嵌入式系统课程设计 刘欢

湖南文理学院课程设计报告课程名称：嵌入式系统课程设计专业班级：通信10102班12 学生姓名：**指导教师：**完成时间：2013年7 月 1 日报告成绩：湖南文理学院制嵌入式系统在电子警察中的应用研究一、设计的作用目的随着我国经济建设的蓬勃发展，城市的人口和机动车拥有量也在急剧增长，交通流量日益加大，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故时有发生。

交通问题已经成为城市管理工作中的首要问题，阻碍和制约着城市经济建设的发展。

因此，深入研究解决城市交通问题有着极为重要的现实意义。

要解决城市交通问题，就必须准确掌握交通信息。

目前国内常见的交通信息采集方法有人工监测、地埋感应线圈、超声波探测器、红外线检测以及视频检测等方法，其中，视频检测方法以其操作直观灵活、安装简便、维护容易、费用低、检测范围广等特点，比其他方法更具优越性。

交通视频检测系统是一种利用图像处理技术对交通目标检测和识别的计算机处理系统。

通过对道路交通状况的实时监测，实现路段上行驶机动车数量的自动统计，行驶车辆速度和车辆类别等交通参数的自动计算操作，达到监测道路交通状况，采集有关交通参数信息的作用。

同时，将检测到的交通信息存储起来，为分析和管理交通提供依据，并且可以同时捕捉违章车辆。

二、系统设计要求1) 本系统建设充分考虑采用先进而成熟的技术（如视频处理技术、数据库技术、数据融合技术、网络技术、多媒体技术、无线网络技术等），先进的体系结构、先进的软硬件选型，既能够保证整个系统的实用成熟，又能够适应未来的业务发展和技术的更新要求。

2) 本系统具备良好的可扩充性、可移植性和良好的兼容性，充分考虑到了不断发展的智能交通先进技术推动行业进步的因素，系统设计方案在充分考虑利用用户现有的信息化建设成果和路口资源的同时预留了大量实用的软硬件扩展接口，为系统的日后升级做好了充分的准备。

3) 本系统能够对行驶车辆的闯红灯等违法行为进行抓拍，形成的证据资料包括违法时间、行车方向、违法地点、违法类型、车牌号码、车牌颜色等内容。

4) 本系统功能全面、完善、安全、稳定可靠。

保证系统指挥中心管理部分、通信网络部分和路口控制部分等一系列的设备和信息传输链路能够24小时不间断运行且不受天气变化的影响（包括台风、暴雨和雷电等）。

5) 本系统具有抵抗恶性攻击、抵抗任何侵入系统的企图和抵抗企图从系统中获取敏感数据和信息的能力，具有很强的防暴力破坏和防窃取信息的能力。

保证了违法数据和照片的安全性、保密性、完整性、一致性和相容性。

6) 本系统能够动态调整视频识别参数，以适应户外环境的各种变化，始终保证系统工作在最高精度。

异常故障（停电等）发生后系统能够保证在通电后自动迅速恢复到正常工作状态不会因此死机，能极大适应路口的各种恶劣环境和稳定的要求。

7) 本系统操作易于掌握，人机界面友好，容易操作、管理和维护。

8) 使用内外部双运行状态监测措施对系统实施监控。

如果发现系统死机，能够迅速自动重起系统，保证了系统的稳定性和可靠性。

三、设计方案本系统采用视频信号作为触发源,它的工作原理为:在路口每一方向安装一个全景摄像机,全天候监视着路口行驶的车辆；如果有车辆进入基于DSP视频图像检测处理模块所设置的虚拟线圈中,就会产生触发，该触发可以传递给前端摄像机，并且开启DSP实时跟踪车辆系统；同时，DSP系统不断地检测交通参数（具体指车速、车流量、车型）并保存；当机动车违反交通规则即闯红灯时，DSP系统马上就会控制全景摄像机进行连续一系列的违章过程及全景环境认证拍照,近景摄像机进行车牌特写拍照，将所拍得的相片存储，并且利用空闲时间对存储图片进行JPEG压缩，随时提供给CPU系统。

