摘 要： 基于嵌入式Web的電子交警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用數碼相機作為圖像拍攝主體，利用ARM S3C4510B微處理器，通過以太網進行圖像的遠程傳輸。
關鍵詞： 電子交警系統(tǒng) 嵌入式Web 數碼相機
近年來智能交通系統(tǒng)發(fā)展迅速，它力圖把先進的信息技術、通信技術、計算機技術、電子控制技術等高新技術有效地集成運用于整個交通運輸管理體系，在大范圍內建立起一種全方位的實時、準確、高效的交通運輸綜合管理系統(tǒng)。迄今為止，日本、美國、西歐、澳大利亞等國家和地區(qū)都建立了相應的機構從事相關的開發(fā)應用研究，并取得了一些成果。
闖紅燈是造成交通事故的主要原因之一。本電子交警系統(tǒng)的主要功能就是抓拍、處理機動車闖紅燈現(xiàn)象，這是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。目前，由于機動車闖紅燈的相關信息還沒有實時地接入網絡，違章車輛的受理、罰款、辦結等后期管理存在著很大的滯后性。因此，本系統(tǒng)采用了基于嵌入式Web的方案，保證了系統(tǒng)的實時性，高精度數碼相機的使用彌補了CCD攝像機清晰度不足的缺陷，取得了較好的應用效果。
1 設計方案
圖1為系統(tǒng)總體設計方案。
1.1 硬件部分
硬件部分的結構如圖2所示。
ARM(Advanced RISC Machines)是微處理器行業(yè)的世界知名企業(yè)，設計了大量高性能、低能耗、廉價的RISC處理器及相關軟件。從性價比、實用性等角度出發(fā)，本系統(tǒng)使用了Samsung公司基于ARM7內核的嵌入式" title="的嵌入式">的嵌入式處理器S3C4510B，外加存儲器芯片、主USB接口、以太網芯片、串并口等構建的開發(fā)板系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺。根據實際需要在接口邏輯電路中設置不同的參數，并設置恰當的基地址和中斷號，以免發(fā)生沖突。同時按照開發(fā)板的說明書對引腳進行分配。
1.2 嵌入式系統(tǒng)" title="嵌入式系統(tǒng)">嵌入式系統(tǒng)軟件結構
本系統(tǒng)采用μCLinux操作系統(tǒng)。
目前源碼公開的嵌入式操作系統(tǒng)有μC/OS和μCLinux，它們各有特點。μC/OS占用空間少，實時性能優(yōu)良。μCLinux雖然占用空間相對較大，實時性能一般，但是具有對多種文件系統(tǒng)的支持能力,內嵌了TCP/IP" title="TCP/IP">TCP/IP協(xié)議，可以借鑒Linux豐富的資源，適用于較復雜的系統(tǒng)。鑒于本系統(tǒng)需要面向以太網，且較為復雜，所以選用μCLinux作為操作系統(tǒng)。μCLinux是Linux的一個變種，主要區(qū)別在于兩者的內存管理機制和進程調度管理機制。同時為了適應嵌入式應用的需求，μCLinux采用了romfs文件系統(tǒng)，并簡化了Linux上的c語言庫glibc。
本系統(tǒng)的軟件設計包括μCLinux操作系統(tǒng)的平臺移植、嵌入式操作系統(tǒng)μCLinux的裁減、硬件驅動程序、應用程序、人機界面等。
(1)在ARM平臺上移植μCLinux，并在PC機上建立μCLinux的開發(fā)環(huán)境。ARM開發(fā)板用于運行操作系統(tǒng)和應用軟件，PC機則完成目標板所用到的操作系統(tǒng)的內核編譯及應用程序的開發(fā)和調試。兩者之間一般通過串口、并口或以太網接口建立連接關系。
(2)對系統(tǒng)內核進行裁減，在保證功能的前提下使其所占資源最少。
(3)硬件驅動程序包括USB驅動程序、USB控制器驅動程序、以太網控制器" title="以太網控制器">以太網控制器驅動程序等。
(4)應用程序主要負責將USB和串口上傳的數據傳輸到以太網。
(5)人機界面包括本地界面和遠程界面。遠程界面主要存放在嵌入式服務器中的動態(tài)網頁，用于管理和查詢。
2 系統(tǒng)的組成
本系統(tǒng)由前端車輛拍照控制子系統(tǒng)、信息傳輸" title="信息傳輸">信息傳輸子系統(tǒng)和信息查詢管理子系統(tǒng)組成。組成結構如圖3。
2.1 車輛拍照控制子系統(tǒng)
前端車輛拍照控制系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)、微電腦芯片地感線圈檢測裝置、高精度數碼相機、相關通信及傳輸附件組成。違章車輛闖紅燈的瞬間，微電腦芯片根據檢測地感線圈的信號變化，及時準確地發(fā)出車輛違章信號。前端嵌入式控制主機收到檢測信號后(闖紅燈、逆行等)，對數碼相機快門進行控制，并隨時判斷周圍環(huán)境的光亮度決定是否開啟閃光燈。數碼相機接到閃光燈和拍照信號后進行拍照。所拍攝信息首先被存儲在相機的SM卡(Smart Media Card)中。
2.2 信息傳輸子系統(tǒng)
信息通過網絡進行傳輸。目前嵌入式系統(tǒng)接入Intemet的方法大致有三種：一是通過專用的Web服務器；二是通過專用的嵌入式網關；三是把標準網絡技術(TCP/IP)擴展到嵌入式設備，由嵌入式系統(tǒng)自身實現(xiàn)Web服務器功能。本文采用第三種方法，只需編寫動態(tài)網頁便可以通過Web瀏覽器方便地管理和查詢相關信息。
