利用現有的、覆蓋全國范圍的 GSM 網絡，方便、快速地為用戶數據終端提供遠程接入網絡的部署。 3．接入時間短：分組交換接入時間縮短為少于 1 秒，能提供快速即時的連接 可大幅度提高事務效率，可使 Inter 應用操作更加便捷流暢。 GPRS用戶的計費以通信的數據量為主要依據， GPRS 用戶的連接時間可能長達數小時，卻只需支付相對低廉的連接費用。電路交換模式中，用戶無論是否傳送數據在整個連接期都獨自占有無線信道。 GPRS 是區(qū)別于原有 GSM 電路交換方式的另一種數據傳輸方式， GPRS 是區(qū)別于原有 GSM 電路交換方式的另一種數據傳輸方式，它利用存儲轉發(fā)原理，把不同終端的數據分割成等長標準數據格式，通過非專用的邏輯子信道進行數據快速交換，即將 信息分成數據分組或信息包，再加上目的地址、分組編號、控制比特等的分組頭，沿不同路由進行傳送，接收端按照分組編號重新組裝成原始信息。因為 GPS 接收機本身只是被動地 接收 GPS 衛(wèi)星輸出的信號，所以要想真正完成車載 GPS 定位的功能，車載 GPS 系統中還必須包括有通訊網絡，通過通訊網絡把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到指定 計算機設備，再由計算機解析收到的信息，最終在電子地圖上顯示車輛位置，這樣就實現了車載 GPS的定位監(jiān)控功能。 人們通常把利用 GPS 技術，用于車輛定位功能的硬件和軟件的融合體稱為 車載 GPS 定位終端。 由于衛(wèi)星的位置精確可知， GPS 接收機可通過接收觀測范圍內的幾個衛(wèi)星，可以得到幾個關于偽距的方程 （公式 21） 。 衛(wèi)星載波信號以兩個 L 波段頻率 ( 和)發(fā)射，以便可以修正信號的時延，信號分別用 P 碼和 C/A 碼調制。 因此，在地球上任何地方的用戶都可以在其地平線上方 5 度范圍內見到至少 4 顆衛(wèi)星。 圖 GPS 系統的組成 GPS 定位原理 GPS 定位的基本原理是：將物 體的瞬間立體目標的位置坐標 (X， Y， Z)用已確定的相距距離的已知參考點所發(fā)出的極其精確的無線電脈沖時鐘源來測定，然后利用地面接收器中己存入的由高等解析幾何所構成的模型，建立三維位置量和一個時間量的算法方程。 GPS 軟件部分是指各種后處理軟件包，用來對觀測數據進行精加工，從而獲得精密定位結果。用戶設備主要由GPS 接收機硬件和數據處理軟件，以及微處理機及其系統設備組成。根據 GPS 用戶的不同要求，所需的接收設備各異。其主要任務是在主控站的控制下將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導航電文和其他控制指令等，注入到相應衛(wèi)星的存儲系統，并檢測注入信息的準確性。 注入站現有三個，分別設在印度洋的迭戈加西亞，南大西洋的阿松森島和南太平洋的卡瓦加蘭 。各測站和 GPS 衛(wèi)星的原子鐘，均應與主控站的原子鐘同步，或測出其間的鐘差，并把這些鐘差信息編入導航電文，送到注入站。斯平士的聯合空間執(zhí)行中心 [2]。所有觀測資料由計算機進行初步處理，并儲存和傳送到主控站，用以確定衛(wèi)星的軌道。接收機對 GPS 衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，以采集數據和監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)。監(jiān)測站是在主控站直接控制下的數據自動采集中心。 2． GPS 地面監(jiān)控系統 GPS 的地面監(jiān)控部分由分布在全球的 5 個地面站組成，其中包括衛(wèi)星監(jiān)測站，主控站和信息注入站。 GPS衛(wèi)星主要用于接收和存儲由地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令，向用戶發(fā)送定位信 息。每顆衛(wèi)星裝有 4 臺精度原子鐘， 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 5 頁 5 這是衛(wèi)星的核心設備?？