（计算机科学与技术专业论文）停驶车辆图像采集系统的设计与实现.pdf

中文摘要 摘要 随着我国经济水平的不断提高，汽车保有量迅速增长，随之而来车辆的安全 问题日益凸现，车辆遭受人为破坏的情况时有发生。目前已有的车载监控系统大 多数是针对行驶车辆安全问题或车辆防盗的情况，而不能满足对停驶车辆的监控， 本文根据这一情况，设计一种停驶车辆图像采集的监控系统，通过图像采集监控 停驶车辆四周的情况以提高车辆的安全性。 本文在分析了图像监控系统的背景和发展现状的基础上，设计一种嵌入式停 驶车辆图像采集系统。该系统采用高性能的嵌入式处理器p x a 2 7 0 ，嵌入式操作系 统选择w i n d o w sc e5 0 ，外接热释红外感应器与声音检测作为输入，以判断是否 有人靠近，然后用u s b 摄像头采集图像信息，并以b m p 文件格式存储到外部存 储器s d 卡上。为及时通知车主所发生的意外情况，以m m s 形式向车主发送图像 信息。 本文首先在需求分析的基础上，设计了系统的硬件总体架构和软件总体结构： 采用深圳亿道e e l i o d 多功能嵌入式开发平台，设计相应的外部接口和电源转换， 选用奥美嘉黄金眼摄像头，k i n g s t o n2 g 的s d 存储卡，w a v e c o m 公司的q 2 4 0 6 b 通信模块。在根据系统需求定制w i n d o w sc e5 0 嵌入式操作系统的基础上，用 e m b e d d e dv i s u a lc + + 编写实现了u s b 摄像头流接口驱动程序，并实现了图像采集、 存储图像、s d 卡的操作和数据传送等功能。同时对发送图片的选择、压缩进行分 析及研究m m s 发送的技术和电源管理。 关键词：嵌入式；u s b ；流接口驱动；图像采集；m m s 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y se c o n o m y , t h eo w n e r s h i po ft h ec a ri s g r o w i n gr a p i d l y ；a sar e s u l tt h ep r o b l e mo ft h es a f e t yo ft h ec a ri sb e c o m i n gm o r ea n d m o r es e r i o u s t h ev e h i c l e sa r es u b j e c t e dt ov a n d a l i s ms o m e t i m e s a l t h o u g ht h e r ea r e m a n yk i n d so fv e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e m s ，t h em a j o r i t yo fw h i c hc a no n l ym o n i t o rt h e v e h i c l ew h i c hi sd r i v i n go rs t o l e n ，a n dc a n tm e e tt h en e e do ft h es t a y i n gv e h i c l e s t h e r e f o r e ，b a s e do nt h i ss i t u a t i o n ，i ti sn e c e s s a r yt od e s i g nam o n i t o r i n gs y s t e mw h i c h c a ne n h a n c et h es a f e t yo fs t a y i n gv e h i c l e sb ya c q u i r i n gi m a g e s b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h eb a c k g r o u n da n dt h ed e v e l o p m e n ts t a t u so ft h ei m a g e m o n i t o r i n gs y s t e m ，t h ew r i t e rd e s i g n sas y s t e mt h a tc a na c q u i r ei m a g e s w i t hh i g h p e r f o r m a n c ee m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o rp x a 2 7 0 ，t h es y s t e ms e l e c t sw i n d o w sc e5 0 a st h ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ，a n dd e t e c t sw h e t h e rt h e r ei ss o m e b o d yn e a r b yu s i n g t h ep a s s i v ei n f r a r e da n ds o u n dd e t e c t i o na st