信息傳輸子系統(tǒng)由兩部分組成：一是照片等相關信息通過數碼相機USB口到以太網控制器的傳輸過程；二是信息從以太網控制器到以太網的傳輸過程。
2.2.1 從數碼相機到以太網控制器的信息傳輸
路口綠燈亮后，嵌入式系統(tǒng)中的照片處理任務判斷相機內是否有照片存儲。若有，則通過數碼相機的USB接口將照片轉存到以太網控制器內，保證數碼相機隨時有足夠的空間進行違章拍攝。同時將違章時間、地點、違章現(xiàn)場數據保存在照片中，便于事后對照片進行處理。
數碼相機與以太網控制器通過主USB口進行信息傳輸。該系統(tǒng)所用主USB芯片是Cypress公司的SL811HS。該芯片是專門為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的，其價格低廉，符合USB1.1規(guī)范。
2.2.2 從以太網控制器到以太網的信息傳輸
將以太網控制器接入以太網，把拍攝下來的違章照片實時傳到以太網上，最終實現(xiàn)違章照片等相關信息的實時傳輸。
2.3 基于B/S結構的信息管理查詢子系統(tǒng)
車輛的違章照片是交管部門對違章司機進行處理的依據，因此前端傳回的照片還需要管理。監(jiān)控中心建立一個計算機局域網系統(tǒng)，設置多臺工作站對照片進行資料的錄入、審核、受理、送達/告知、封鎖檔案、復考通知、罰款、解封檔案、辦結等工作。
該系統(tǒng)既要與機動車、駕駛員等基礎數據庫互聯(lián)，進行嚴格的查找、比對、轉遞、封檔，又要與外部多個系統(tǒng)互聯(lián)進行交通違法告知、跟蹤罰款執(zhí)行情況等。其中所涉及的外部系統(tǒng)主要有郵局投遞系統(tǒng)、銀行收款系統(tǒng)、機動車與駕駛員查詢數據庫、交通違法數據庫。
3 設計中的關鍵問題
3.1 實現(xiàn)基于嵌入式Web的以太網接入
該系統(tǒng)用S3C4510B嵌人式處理器及以太網接口芯片RTL8201BL組成以太網測控網關。RTL8201BL通過總線與S3C4510B處理器相連接，中斷也通過S3C4510B的外部中斷接管。
網絡層主要完成以太網TCP/IP協(xié)議和違章現(xiàn)場總線RS－232等協(xié)議的轉換，完成以太網與現(xiàn)場總線網絡間的互聯(lián)，實現(xiàn)不同以太網與現(xiàn)場總線網絡之間的數據交換。
數據的流向：請求信息從以太網來，通過RJ45接口到RTL8201BL，IP包送到S3C4510B，進行拆包，取出數據，再按RS－232等現(xiàn)場總線通信協(xié)議重新組成幀；或者將前端拍照系統(tǒng)發(fā)送來的數據幀重新打成IP包，向以太網發(fā)送。
網絡傳輸的關鍵是開發(fā)負責數據傳輸和遠端命令處理的TCP/IP協(xié)議棧。首先選擇網絡協(xié)議的種類。由于照片需要傳輸的數據量不大，但可靠性要求較高，因此在傳輸層選用可靠數據傳輸控制協(xié)議TCP,在網絡層選用基本數據傳輸協(xié)議IP。
3.2 在嵌入式系統(tǒng)μClinux中編寫硬件驅動程序
硬件驅動程序包括USB驅動程序、USB控制器驅動程序、以太網控制器驅動程序等。在Linux中，驅動程序可以按照兩種方式編譯，一種是靜態(tài)編譯進內核，另一種是編譯成模塊以供動態(tài)加載。由于μCLinux不支持模塊動態(tài)加載，因此這里選用將設備驅動程序靜態(tài)編譯到μCLinux內核的方式。Linux內核啟動時會調用設備驅動程序的初始化函數對設備進行初始化。需要為該設備分配一個主設備號和從設備號，不能與已有的設備號重復，然后新建一個設備文件。在相應的目錄下添加設備驅動(接上頁)
文件，修改相應的Config.ini和Makefile文件，在內核編譯時加載相應的設備驅動程序，生成的μCLinux二進制文件燒寫進閃存，然后，可以使用各種外部設備。驅動程序中的中斷處理采用上半部和下半部的處理方法，上半部完成中斷注冊、中斷原因的標定、調度下半部，然后退出。下半部則在相對安全時執(zhí)行數據處理工作，這樣可以使下半部在工作期間，上半部能繼續(xù)為其他中斷服務。
該電子交警系統(tǒng)運用了嵌入式Web、數字通信等高科技手段，把違章車輛信息實時傳輸到以太網上。監(jiān)控中心可以方便地對信息進行管理，用戶可以隨時通過Web瀏覽器進行查詢?，F(xiàn)在數碼相機技術日新月異，一般數碼相機的快門速度可達到1/1 000s，支持多張連拍，完全可以滿足高精度和三要素的要求。嵌入式Web的使用加強了系統(tǒng)的實時性和可靠性，大大減少了違章、繳費以及數據庫的更新等一系列流程的延遲時間，它以微控制器和以太網接口芯片取代PC機進行現(xiàn)場控制，只需幾臺網絡計算機進行監(jiān)控，大大降低了成本。利用數碼相機和以太網的豐富資源組建該控制系統(tǒng)是一種實時、低成本、高可靠的技術方案。這一系統(tǒng)的建立有效地提高了對闖紅燈車輛的記錄和后期管理的效率，提高了交通管理水平，有較好的經濟效益和廣闊的應用前景。
參考文獻
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