臻g部分的 3 顆備用衛(wèi)星，可在必要時根據指令代替發(fā)生故障的衛(wèi)星，這對于保障GPS 空間部分正常而高效的工作是極其重要的。因此，在同一觀測站上，每天出現的衛(wèi)星分布圖形相同，只是每天提前 4 分鐘。在相鄰軌道上，衛(wèi)星的升交距相差 30 度。衛(wèi)星軌道分布在 6個軌道面內，每個軌道上分布有 4 顆衛(wèi)星。 全球定位系統的建成，從根本上解決了人類在地球及其周圍空間的導航定位問題，從軍用到民用， 對人類的活動產生了巨大的影響。該系統是繼“阿波羅”號登月飛船和航天飛機之后的第三大航天工程。第二階段為系統的研制與試驗階段，從 1979 年到 1984 年，陸續(xù)發(fā)射了 7 顆試驗衛(wèi)星，與此同時，研制了各種導航接收機。整個計劃分為 3 個階 段實施。它的含義是利用導航衛(wèi)星進行測時和測距，以構成全球定位系統。本監(jiān)控終端 系統能夠以低廉的價格達到應用的需求。系統采用了集成度高、性能優(yōu)越的嵌入式處理器芯片 ， 系統在穩(wěn)定性和可靠性上有了保證，且設備配置少，人機交互界面簡潔友好，操作簡單。然而也帶來了許多的交通隱患，如超載超員，盜竊、搶劫等違法事件。此種系統一般采用先進的 GPRS 模塊、新穎的圖像處理芯片、嵌入式網絡處理模塊等，能實現 Inter 自動接入，并采集視頻圖像，通過 JPEG 算法壓縮后利用 GPRS 無線網絡傳送至 Inter 網上 的主機，實現 GPRS 無線網絡遠程圖像的傳輸。提供端到端的、廣域的無線 IP 連接。 最新的解決方案是基于 GPS+GPRS 的車載監(jiān)控系統。但 GSM 網絡傳送時間不確定，不能全面及時地反映車載的實時信息。目前我國 GSM 網絡己經覆蓋全國，各地短消息系統也互通，這從理論上提供了全國范圍的覆蓋。但此種監(jiān)控系統仍然是一種本地化的監(jiān)控系統，由于缺少聯網功能，汽車的狀態(tài)信息無法實時傳送給監(jiān)控中心。目前流行的解決方案是基于 MPEG2 和 MPEG4 技術的硬盤錄像方式。由于查詢取證十分繁瑣，系統的功能簡單、可靠性差，根本無法滿足車輛運營過程中的特殊要求 (顛簸、溫度、濕度等 )，因此該解決方案很快就淘汰了。 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 2 頁 2 汽車監(jiān)控的國內外現狀 按照顯示終端離采集終端距離的遠近，車載視頻監(jiān)控系統分為遠程視頻監(jiān)控系統和現場視頻監(jiān)控系統。它可用于運鈔車、運油車和運送其他貴重物品的貨運車輛，起到防盜、防搶劫的作用；可用于公共汽車、長途大巴等客運車輛，監(jiān)控是否存在拉客，超員超載的現象，減少交通事故的發(fā)生；可用于公安、消防的車輛上，對辦案過程錄像，以便將來取證；在環(huán)境監(jiān)測車上，它可以記錄環(huán)境污染現場情況，同時將圖像資料實時傳輸給環(huán)境監(jiān)控中心，便 于事后追究相關污染部門責任等等。因為如果能夠對車輛內部情況和車輛外部駕 駛的情況進行拍照保存并通過 GPRS網絡回傳監(jiān)控中心，就可以讓監(jiān)控中心準確掌握車輛內外部信息，也能夠在車輛出現事故時留下圖像資料，避免事后取證難而造成爭議。 GPS 車載監(jiān)控系統只能告知車輛的具體位置，卻無法“看到”汽車現場的情況。 當前國內使用的車載監(jiān)控系統大都結合了 GPS 定位技術和 GPRS 無線網絡技術，主要用于為車主自主導航或者為車輛監(jiān)控中心提供坐標信息。所以車載監(jiān)控系統的研究對我國的國民經濟建設和人民生命財產安全有重要的現實意義。汽車上在帶給人們舒適、便利生活的同時，也帶來了許多新問題。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信息， 該方案充分利用了 S3C2410X 處理器資源， 方便且實用地實現了低成本的車輛監(jiān)控功能。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。最后對系統中所用到的 主控制模塊 S3C2410X 處理器、 GPS 模塊及