h ei n p u t i ft h e r ei s s i n g n a lt h es y s t e m b e g i n st oa c q u i r ei m a g e sb yu s bc a m e r a , a n ds t o r e st h e mo nt h es dc a r da sb m p f i l e f o r m i no r d e rt oi n f o r mt h eo w n e ri nt i m e ，t h es y s t e mc a ns e n dt h ei m a g et ot h eo w n e r b y m m s f i r s t l y , t h ep a p e ra n a l y s e sa n dd e s i g n st h ew h o l es c h e m eo fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t h es y s t e mu s e se e l i o dm u l t i f u n c t i o n a le m b e d d e db o a r d ，d e s i g n st h ee x t e r n a l i n t e r f a c e sa n dt h ep o w e rc o n v e r s i o n , a n ds e l e c t sa o m g g o l de y ec a m e r a ，k i n g s t o n2 g s dc a r da n dw a v e c o mq 2 6 0 6 bc o m m u n i c a t i o nm o d u l e s e c o n d l y ，a c c o r d i n gt ot h e n e e do fs y s t e m ，b a s e do nc u s t o m i z i n gt h ew i n d o w sc e 5 0 ，t h ew r i t e ru s e se m b e d d e d v i s u a lc + + l a n u a g et h a tr e a l i z e st op r o g r a m m i n gt h eu s bc a n l e r as t r e a mi n t e r f a c e d r i v e r , a c q u i r et h ei m a g e s ，s t o r ei m a g e s ，o p e r a t es dc a r da n ds e n dd a t a f i n a l l y , t h e t h e s i sa n a l y s e st h es e l e c t i o na n dc o m p r e s s i o no ft h ei m a g e s ，s t u d i e st h et e c h n o l o g yo f s e n d i n gm m s a n dt h ep o w e rm a n a g e m e n t k e yw o r d s ：e m b e d d e d ；u s b ；s t r e a mi n t e r f a c ed r i v e r ；i m a g ea c q u i s i t i o n ； m m s 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文：笸壁奎塑图傻丞篡丕统的逡让墨塞理= = 。除论文中已经 注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表 或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：塑渔丝 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究本学 位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的 规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文 全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全文数 据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发行 和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 谳撒气嚣移璺 停驶车辆图像采集系统的设计与实现 第1 章绪论 1 1 课题背景 随着人们生活水平的提高和汽车制造业的进步，汽车已走入普通百姓家中， 汽车保有量不断增加。车辆的普及为人们的出行带来便利，但随之而来的车辆安 全问题越加凸现出来。对于车辆安全问题主要有两大类：行驶安全和停车时车辆 的安全。对于行驶安全人们给予的关注度比较高，其不仅关系到车辆的安全而且 还有人身安全。 