通过CPU控制系统将抓拍到的违章图片和交通参数通过光纤(或PTSN,ISDN,DDN,GPRS无线传输)传送到指挥中心,为管理部门进行违章处罚和交通数据分析提供依据。

视频电子警察系统由三大部分组成，即前端嵌入式检测系统（包括多路DSP 及CPU）、中心计算机处理系统以及数据传输系统。

用下图来说明实例: 一个方向双车道一个方向四车道前端系统部分本系统的特点:1、不用破路用“视频检测”方法，只需在初始本底图片上设置虚拟线圈（在这里我还在考虑是否能实时修改虚拟线圈的设置,在现场调试时很有作用，根据每路方向上摄像机安装的不同会造成虚拟线圈的设置的差异，具体虚拟线圈算法思路会在下面详细介绍）进行车辆信号触发，抓拍全景和近景照片，不须在道路上施工安装电感线圈。

2、维护方便系统的维护，不用更换线圈，不用破路，不会影响交通，延长了路面寿命，减少工程量,嵌入式系统工作稳定不会经常出现死机或损坏现象并且由于功耗相对工控机方面要小的很多，对使用环境也没有太大的要求，在这里我主张尽量使用工业级芯片确保嵌入式系统的稳定。

3、使用寿命长虚拟线圈的寿命无限长，可无数次设置和使用，根据环境的改变或者是道路状况的改变，操作人员可以通过本底图片或者现场视频进行更改虚拟线圈从而修正系统。

4、设置灵活视频检测区的大小、数量和位置，通过远程计算机屏幕可以方便、灵活地对相关路口设定。

远程监控中心设置的数据文件可以通过网络回传给CPU起到配置文件的作用，从而影响DSP的工作。

5、排除干扰使用图像匹配算法及道路区域特征、运动识别的判断，有效滤除检测区域内的行人、自行车以及灯光等形成的干扰。

6、适合多相位系统按多相位或箭头指示灯的多种组合，形成闯红灯的取证判据，正确区分左转、直行、右转的行车路线。

在系统中必须存在与信号灯主机对接的模块，用以区分各个方向不同车道的红绿灯的情况，通过串口发送指令给CPU去解析，从而给DSP发出不同处理指令。

7、远程控制：①前端系统自诊断获得路口拍摄现场设备故障信息（每个嵌入式模块具有判别连接的摄像机的工作情况好坏，因摄像机是安装在杆子上的全天侯工作非常容易出现各种异常情况）反馈到中心计算机，便于组织维修；②中心计算机通过网络，定时遥测路口摄像机的工作状态，检测信号灯及虚拟线圈信号；③中心计算机通过网络，对前端系统主机的日期、时间统一设置；8、多种获取数据方式①单点应用：现场嵌入式系统具有一定的存储图片能力至少能保储三天左右时间的闯红灯图片，并且可以不通过网络读取。

②联网应用：远程传送按光纤、PTSN、ISDN、DDN、GPRS无线传输等多种方式选用，实现路口和中心两端的数据传输。

9、交通参数检测：实现主要三种交通参数检测：车型分类、车流量检测、车速检测。

10、可扩展性好。

能够在条件具备的情况下，检测跨越中心线行驶、逆向行驶、违章停车、临时变道、超速行驶、视频监控和实时录像等功能；根据闯红灯自动记录系统通用技术条件的学习,提出了对本系统的的技术指标：●自动抓拍响应时间：< 500ms●车速在5－100Km/h范围时，闯红灯车辆捕获率: > 95％●照片有效率：≥85%，即指抓拍到的图像可使用率●照片正确率：100%，即指抓拍到可有效使用的照片能够100%作为执法处罚的证据●图像分辨率不低于768×576●拍照监视区域路面最小光照度：0.5 Lx●连续抓拍车辆的间隔时间：< 1s●前端系统可暂存至少3000张违章图片●车型分类：对100辆车的分类差异 < 10％●车流量检测：正常天气时准确率不小于90％,恶劣天气时不小于85％●车速检测：10－160Km/h●单机（路口）或联网工作方式●工业防护级别，连续工作四、系统硬件设计前端嵌入式检测系统是这次我们设计的重点，也是整个电子警察系统的核心，因为整个闯红灯的检测以及交通流数据的获取需要依靠DSP运算。

