【正文】 請(qǐng)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(gòu)成，具體硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示。在人機(jī)交互方面，利用處理器的兩個(gè) GPIO 引腳，外接按鍵。在 USB HOST 端口上外接一個(gè) 30 萬像素的 USB 攝像頭。選用兩片 SDRAM芯片 K4S561632C 構(gòu)成 64M 的內(nèi)部存儲(chǔ)空間。并且當(dāng)前市場(chǎng)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(zhì)量的要求，所以經(jīng)過充分的調(diào)研最后決定采用 USB 攝像頭。在第四章將對(duì)該處理器的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)做詳細(xì)的介紹。 表 常見嵌入式處理器比較 處理器類型 處理器價(jià)格 主要性能及應(yīng)用 ARM 低 低 功耗，適合于個(gè)人便攜式設(shè)備 MIPS 高 用于交換機(jī)、路由器， plays station等高端嵌入式設(shè)備 Power PC 高 通信主網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備；單位附加值高，市場(chǎng)小，特別是對(duì)性能有較高要求時(shí)，應(yīng)用于高端嵌入式中 由于設(shè)計(jì)的是終端產(chǎn)品，所以性價(jià)比是必須重點(diǎn)考慮的，結(jié)合系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，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(tǒng)具有的上述優(yōu)點(diǎn)，主控制器選用了嵌入式處理器。將嵌入式系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法引入車載監(jiān)控終端設(shè)計(jì)之 中，不僅可以大大提高車載監(jiān)控終端的實(shí)時(shí)性和可靠性，節(jié)約成本，而且由于軟 件的可移植性強(qiáng)，可以在不改變系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，方便車載監(jiān)控終端地升級(jí)換 代。 3．支持遠(yuǎn)程查詢功能 監(jiān)控中心可隨時(shí)向車載監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送命令，獲取車輛坐標(biāo)信息和車內(nèi)圖像信 息，可監(jiān)督司乘人員的工作態(tài)度和服務(wù)質(zhì)量，即時(shí)了解各線路的上座率情況，同 時(shí)對(duì)司乘人員起到有效的監(jiān)督制約作用。 當(dāng)客車內(nèi)出現(xiàn)盜搶或者乘客需要醫(yī)療救治等緊急情況時(shí)，工作人員可啟動(dòng)車載監(jiān)控終端手動(dòng)拍照并給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。車門關(guān)閉時(shí)，圖像采集停止。由于有客運(yùn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)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(diào) 度管理提供可視化依據(jù)，提高車輛的運(yùn)營(yíng)效率，并確保車輛 的安全。監(jiān)控中心也可主動(dòng)查詢監(jiān)控車輛的準(zhǔn)確位置和車輛狀態(tài)等。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 12 頁 12 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)工作原理及需求 目前，基于 GPS 的車載監(jiān)控系統(tǒng)主要由車載監(jiān)控終端、無線通信鏈路和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)三部分 組成 [5]。并且支持設(shè)備的掛起和喚醒。 5．供電方式靈活。 3．自動(dòng)檢測(cè)和配置外圍設(shè)備。通常用這種方式每個(gè) PC 的 USB 端口最多可以擴(kuò)展 127 個(gè)外設(shè)。在 USB 設(shè)備上通常應(yīng)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(dá)到 480Mbps。 表 USB 系統(tǒng)基本構(gòu)成 基本硬件 基本 軟件 USB 主控制器 /根集線器 USB 集線器 USB 設(shè)備 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 USB 驅(qū)動(dòng)程序 USB 控制器驅(qū)動(dòng)程序 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 11 頁 11 USB 的基本特點(diǎn) 1．速度快。 USB 簡(jiǎn)介 USB 是為了解決日益增加的 PC 外設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在臺(tái)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(tǒng)都支持 USB 功能。 USB 接口技術(shù) USB 是由 Intel， Compaq， Digital， IBM， Microsoft， NEC， Northern Tele等七家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的新一代接口標(biāo)準(zhǔn)。而且 GPRS 技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的成功應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理和靈活部署提供了更好的方案 。 GPRS 技術(shù)以它實(shí)時(shí)在線、覆蓋范圍廣、建設(shè)周期短和高數(shù)據(jù)傳輸速率等優(yōu)點(diǎn)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中 得到了廣泛的應(yīng)用，主要完成被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸。橫向應(yīng)用主要是面向消費(fèi)者的電子郵件， web 瀏覽等 。 圖 GPRS 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 10 頁 10 GPRS 技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 在 GSM 規(guī)范中， GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通常分為兩大類，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)和點(diǎn)對(duì)多 點(diǎn)業(yè)務(wù)。