汽车在停车处于无人的状态下时，很有可能发生车辆被破坏、偷盗等事件， 汽车停驶时的安全保障逐渐成了一项不可缺少的服务。目前由于很多小区车辆增 加车位数量有限、或者少数人受利益驱使等原因，经常会发生车辆遭到破坏的事 情，这种情况成为车主既烦心又造成经济损失的事情，所以对于停驶的车辆应该 采取监控，以减少损失。 对于汽车停驶安全的产品较多的是防盗器，目前防盗器的种类有机械防盗、 电子防盗、网络防盗。机械防盗采用的是机械式的防盗锁，只防盗不报警。电子 防盗因其方便目前使用较岁1 1 ，而汽车报警系统经常会在周围有巨大响声或发生意 外拍击时，发出报警声，给主人造成干扰或者扰民。而且即使汽车真受到袭击， 也很难从众多的车辆中判断是否是自己的车辆，普通的报警系统只能起到一定的 威慑作用。对于网络防盗，利用无线网络、摄像头、g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 等技术可以实现对被盗车辆定位、视频监控等功能。 然而目前大多数防盗器只是针对当有人非正常情况下进入车内，试图偷盗车 辆时进行报警或者监控，而对于一些蓄意破坏车辆，比如划车或者盗取车外某些 部件这些情况车门并未打开，对于现有的大多数车辆防盗视频系统不会启动，此 时受破坏的车辆不能得到监视。 本课题就是在这样的背景下，开发一种停驶车辆图像采集系统，本课题设计 采用红外感应和声音检测，当有人靠近及有声音时及时发现情况，启动u s b 摄像 第1 章绪论 头进行图像采集、存储及彩信提醒等功能，从而实现监控停驶车辆的目的，对于 提高车辆停驶安全具有重要意义。 1 2 课题发展及现状 图像监控一直是人们关注的热点应用技术之一，它以直观、信息内容丰富而 被广泛应用于许多场合。随着计算机技术、网络技术、多媒体技术等技术的发展， 多媒体监控技术也得到了迅速发展。多媒体监控技术发展大致可分为三个阶段【2 】： ( 1 ) 在2 0 世纪9 0 年代及其以前，主要是以模拟设备为主的闭路系统，即模 拟视频监控系统。 ( 2 ) 2 0 世纪9 0 年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展， 人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，大大提高了图像质 量，增强了视频监控的功能，这就是基于多媒体计算机的第二代视频监控系统， 即模拟输入与数字压缩，显示和控制系统，因核心是数字设备，因此可以称为数 字视频监控系统。 ( 3 ) 2 0 世纪9 0 年代末，随着网络的普及，计算机处理能力及存储容量的迅 速提高，以及各种使用视频信息处理技术的出现，视频监控进入到了全数字化的 网络时代，即网络数字视频监控。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视 频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视 频监控行业的技术革命。 在当今汽车电子领域图像及视频监控同样得到了广泛的应用。车载监控最先 运用在的特殊车辆上，随着需求的增长和技术的发展，车载监控正逐渐走入普通 人的生活中。到目前车载摄像头分为两种： ( 1 ) 实时显示用摄像头，主要是前、后视镜，用来帮助驾驶员倒车、前行防 撞，这种要求实时显示，一般不需要存储功能； ( 2 ) 图像存储处理用摄像头，如车载黑匣子，用来监控、记录车辆在行使过 程中车辆的状况，为交通事故的认定提供线索；车辆防盗系统，当车辆被盗时能 ， 把车内信息通过无线网络发到指定存储介质上，以快速破案。 停驶下辆图像采集系统的设计与实现 传统的车载监控系统大多数采用单片机控制，但随着人机交互需求的增长， 已经不能满足实际需求，此时引入嵌入式系统成为必然。汽车嵌入式系统近年来 发展非常迅速，随着后p c 时代的来临，基于网络通信、友好的人机界面、实时多任 务并行处理的嵌入式车载监控应用将会越来越广泛。车载监控系统在硬件上采用 3 2 位或6 4 位高性能处理器，在软件上嵌入了实时操作系统，在汽车电子控制和车载 网络通信系统方面有着广泛的应用，是以后车载监控的发展趋势。 1 3 课题研究意义 本课题的提出，旨在针对停驶车辆的安全问题，提供一个由红外感应与声音 检测的图像采集和彩信报警构成的停驶车辆图像采集系统。该系统采用了红外与 声音检测技术和g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 技术对停驶车辆进行监控，为 减少或避免停驶车辆受损事件的发生及为警方惩治不法分子提供有利的证据。 本课题可以应用到所有车辆上，作为车辆停驶时的监控工具，它将成为停驶 车载监控的一个有效的手段。 1 4 论文的工作和论文结构 1 4 1 论文的工作 本人在课题研究中主要完成以下工作： ( 1 ) 系统需求分析和整体设计。主要包括调研、需求分析和整体设计。 ( 2 ) 硬件系统平台的设计和搭建。本系统以p x a 2 7 0 处理器为核心，对硬件 平台进行搭建和操作系统的选择与定制，根据系统功能需求选择外围模块，如红 外声音检测开关、u s b 摄像头、s d 存储卡、串口外接g p r s 模块，同时因为车载 电压为1 2 v ，需进行电源转换。 ( 3 ) u s b 摄像头驱动程序编写。分析u s b 总线协议及w i n d o w sc e 下的u s b 总 线驱动，编写u s b 摄像头驱动，为系统后面的功能提供先决条件。 ( 4 ) 图像采集、存储、压缩和彩信发送的软件设计。主要是进行图像采集， 实现图像采集、存储功能。为减少带宽，对采集到的图像进行压缩处理，通过g p r s 以彩信形式发送给车主。 第1 章绪论 ( 5 ) 考虑功耗，研究系统电源管理。 1 4 2 论文结构 本文主要论述了汽车图像采集系统的硬件设计及相应的软件设计与实现，分 以下章节进行介绍： 第1 章绪论。介绍课题产生的背景及图像监控的发展，并给出本文的主要研 究内容和章节安排。 第2 章停驶车辆图像采集系统的需求分析。介绍系统要实现的功能，功能的 分析。 第3 章停驶车辆图像采集系统的整体框架分析。介绍了硬件平台的搭建和器 件的选择及操作系统的定制及工作流程设计。 第4 章u s b 摄像头驱动程序的实现。分析了u s b 总线协议和w i n d o w sc e 下的u s b 总线驱动，并详细介绍了u s b 摄像头驱动程序的编写。 第5 章图像的采集及图像的处理。介绍图像的采集、存储、显示、选择、压 缩及分析m m s 技术和图像的发送。 第6 章电源管理。介绍系统电源管理及系统电源状态的切换。 停驶车辆图像采集系统的设计与实现 第2 章停驶车辆图像采集系统的需求分析 2 1 系统所要实现的功能 对于本课题要对停驶的车辆进行监控，需要实现以下功能： ( 1 ) 监控停驶车辆是否发生意外情况。对于停驶的车辆，大多数情况下已经超 出了车主的视线范围，当有人破坏车辆时要及时发出报警信号。 ( 2 ) 采集图像。在有报警信号的情况下，应该及时的采集图像信息。 ( 3 ) 对所采集的图像进行保存。采集到的信息应保存下来，这样车主才能掌握 破坏者的体貌特征。而图像保存的格式应为p c 机所常用的图像格式，否则将给车 主带来不便。同时车主可选择在显示屏上查看相应图像。另外为车主查看采集图 像方便，图像的命名要采取一定的顺序。 ( 4 ) 为了使车主能及时掌握车辆情况，当停驶车辆有意外情况发生，应及时通 知车主。 ( 5 ) 保证外围硬件正常工作，否则要及时提醒车主，包括对外围硬件的连接和 外存可用空间的检查，出现问题时及时提醒车主，否则可能造成无法实现某些功 能而不能完成监控功能。 ( 6 ) 低功耗。系统大多数情况下并不进行图像采集，因此需要在大多数情况下 空闲以降低功耗。 停驶车辆图像采集系统是一个为提高停驶车辆安全性的系统，通过分析得出 系统主要需三部分：检测模块、图像的采集和处理模块、图像的发送模块。整个 系统的解决方案如图2 1 所示 第2 章停驶乍辆图像采集系统的需求分析 图2 1 系统方案 f i g 2 is y s t e ms c h e m e 人体红外与声音检测在检测到有人靠近，有一定幅值的音频信号时，开启u s b 摄像头开始进行图像采集，利用图像记下靠近者的体貌特征。采集到的图像信息 存储到s d 存储卡上，方便车主查看。在s d 存储卡可用空间不多时，车主可通过 按键清除s d 卡上的内容。为进一步让车主掌握车辆情况，在图像存储后，选取一 幅图像以彩信方式发送给车主。 2 2 系统功能分析 根据以上的需求分析，设计系统功能模块如图2 2 所示： 图2 2 系统功能框图 f i g 2 2s y s t e mf u n c t i o nd i a g r a m 停驶车辆图像采集系统的设计与实现 根据系统所要实现的功能，本课题功能设计如下： ( 1 ) 采用人体红外与声音检测方法，判断是否有人靠近。 ( 2 ) 采用u s b 摄像头，由于w i n d o w sc e 及厂商未提供w i n d o w sc e 下的驱动 程序，所以需要编写u s b 摄像头驱动程序。 ( 3 ) 图像采集与处理。在检测模块检测有人靠近时进行图像采集。采集过程中， 因为靠近者是运动的，为了能更详细的掌握体貌特征，应连续采集若干幅图像。 把采集到的图像保存到s d 卡中。然后采用g p r s 技术，把图像信息以彩信形式发 送给车主。 ( 4 ) 系统开机时即刻检查硬件的连接情况，如果有硬件没有连接上，通过提示 对话框、点亮相应l e d 灯、声音报警等方式提醒车主重新连接好外围设备。另外 由于s d 卡存储空间有限，当空间不足时提醒车主，车主可通过按键实现清理s d 存储卡内无用的图像。 ( 5 ) 为车主查看图像方便和倒车视频显示，在l c d 上显示图像或视频信息。 ( 6 ) 系统大多数情况下处于空闲状态，进行电源管理以降低功耗。 第3 章停驶车辆图像采集系统整体框架分析 第3 章停驶车辆图像采集系统整体框架分析 3 1 硬件总体架构 一个好的嵌入式系统需要先有完整的硬件规划才可以具备达到所需的功能条 件3 1 ，本课题是停驶车辆图像采集系统，根据系统需求选择一个合适的嵌入式硬件 系统是系统开发首先应考虑的问题，在上一章分析需求的基础上，设计本系统的 硬件结构如图3 1 所示： 图3 1 系统硬件结构 f i g 3 1s y s t e mh a r d w a r es t r u c t u r e 整个系统硬件结构主要有四大部分： ( 1 ) 微处理器，主要负责管理外围设备和相应功能的实现。 ( 2 ) 检测模块，同时采用人体红外检测和声音检测两种手段，主要负责及时的 给出报警信号，通知微处理器进行相应的处理。 ( 3 ) u s b 摄像头和外部存储器，u s b 摄像头用来采集图像信息，外部存储器 s d 卡用来存放图像。 ( 4 ) 人机交互，主要包括g p r s 模块、按键、l e d 和显示屏。通过g p r s 模块 把图像信息以彩信形式发送给车主，这个模块车主可以从通信费用及需要程度上 停驶车辆图像采集系统的设计与实现 考虑进行选择。按键、l e d 和显示屏是用户用来设置系统、显示图像信息及在设 备未正确连接时报警。 3 2 系统硬件结构及外围电路 3 2 1 系统的硬件开发平台 嵌入式系统开发与硬件平台紧密相连，硬件的核心是嵌入式处理器。嵌入式 处理器可分为3 类吲：嵌入式微处理器( m i 哪c e s s o r ) 、嵌入式微控制器 m c u ( m i c r o c o n t r o l l e ru n i t ) 和嵌入式d s p ( d i 百t a ls i g n a lp r o c e s s o o 。其中嵌入式微处 理器具有体积小、质量轻、可靠性高等优点，满足嵌入式系统体积小和功耗低的 要求。 停驶车辆图像采集系统需要一定的图像和视频处理能力，而且由于系统大部 分时间处于空闲状态，考虑功耗问题所以要求微处理器可以进行动态电源管理。 x s c a l e 系列处理器作为嵌入式处理器拥有非常强大的功能，很符合本课题的要求， 所以微处理器选择p x a 2 7 0 。 i n t e lx s c a l e 系列处理器是基于a r m v 5 t e 体系结构，它提供了从手持互联网 设备到互联网基础设施产品的全面解决方案。x s c a l e 核主要特点如下【5 】： ( 1 ) 采用7 8 级超级流水线结构带来的高性能和超低功耗。 ( 2 ) 支持多媒体处理技术。p x a 2 7 x 系列处理器支持w i r e l e s sm m x 技术。 ( 3 ) 采用了分离的3 2 k b 指令快存1 - c a c h e 和3 2 k b 数据快存d c a c h e 。 ( 4 ) 使用了最小型指令快存和微小型数据快存。 ( 5 ) 动态电源管理技术，动态管理芯片电压和时钟频率，p x a 2 7 x 系列采用 s p e e d s t e p 技术。 p x a 2 7 x 处理器是在原有的x s c a l e 微架构基础上，提高了处理媒体的效率， 优化了处理器的功耗，同时添加了众多针对移动终端设备设计的新功能。p x a 处 理器内部集成了l c d 控制器、多媒体控制器和外扩接口等外围设备，可以为开发 极具市场竞争力的低功耗多媒体手持设备提供完善的解决方案。p x a 2 7 x 处理器的 主要特性如下5 1 ： 第3 章停驶车辆图像采集系统整体框架分析 ( 1 ) p x a 2 7 x 主频最高可以达到6 2 4 m h z 。 ( 2 ) 无线s p e e d s t e p 电源管理技术可以根据c p u 的性能的要求动态的调节功 耗，可以动态地调节c p u 的电压和频率来节省电源。 ( 3 ) 电源管理。支持多种运行模式：运行模式、空闲模式、深度空闲模式、睡 眠模式和深度睡眠模式等。 ( 4 ) 2 5 6 k b 的片内r a m 。 本系统采用的是深圳亿道的e e l i o d 多功能嵌入式开发平台，此平台是基于 i n t e l 高性能的p x a 2 7 0 处理器( 2 0 0 6 年i n t e l 公司的通信和应用处理器方面的i c 部 分已经卖给m a r v e l l 公司，所以介绍的是前i n t e l 公司产品) ，提供强大功能和丰富 的接口，适合于多种多样应用领域的嵌入式应用，e e l i o d 平台结构如图3 2 所示： m m c s di ； 串u 卜+ a u d i o 电源管理h - | s d 洲 扩展接口卜 一一 。u i u u _ - j t a g 接口 一卜- p x a 2 7 0 液晶屏接口h 呻 一n a n d f l a s h u s bh o s tk - u s bc l i e n t h l e dk 键盘h 77 图3 2e e l i o d 开发板结构刚6 】 f i g 3 2b r i e fd i a g r a mo fe e l i o db o a r d e e l i o d 平台由模块板x s b a s e 2 7 0 m o d u l e 和接口底板x s b a s e 2 7 0 一e d r 组成。 该平台采用3 2 m bf l a s h 和6 4 m bs d r a m ，软硬件可根据需求定制，支持l i n u x 、 w i n d o w sc e 嵌入式操作系统，能满足本系统开发的需求。 停驶乍辆图像采集系统的设计与实现 3 2 2 检测模块电路设计 检测模块是通过被动式的热释红外线传感器和声音检测两者实现的。当红外 模块检测到有人走动，而又有一定幅值的声音时开始采集图像。 人体具有约3 7 。c 的体温，会发出波长约1 0 9 m 左右的红外线【7 1 ，热释红外传感 器就是靠检测人体发出的红外线而进行工作的【引。