移动智能车辆稽查系统的设计与实现

目前我国的公路基础设施建设已进入快速发展阶段，公路里程有了大幅度的提高，在路车辆不断增加。据不完全统计，每年全国漏征养路费高达人民币30～40亿元，给国家造成了巨大的经济损失。同时汽车的盗抢、丢失、违章等事件越来越多，需要交通征费稽查部门、公安交警部门上路检查的时间大大增加。现在大多数部门仍按传统的方式进行人工判断，拦车路检。但这种传统的稽查方式存在着漏查、误查、稽查人员工作强度大等弊端。因此寻求一种智能识别手段取代传统的上路稽查方式是相关部门的愿望。我们基于英特尔PXA270处理器设计的"移动智能车辆稽查系统"完全满足这一实际应用的需求。 

1 系统组成和功能

如图1所示，本系统建立了一套基于PXA270嵌入式处理器技术、视频图像处理技术、车辆识别技术、GSM移动无线通信技术、GPS定位技术的移动智能车辆稽查系统，实现了对违章、欠费等车辆的流动稽查。本系统具有以下功能：

视频采集 系统工作时，车前的摄像头自动采集数据，并存入视频缓冲区；

车牌识别 根据数字视频数据识别出车牌号；

通讯功能 系统采用GSM网SMS短消息服务进行稽查终端与服务中心之间的 实时交互通讯；

GPS定位 通过GPS定位可准确地向服务中心汇报稽查车辆当前的位置和时间，以便实现对终端的合理调度；

人机交互 提供实用而友好的用户界面，通过红外遥控器灵活、准确地完成应用软件的大部分操作。

2 硬件设计

移动智能车辆稽查系统由PXA270微处理器及外围器件、视频采集、GPS定位模块GSU-36A3、无线通讯模块GR47、遥控接收器等硬件组成，具体硬件结构如图2所示。

2.1 PXA270微处理器及外围器件

这部分电路主要包括PXA270、时钟、复位电路、32 MB FLASH存储器、64 MB SDRAM存储器等，组成系统的控制和处理核心。PXA270基于Intel Xscale技术，主频可达624 MHz，完全满足本系统的处理要求。

2.2 视频采集实现

视频采集模块包括：视频的解码和输出、数据缓冲和数据传输。视频采集实现的原理如图3所示。

摄像头输出的模拟视频信号Philips公司的SAA7111A单片视频解码器后输出数字视频。

PXA270实现对SAA7111A控制，完成对其初始化和状态控制。

SAA7111A的输出数据写入FIFO缓冲，当写入数据达到一定数量后使PXA270产生中断。数据写入控制逻辑可用VHDL语言描述为(CREF，VREF为SAA7111A输出信号，WEN，WCLK为FIFO写控制信号)：



PXA270中断后，启动DMA，将视频数据读入缓冲区。PXA270对SN72V245的读操作控制逻辑可用VHDL语言描述为(其中RCLK，REN，OE为SN72V245的控制信号，OE，CS5为PXA270的读信号和片选信号)：



2.3 其他相关硬件电路设计

通讯模块GR47通过RS 232接口与PXA270的URAT相连；GPS定位模块GSU-36A3直接与PXA270的URAT相GSM连；红外遥控接收器的信号输出与PXA270的中断相连，由软件进行解码。 

3 软件设计

移动智能车辆稽查系统软件主要包括两大部分，远程服务中心软件和嵌入式终端软件。软件开发基于XWIN3.0开发平台实现。

3.1 XWIN 3.0开发平台简介

XWIN 3.0平台的体系结构如图4所示。XWIN采用分层式结构，主要由系统抽象层和虚拟操作系统层构成。其中系统抽象层负责完成对底层硬件和操作系统差异的屏蔽。在屏蔽了差异的基础上，XWIN编写了自己的虚拟操作系统层，完成普通意义上操作系统的一些功能，如任务调度、消息处理、内存管理、文件调度等功能，并向上提供了一系列供用户使用的API函数。正确合理地使用虚拟操作系统层提供的API函数，就可以根据需求编写出相应的应用程序。

由于定义了设备应用和驱动程序之间的接口，驱动程序的实现变得非常独立和统一，一个驱动程序就是利用硬件特征对接口函数的一个实现。如果换一种设备，只需加载新的设备驱动程序，保持接口定义不变，仍然可以正常运行，使系统具有较好的可移植性。

3.2 服务中心软件设计

服务中心软件是基于Windows环境下MFC版本的XWIN 3.0平台进行开发。主要实现了以下3个功能：数据库的管理、拷入SD卡、重点警示。 

3.3 嵌入式终端软件的设计

嵌入式终端的软件设计是基于XWIN 3.0嵌入式软件开发平台，采用分层次的体系结构和模块化的设计，其组成如图5所示。

3.3.1 系统软件的功能和实现方法

(1)软件功能

服务中心将最新的"黑名单"车辆及未按规定缴纳"三费一税"车辆所形成的数据库拷入SD卡，或通过GR47将数据传送至SD卡。视频采集软件采集视频数据将其进行格式转换后送人识别缓冲区，采样一场数据交给车牌识别软件，车牌识别软件识别出车牌并将识别出的车牌号与SD卡中的数据进行实时比较。如果是违章车辆，则将违章信息(包括车牌号、违章车辆和车主姓名)进行显示。如果车辆信息未在SD卡中则通过无线通信方式，让服务中心查询并将结果传回终端。  

(2)实现方法

本系统应用软件的设计按照功能模块可划分为：视频采集模块、车牌识别模块、图形用户界面和通信模块。视频采集模块在中断服务程序中执行，车牌识别模块和图形用户界面在主任务中执行，通信模块单独在一个任务中执行，各模块之间的通信靠消息传递来实现。 

3.3.2 相关软件开发

Boot Loader的开发 Boot Loader是在操作系统内核运行之前运行的引导程序，位于系统的复位入口点，实现程序下载和程序加载功能。

驱动程序 利用中问件思想的硬件抽象层分离了与硬件平台相关的部分，使平台移植工作量达到最少。驱动程序只需设计与硬件密切相关的代码，为应用软件提供一个统一的接口， 本系统嵌入式终端软件开发过程中，开发了SD卡驱动程序、串口驱动程序、遥控驱动程序。

识别软件 车牌识别模块主要包括车牌区域定位、车牌图像的预处理、车牌图像中的字符分割和单个字符的识别，根据视频数据实现对车牌号码的实时识别。

通讯软件 通信程序采用了XWIN 3.0通讯组件XCOM。XCOM组件向下屏蔽了各种不同介质媒体的网络通讯方式和各种通讯设备的物理特性，向上对应用程序提供了统一的通讯接口，并且提供了XCOM通讯协议，让不同的通讯统一起来，为编写通用的通讯程序提供了便利，XCOM组件既支持同步数据传输，又支持异步数据传输。

人机交互 本系统的人机界面基于XWIN 3.0平台直接在VC环境下进行开发，开发成功后不用改动源代码就可直接移植到嵌入式上。界面简洁大方，操作简便。通过红外遥控器对界面进行控制操作。

4 结 语

本稽查系统应用视频采集检测技术、车牌自动识别技术、无线通信技术，具备对违规及欠费车辆进行不停车稽查的功能，这一功能可满足交警部门、车辆规费征收部门的使用要求，且成本低、体积小、功能全、可扩展性强。