其他一些輔助單元雖然在 GPRS 系統(tǒng)中未給出定義，但在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中必不可少，如域名解析服務(wù)器 DNS，動(dòng)態(tài)地址 分配服務(wù)器 DHCP，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議服務(wù)器 NTP 等等。 SGSN 的主要作用是記錄移動(dòng)終端的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)終端和 GGSN 之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 GGSN 主要是起網(wǎng)關(guān)作用，提供 GPRS 與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的傳輸通路，進(jìn)行移動(dòng)用戶與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳送。 GSN 可以是一種類似于路由器的獨(dú)立設(shè)備，也可以與 GSM 中的 MSC 集成在一起。GSN 具有移動(dòng)路由管理功能，它可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到 GPRS 寄存器。 5．其它設(shè)備：本地位置寄存器 HLR、訪問位置寄存器 VLR、移動(dòng)交換中心 MSC，SMSGMSC 和 SMSIWMSC 等 GSM 系統(tǒng)原有無線管理設(shè)備被升級(jí)以支持相應(yīng)的與GPRS 有關(guān)的功能。 2．點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)服務(wù)中心 (PointToMultipoint Service Center， PTMSC)?，F(xiàn)在， GPRS 大量應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)訪問、多媒體短信、視頻業(yè)務(wù)、 Email業(yè)務(wù)及無線遠(yuǎn)端遙控。 7．應(yīng)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(wù)變得簡(jiǎn)單、快速。可充分利用現(xiàn)有的、覆蓋全國(guó)范圍的 GSM 網(wǎng)絡(luò)，方便、快速地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署。 3．接入時(shí)間短：分組交換接入時(shí)間縮短為少于 1 秒，能提供快速即時(shí)的連接 可大幅度提高事務(wù)效率，可使 Inter 應(yīng)用操作更加便捷流暢。 GPRS用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)， GPRS 用戶的連接時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，卻只需支付相對(duì)低廉的連接費(fèi)用。電路交換模式中，用戶無論是否傳送數(shù)據(jù)在整個(gè)連接期都獨(dú)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(shù)據(jù)傳輸方式， GPRS 是區(qū)別于原有 GSM 電路交換方式的另一種數(shù)據(jù)傳輸方式，它利用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理，把不同終端的數(shù)據(jù)分割成等長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，通過非專用的邏輯子信道進(jìn)行數(shù)據(jù)快速交換，即將 信息分成數(shù)據(jù)分組或信息包，再加上目的地址、分組編號(hào)、控制比特等的分組頭，沿不同路由進(jìn)行傳送，接收端按照分組編號(hào)重新組裝成原始信息。因?yàn)?GPS 接收機(jī)本身只是被動(dòng)地 接收 GPS 衛(wèi)星輸出的信號(hào)，所以要想真正完成車載 GPS 定位的功能，車載 GPS 系統(tǒng)中還必須包括有通訊網(wǎng)絡(luò)，通過通訊網(wǎng)絡(luò)把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到指定 計(jì)算機(jī)設(shè)備，再由計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)了車載 GPS的定位監(jiān)控功能。 人們通常把利用 GPS 技術(shù)，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(jī)可通過接收觀測(cè)范圍內(nèi)的幾個(gè)衛(wèi)星，可以得到幾個(gè)關(guān)于偽距的方程 （公式 21） 。 衛(wèi)星載波信號(hào)以兩個(gè) L 波段頻率 ( 和)發(fā)射，以便可以修正信號(hào)的時(shí)延，信號(hào)分別用 P 碼和 C/A 碼調(diào)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(nèi)見到至少 4 顆衛(wèi)星。 圖 GPS 系統(tǒng)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(biāo)的位置坐標(biāo) (X， Y， Z)用已確定的相距距離的已知參考點(diǎn)所發(fā)出的極其精確的無線電脈沖時(shí)鐘源來測(cè)定，然后利用地面接收器中己存入的由高等解析幾何所構(gòu)成的模型，建立三維位置量和一個(gè)時(shí)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(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精加工，從而獲得精密定位結(jié)果。用戶設(shè)備主要由GPS 接收機(jī)硬件和數(shù)據(jù)處理軟件，以及微處理機(jī)及其系統(tǒng)設(shè)備組成。根據(jù) GPS 用戶的不同要求，所需的接收設(shè)備各異。其主要任務(wù)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(dǎo)航電文和其他控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)，并檢測(cè)注入信息的準(zhǔn)確性。 注入站現(xiàn)有三個(gè)，分別設(shè)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(cè)站和 GPS 衛(wèi)星的原子鐘，均應(yīng)與主控站的原子鐘同步，或測(cè)出其間的鐘差，并把這些鐘差信息編入導(dǎo)航電文，送到注入站。斯平士的聯(lián)合空間執(zhí)行中心 [2]。所有觀測(cè)資料由計(jì)算機(jī)進(jìn)行初步處理，并儲(chǔ)存和傳送到主控站，用以確定衛(wèi)星的軌道。接收機(jī)對(duì) GPS 衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，以采集數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀態(tài)。監(jiān)測(cè)站是在主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心。 