本系统采用y c f h w 2 0 8 一体化 人体红外感应模块，它的输入电压为4 5 v - a 0 v ，有人时输出电压为3 v ，且可以 设置是否为可重复触发，感应角度为1 4 0 0 。声音检测采用s l 5 1 7 a ，它内含高增益 放大器、双稳态触发器及缓冲输出级等。检测模块电路设计如图3 3 ： 图3 3 检测模块电路图 f i g 3 3t h ec i r c u i td i a g r a mo f d e t e c t i o nm o d u l e 红外输出端连接p x a 2 7 0 的g p l 0 0 引脚，主要作用是在系统处于睡眠状态时 做为唤醒源，在系统运行时，当产生上升沿表示有人靠近。声音检测到一定幅值 的音频信号后产生上升沿，系统开始采集图像。 第3 章停驶车辆图像采集系统整体框架分析 3 23 摄像头的选择 目前数字成像技术中有两种图像传感器：c c d 和c m o s 传感器【”，c c d 器件 有光照灵敏度高、噪音低、像素中等优点，过去一直主宰着图像传感器市场。而 c m o s 因像素大、信噪比小、分辨率低等缺点，一直无法和c c d 技术抗衡。随着 大规模集成电路技术的不断发展，大大改善了c m o s 传感器的图像质量。c m o s 器件的体积小、功耗低、成本低的优势使之近年来发展迅速，成为国内外研究和 应用的热点。 本课题采用通用的u s b 接口的c m o s 摄像头作为图像采集设备，选用的是奥 美嘉黄金眼摄像头，见图3 4 ： 具体参数见表31 酗34u s b 摄像头外彤图 f i 9 3 4 u s b c a m e r ap i c t u r e 表3 1 摄像头参数 t a b3 l c a m c r a p a r a m e t e r s 幽像传感器3 5 万像素c m 0 $ 最大分辨率6 4 0 * 4 8 0 像紊 最大帧频3 0 f p s 色彩位数2 4 位全彩显示 成像距离 1 0 e m - 无穷远 接口类型 u s b l 1 摄像头控制色彩饱和度、对比度、边缘增强、伽马表等 停驶车辆凹像采集系统的设计与实现 3 24 通信模块的选择及连接 本设计中选用的通信模块是w a v e c o m 公司的双频g s m g p r s 通信模块 q 2 4 0 6 b ，见图35 ： 厂 圈1 i 一 酗35 q 2 4 0 6 b 外型图 f i g3 5q 2 4 0 6 bp i c t u r e 该产品适用于g s m 网络下实现各种无线业务，其中主要包括电话、短信、g p r s 无线上网等业务。用户可以通过超级终端下输入命令来实现上述业务，也可以通 过串口a t 命令实现。 该m o d e m 的基本参数。 电气特性： 输入电流：5 m a 待机状态， 输入电压：5 v ，外接电源 基本功能： 支持a t 命令，支持t c p i p 11 5 k b p s 全双工传输率 双音多频功能( d t m f ) 短信息服务功能 自动进入省电模式 数据特征 通信中平均3 0 0 m a u d p 以及p p p 协议 ( 支持c l a s s l 0 ) ，下载5 368 k b i t s s ，上传2 68 k b i t s s 数据线路异步传输和同步可达1 4 4 0 0b i t s s 第3 章停驶车辆图像采集系统整体框架分析 自动传真g r o u p 3 ( c l a s s1 & 2 ) 通话和传真转换 i r d a1 2 a 协议 g p r sw 心 配件 3 v 活动s i m 插槽 标准r s 一2 3 2 接口 外置高灵敏度天线 串口r s 2 3 2 连接线 程序、说明光盘 电源 使用时的准备工作： 使用数据线连接m o d e m 和计算机串口。 将s i m 卡插入s i m 卡座内。 接上m o d e m 电源线，检查无误后加电。 简单测试： 打开超级终端。 输入连接名称。 选择串口( c o m l 或c o m 2 ，根据你准备工作中m o d e m 连接的串口选择) 。 对端口进行设置：波特率：9 6 0 0 ，数据位：8 ，奇偶校验：无，停止位：l ， 数据流控制：硬件。 超级终端中输入：a t ，返回o k ，说明m o d e m 处于正常工作状态。 通信模块与系统连接时只需连接r x d 、t x d 、g n d 三引脚即可，见图3 6 ： 停驶棚图像采集系统的设计与实现 m um 信模块接“ 图3 6 串口连接 f i g36s e r i a l p o r t c o n n e c t i o n 3 25s d 卡选择及接口 s d 卡( s e c u r ed i g i t a lm e m o r yc a r d ) 是一种快附记忆器的新一代电忆设备，其优 点是容量大( 晟高可达4 g b ) 、性价比高、体积小、访问接口简单0 】，通过u s b 读 卡器可以很方便地对卡内文件进行读写。s d 卡可以设置为只读或读写状悫，最高 读写速度可达2 0 m b 每秒】。