根据前端嵌入式检测系统功能可将其结构划分为四个部分：视频采集模块、DSP视频处理模块和CPU处理模块及电源模块。

视频采集模块负责对视频图像进行采集,作用主要是接收前端摄像头传过来的模拟图像信号，在这里初步选用TI公司的TVP5154A四通道解码芯片进行模数转换把YCRCB4：2：2符合ITU656的数字数据按八位传送给DSP进行处理，因为DM642视频处理芯片具有三个20位的Video Port端口，可以直接TVP5154A输出的数据直接对接，在这里利用二个VP端口拆分成四个八位的端口挂接最多四个摄像机。

从而省去FIFO作为缓存，但时序电路仍然由外部EPLD控制其逻辑关系。

解码芯片的初始化采用DSP的I2C总线实现。

总体框架图如下：具体连接线路有些省略1、主电路板:包括八路视频输入和转换电路（在这里八路针对两个方向，但可以扩展到四方向即如上图一样增加两DSP系统），二路视频输出和转换电路，CPU电路，DSP电路，CPLD电路，实时钟电路，Ethernet电路，RS232电路,RS485电路。

1）CPU选用IDT公司的RC32438，工作主频300MHz，具有两个MII接口，一个PCI接口。

2）DSP选用两片TI公司C64x系列的TMS320DM642，工作主频600 MHz，具有最多六个ITU-R BT.656视频接口（把VP端口进行拆分）。

通过PCI接口与CPU 连接。

3）八路视频解码器芯片选用了两片TVP5154A，每片TVP5154A包含四路实时模拟视频信号输入，四路ITU-R BT.656格式的数字视频信号输出，具有移动侦测功能和画面比例压缩功能。

4）单路视频编码器芯片选用ADI公司的ADV7179，ITU-R BT.656格式的数字视频信号输入，模拟视频信号输出在这里设想输出是在调试时使用，可以察看摄像机的信号状态。

5）CPLD选用ALTERA公司Max系列，处理各种粘合逻辑，包括开关量输入输出信号的处理，PCI中断信号的处理，视频帧同步信号的处理等。

6）实时钟电路提供真实计时。

7）可以扩展PCI转IDE控制芯片选用了IT8212，可接二个3.5英吋IDE硬盘接口。

这是可以用来备份违章图片，在这里我们可以先不用。

8）可以扩展PCI转USB控制芯片选用了VT6212，可接二个USB接口9）一个双层RJ45接口，连接10M/100M以太网和RS232，用于程序调试和参数设置。

电源模块：在此初步方案中对电源模块没有进行深设计设计，需明确输入电源后在进设行准确设计。

2.功能说明主电路板上的CPU RC32438作为中心处理单元，结合DDR SDRAM、NAND FLASH、NORFLASH构成最小系统成为主控模块，处理板上所有的软件任务和各种控制操作。

当CPU RC32438上电启动后，通过FLASH加载程序到DDR SDRAM中运行操作系统，并对各个周边设备作初始化设置，包括加载DSP程序。

CPU RC32438具有2个MII接口，一个通过PHY RTL8201B实现10M/100M以太网接口。

CPU RC32438具有PCI总线接口，可同时挂接多达六个PCI总线设备，在主电路板上现设计挂接了4个PCI总线设备：2片DM642，一片IT8212F，一片VT6212L。