2． GPS 地面監(jiān)控系統(tǒng) GPS 的地面監(jiān)控部分由分布在全球的 5 個(gè)地面站組成，其中包括衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站，主控站和信息注入站。 GPS衛(wèi)星主要用于接收和存儲(chǔ)由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)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(tái)精度原子鐘， 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 5 頁 5 這是衛(wèi)星的核心設(shè)備?？臻g部分的 3 顆備用衛(wèi)星，可在必要時(shí)根據(jù)指令代替發(fā)生故障的衛(wèi)星，這對(duì)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(cè)站上，每天出現(xiàn)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(gè)軌道面內(nèi)，每個(gè)軌道上分布有 4 顆衛(wèi)星。 全球定位系統(tǒng)的建成，從根本上解決了人類在地球及其周圍空間的導(dǎo)航定位問題，從軍用到民用， 對(duì)人類的活動(dòng)產(chǎn)生了巨大的影響。該系統(tǒng)是繼“阿波羅”號(hào)登月飛船和航天飛機(jī)之后的第三大航天工程。第二階段為系統(tǒng)的研制與試驗(yàn)階段，從 1979 年到 1984 年，陸續(xù)發(fā)射了 7 顆試驗(yàn)衛(wèi)星，與此同時(shí)，研制了各種導(dǎo)航接收機(jī)。整個(gè)計(jì)劃分為 3 個(gè)階 段實(shí)施。它的含義是利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。本監(jiān)控終端 系統(tǒng)能夠以低廉的價(jià)格達(dá)到應(yīng)用的需求。系統(tǒng)采用了集成度高、性能優(yōu)越的嵌入式處理器芯片 ， 系統(tǒng)在穩(wěn)定性和可靠性上有了保證，且設(shè)備配置少，人機(jī)交互界面簡(jiǎn)潔友好，操作簡(jiǎn)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(tǒng)一般采用先進(jìn)的 GPRS 模塊、新穎的圖像處理芯片、嵌入式網(wǎng)絡(luò)處理模塊等，能實(shí)現(xiàn) Inter 自動(dòng)接入，并采集視頻圖像，通過 JPEG 算法壓縮后利用 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)傳送至 Inter 網(wǎng)上 的主機(jī)，實(shí)現(xiàn) GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)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(tǒng)。但 GSM 網(wǎng)絡(luò)傳送時(shí)間不確定，不能全面及時(shí)地反映車載的實(shí)時(shí)信息。目前我國(guó) GSM 網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)覆蓋全國(guó)，各地短消息系統(tǒng)也互通，這從理論上提供了全國(guó)范圍的覆蓋。但此種監(jiān)控系統(tǒng)仍然是一種本地化的監(jiān)控系統(tǒng)，由于缺少聯(lián)網(wǎng)功能，汽車的狀態(tài)信息無法實(shí)時(shí)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(shù)的硬盤錄像方式。由于查詢?nèi)∽C十分繁瑣，系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)單、可靠性差，根本無法滿足車輛運(yùn)營(yíng)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(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 第 2 頁 2 汽車監(jiān)控的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 按照顯示終端離采集終端距離的遠(yuǎn)近，車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它可用于運(yùn)鈔車、運(yùn)油車和運(yùn)送其他貴重物品的貨運(yùn)車輛，起到防盜、防搶劫的作用；可用于公共汽車、長(zhǎng)途大巴等客運(yùn)車輛，監(jiān)控是否存在拉客，超員超載的現(xiàn)象，減少交通事故的發(fā)生；可用于公安、消防的車輛上，對(duì)辦案過程錄像，以便將來取證；在環(huán)境監(jiān)測(cè)車上，它可以記錄環(huán)境污染現(xiàn)場(chǎng)情況，同時(shí)將圖像資料實(shí)時(shí)傳輸給環(huán)境監(jiān)控中心，便 于事后追究相關(guān)污染部門責(zé)任等等。因?yàn)槿绻軌驅(qū)囕v內(nèi)部情況和車輛外部駕 駛的情況進(jìn)行拍照保存并通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)回傳監(jiān)控中心，就可以讓監(jiān)控中心準(zhǔn)確掌握車輛內(nèi)外部信息，也能夠在車輛出現(xiàn)事故時(shí)留下圖像資料，避免事后取證難而造成爭(zhēng)議。 GPS 車載監(jiān)控系統(tǒng)只能告知車輛的具體位置，卻無法“看到”汽車現(xiàn)場(chǎng)的情況。 當(dāng)前國(guó)內(nèi)使用的車載監(jiān)控系統(tǒng)大都結(jié)合了 GPS 定位技術(shù)和 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于為車主自主導(dǎo)航或者為車輛監(jiān)控中心提供坐標(biāo)信息。所以車載監(jiān)控系統(tǒng)的研究對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全有重要的現(xiàn)實(shí)意義。汽車上在帶給人們舒適、便利生活的同時(shí)，也帶來了許多新問題。利用這些信息，監(jiān)控中心可實(shí)時(shí)跟蹤車輛并及時(shí)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(shí)用地實(shí)現(xiàn)了低成本的車輛監(jiān)控功能。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。最后對(duì)系統(tǒng)中所用到的 主控制模塊 S3C2410X 處理器、 GPS 模塊及 GPRS 通訊模塊等作了詳細(xì)的介紹。 論文首先對(duì)車載監(jiān)控相關(guān)的 GPS 定位技術(shù)、 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)及 USB 接口技術(shù)做了詳細(xì)介紹。本科畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) ) 1 基于 GPS/GPRS 車載圖像監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)