本课题采用的是k i n g s t o n 公司的2 g 的s d 卡，外形 见图37 ： 1 1 9 一 k j 嗍m 图37s d 卡外形 f i g37 s d c a r d p i c t u r e p x a 2 7 0 内置m m c s d s d i o 卡控制器，可以连接s d m m c 卡，支持s d 卡 规范l0 1 。p x a 2 7 0 芯片与s d 卡接口电路如图土8 所示【6 】： 第3 章停驶车辆图像采集系统整体框架分析 图3 8e e l i o d 开发板s d 接口电路图 f i g 3 8t h ec i r c u i td i a g r a mo fe e l i o db o a r ds di n t e r f a c e 其中m m d a t 0 一m s b s 、m m d a t l 一m s s d i o 、m m d a t 2 一m m c c s 0 、 m m d a t 3m m c c s l 为数据线；m m c m dm s i n s 为命令线，该线用来串行传输 命令；m m c l km s s c l k 是s d 卡时钟信号。 3 2 6 电源模块的电路设计 本课题电源采用两级供电的方法，第一级是将车载电源转换为5 v ，第二级是 分别转换为各设备所需的电压。 车载电源主要提供1 2 v 和2 4 v ，这里我们采用的是1 2 v 。首先我们把1 2 v 转 换为5 v ，采用的是n a t i o n a ls e n i c o n d u c t o rc o r p o r a t i o n 的l m 2 5 9 6 系列的芯片，其 最高输入电压可达4 0 v ，固定输出有3 3 v 、5 v 、1 2 v ，输出电流为3 a ，内含固定 频率振荡器( 1 5 0 l 沮z ) 【1 2 1 ，电源转换电路设计如图3 9 ： 停驶车辆图像采集系统的设计与实现 图3 91 2 v 转5 v 电源转换电路 f i g 3 9t h ec i r c u i td i a g r a mo f12 vc o n v e r tt o5 v 系统使用了多种电压【6 1 ： v r n ( 5 v )：从e d r 板上输入的5 v 电压 v c c 一3 ：3 v ，c p u 及m o u d l e 板上外设的工作电源 v c c 一1 8 ：1 8 v ，驱动存储器系统总线 v c c c o r e ：1 4 v ，驱动c p u 核心的电源 v c c s r a m ：1 1 v ，驱动c p u 的内部s r a m v c c p l l：1 3 v ，驱动c p u 的内部p p l v c c - s i m ：3 v ，驱动外部u s i m 卡 v c c _ b a t t ( 3 v ) ：3 v ，c p u 的启动电压 所以第二级电源需进行多样的电压转换，采用专用的电源管理芯片l p 3 9 7 1 来 提供，其内置的降压稳压器可以提供o 8 至3 3 v 的输出电压，低压降稳压器则可 提供l v 到3 3 v 的输出电压【1 3 1 ，满足系统需求，供电结构结构如图3 1 0 1 6 ： 1 7 第3 章停驶车辆图像采集系统整体框架分析 图3 1 0p x a 2 7 0 开发板供电结构 f i g 3 1 0p x a 2 7 0b o a r ds t r u c t u r eo f s u p p l y i n gp o w e r 3 3 操作系统选择及软件流程设计 3 3 1 嵌入式操作系统介绍 早期的硬件设备很简单，软件的编程和调试工具也很原始，与硬件系统配套 的软件都必须从头编写。程序大都采用宏汇编语言，调试是一件很麻烦的事。随 着系统越来越复杂，操作系统就显得很必要。上世纪7 0 年代后期出现了嵌入式操 作系统。嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入 式系统的重要组成部分。嵌入式操作系统的主要功能有【1 4 】： ( 1 ) 操作系统能有效管理越来越复杂的系统资源。 ( 2 ) 操作系统能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护 中解脱出来。 ( 3 ) 操作系统能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。 在2 0 世纪8 0 年代出现了各种商用嵌入式操作系统，如今普遍使用的嵌入式 操作系统有v x w o r k s 、p a l mo s 、嵌入式l i n u x 、w i n d o w sc e t l 4 】： ( 1 ) v x w o r k s v x w o r k s 操作系统是美国w i n d r i v e r 公司于1 9 8 3 年设计开发的一种嵌入式实 时操作系统。它具有高性能的内核以及友好的用户开发环境。v x w o r k s 以其良好 停驶车辆图像采集系统的设计与实现 的可靠性和卓越的实时性被广泛的应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术 及实时性要求极高的领域中。 ( 2 ) p a l mo s 在个人数字助理( p d a ) 市场上，p a l mo s 是全球最知名、使用人数最多的p d a 操作系统。它是由p d a 操作系统开发的先驱者p a l mc o m p u t i n g 公司开发的。p a l m o s 操作系统的一个最大特点就是省电以及系统资源开销少。 ( 3 ) 嵌入式l i n u x l i n u x 是开源的、多任务、稳定性高、内核可裁剪的操作系统。在标准l i n u x 的基础上针对嵌入式系统进行内核裁剪和优化后形成嵌入式l i n u x ，它是一种开放 源代码、软实时、多任务的嵌入式操作系统，体积更小、性能高，同时又是免费 的，得到i b m 、s u n 等i t 巨头的支持，所以嵌入式l i n u x 具有很强的市场竞争。 ( 4 ) w i n d o w sc e w i n d o w sc e 是微软公司在嵌入式操作系统市场上的一个重要产品。它是个3 2 位、多线程、多任务的操作系统。w i n d o w sc e 的体系结构采用独立于通常的程序 设计语言并且和w i n d o w s 兼容的a p i 的方式，这样就可以保障w i n d o w sc e 的组 件化和r o m 化，充分适应有限的存储空间和各种不同芯片的要求。w i n d o w sc e 是模块型的操作系统，可根据用户需求进行选择、组合和配置w i n d o w sc e 的模块 和组件。w i n d o w sc e 中的a p i 是一个缩减的w i n 3 2a p i ，是桌面w i n d o w s 系统的 一个子集，这使许多基于微软桌面w i n d o w s 开发的应用程序可以经过少许改动就 可以用于w i n d o w sc e 。 3 3 2 操作系统的选择和定制 根据系统需求对嵌入式操作系统进行选择。嵌入式操作系统选型主要考虑以 下几个方面： ( 1 ) 费用问题。对于操作系统的使用所要支付的费用是一个考虑因素，关系到 系统的成本。 ( 2 ) 系统定制能力和开发周期，用户的需求千差万别，硬件平台也不一样，所 以对系统的定制能力提出要求。使用哪种嵌入式操作系统的开发周期比较短，能 第3 章停驶乍辆图像采集系统整体框架分析 提高开发速度。w i n d o w sc e 有丰富的人力资源，而且可以根据系统功能需求直接 做减法，去掉不需要的功能。 ( 3 ) 应用程序的开发环境和用户界面。对于一个良好的应用开发环境可以提高 系统的开发速度，而友好的界面可以让用户很容易的进行操作。 通过上面3 个因素的考虑，本系统选用w i n d o w sc e5 0 作为操作系统，其完 全可以满足本系统要求。界面友好的嵌入式平台工具p l a t f o r mb u i l d e r 为w i n d o w s c e 的定制提供了方便，可以根据系统需求直接对其进行定制。同时w i n d o w sc e 具有出色的图形用户界面，良好的沟通能力。具有和v c + + 基本相同特性的应用 开发工具e m b e d d e dv i s u a lc + + 为熟悉w i n d o w s 编程的开发人员提供了捷径，使用 具有功能完备的a p i 函数库的w i n d o w sc e 操作系统，使系统有很大的优越性， 开发周期短。 下面根据本系统的需求，介绍一下使用p l a t f o r mb u i l d e r5 0 定制w i n d o w sc e 5 0 的主要过程： 定制w i n d o w sc e5 0 操作系统的流程如下图3 1 1 所示【1 5 】： 图3 1 1w i n d o w sc e 定制流程图 f i g 3 11w i n d o w sc ec u s t o m i z i n gf l o wd i a g r a m 停驶车辆图像采集系统的设计与实现 定制平台之前要导八目标硬件设备的板级支持 , ( b s p ，b o a r ds u p p o r t p a c k a g e ) ，它是一个包括启动程序、o e m ( o n g i n a l e q u i p m e n t m a n u f a c 呻蜘适配层程 序( o a l ，o e ma d a p t a t i o nl a y e r ) 、标准开发板和相关硬件设备的驱动程序的软件 包。本系统使用的是e m d o o r 提供的b s pf o r x s b a s e 2 7 0 。下面是本系统的定制过 程； ( 1 1 首先新建p b 工程，选择开发板支持包，本系统选用e m d o o rs y s t e m s x s b a s e 2 7 0 ：a r m 4 1 。 ( 2 ) 根据系统需求选择设计模板和定制组件。 ( 3 ) 根据需求配置平台，添加m f c 组件、a c t i v e s y n c 组件、u s b 组件、s d 组 件、s e r i a lp o r t 组件等。这里列出u s b 组件和s d 卡组件的添加，见图31 2 ： 司c 咖l o g ，- j 墨固量 c o r es 。_ er o o _ ， u do o _ o i ，0 o b i i o o 0 1 9 p 1 叫 td i e 1g ：三：z ：霜等划 t - 口