交通違章抓拍系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

沈森　吳景艷　王士豪　胡超　董海清

【摘 要】智能交通逐漸出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中，文中介紹的基于ARM的交通違章抓拍系統(tǒng)就是智能交通的一種，本文研究了交通違章抓拍系統(tǒng)的硬件檢測(cè)部分，分析了軟件設(shè)計(jì)流程。該交通違章抓拍系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單可靠，靈敏度高的的優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】線圈檢測(cè)； 紅燈轉(zhuǎn)換； 軟件設(shè)計(jì)

0 引言

嵌入式系統(tǒng)就是嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在，在很多行業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用，并且逐步改變著這些行業(yè)，包括工業(yè)自動(dòng)化、國(guó)防、運(yùn)輸和航天領(lǐng)域，日常生活中也有很多嵌入式家電產(chǎn)品，如 MP3、手機(jī)等。其中基于ARM的嵌入式系統(tǒng)憑借著其優(yōu)勢(shì)，發(fā)展迅速，交通違法抓拍系統(tǒng)（又稱電子警察系統(tǒng)） 作為違章取證系統(tǒng)對(duì)交通行為起到了積極的規(guī)范作用。尤其是在交通法實(shí)施的今天，對(duì)交通違法行為的有效取證更為重要。目前交通違法抓拍系統(tǒng)控制設(shè)備大多采用工控機(jī)，由于其體積大、成本高及對(duì)道路惡劣的工作環(huán)境適應(yīng)差，已不能完全滿足需求；而嵌入式系統(tǒng)具有體積小、功耗低、可靠性高、剪裁性好、軟硬件集成度高等特點(diǎn)，可以解決上述問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)提出一種基于ARM 車輛交通違法抓拍系統(tǒng)，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

交通違章抓拍系統(tǒng)主要是有兩部分組成，分別是硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，檢測(cè)單元負(fù)責(zé)檢測(cè)在紅燈信號(hào)燈下是否有車輛通過(guò)路口以及把抓拍命令發(fā)送給控制中心，紅燈轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)把紅燈信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以識(shí)別的TTL電平，抓拍模塊接收命令負(fù)責(zé)抓拍并對(duì)圖片進(jìn)行存儲(chǔ)。軟件部分設(shè)計(jì)使硬件與軟件可以協(xié)調(diào)工作。設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示：

2 紅燈檢測(cè)單元

通過(guò)控制各車道紅燈的供電電源線是否通電，來(lái)實(shí)現(xiàn)紅燈的亮滅。紅燈檢測(cè)模塊外接各路的紅燈的電源線，檢測(cè)電源線上是否有220V的交流電信號(hào)來(lái)判斷紅燈的亮滅狀態(tài)。交通指揮燈信號(hào)機(jī)輸出的紅燈信號(hào)為220V的交流電，此時(shí)需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠把它轉(zhuǎn)換為TTL電平。紅燈檢測(cè)電路流程如圖2所示：

從交通指揮燈信號(hào)機(jī)輸出的是220V/50Hz 的交流電， 通過(guò)二級(jí)管全波整流后， 得到大約200V 的直流信號(hào)， 再經(jīng)過(guò)電阻分壓， 接著使用100uF 的電容平波， 獲得5V 左右的直流電， 加到4N25 光隔輸入端， 輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)反向器獲得5V的TTL 電平輸出，電路圖如圖3所示。

3 環(huán)形線圈車輛檢測(cè)設(shè)計(jì)

道路車輛檢測(cè)技術(shù)一般可以分為四種：線圈檢測(cè)，激光檢測(cè)，雷達(dá)檢測(cè)和視頻檢測(cè)技術(shù)，表1給出了四種車輛檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，其中利用感應(yīng)線圈來(lái)檢測(cè)車輛是否通過(guò)的技術(shù)較為成熟，也是使用最多的方法之一，本文采用環(huán)形線圈來(lái)進(jìn)行車輛的檢測(cè)。

環(huán)形線圈檢測(cè)器是基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測(cè)器。環(huán)形線圈埋設(shè)在停車線與斑馬線之間，線圈上有一定的交變電流，當(dāng)有車輛從埋設(shè)線圈的路面上行駛過(guò)時(shí)，會(huì)引起線圈回路電感量的變化，檢測(cè)器可以檢測(cè)出這個(gè)變化，那么就可以判斷出車輛的存在。

通常，檢測(cè)電感變化有兩種方式：一種是利用相位鎖存器和相位比較器來(lái)檢測(cè)相位，根據(jù)相位變化從而進(jìn)行判斷；另一種就是通過(guò)檢測(cè)由環(huán)形線圈構(gòu)成的耦合電路的振蕩頻率來(lái)判斷車輛的通過(guò)與存在，本文采用后者。該系統(tǒng)有環(huán)形線圈，耦合振蕩電路，信號(hào)整形、放大電路組成。

耦合振蕩電路采用電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路，如圖4所示。圖中，兩個(gè)反接的穩(wěn)壓管抑制正弦振蕩信號(hào)輸出在一5～+5V范圍內(nèi)，耦合變壓器原副邊匝數(shù)比為1：1，二極管P6SMB22CAT3G用于消除由靜電等原因引起的瞬間電壓影響。正弦振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器LM339AD整形后進(jìn)入信號(hào)整形與放大電路，然后輸出到微處理器的計(jì)數(shù)單元。

4 抓拍模塊設(shè)計(jì)

若路口為紅燈信號(hào)時(shí)間，此時(shí)車輛檢測(cè)器開(kāi)始工作，若有闖紅燈行為，由車輛檢測(cè)器發(fā)送抓拍信號(hào)給系統(tǒng)。紅燈信號(hào)情況下當(dāng)車輛行駛到停車線位置時(shí)（線圈1位置），相機(jī)抓拍第一張圖片，繼續(xù)行駛到線圈2位置時(shí)抓拍第二張圖片，此時(shí)圖片信息為車輛壓在停車線上，當(dāng)車輛離開(kāi)線圈2時(shí)，檢測(cè)器發(fā)送信號(hào)抓拍第三張圖片。過(guò)程如圖5所示：

（1）操作平臺(tái)選擇及軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用Linux 嵌入式開(kāi)發(fā)。Linux 開(kāi)放源碼，而且可以根據(jù)實(shí)際需要任意裁減，以最大限度滿足應(yīng)用軟件的需要具有豐富的軟件資源；內(nèi)核功能強(qiáng)大，性能高效、穩(wěn)定、多任務(wù)；支持多種體系結(jié)構(gòu)（X86，ARM，MIPS等）；支持大量的周邊硬件設(shè)備，驅(qū)動(dòng)豐富如串口標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，DM9000驅(qū)動(dòng)程序，USB Host驅(qū)動(dòng)等。

（2）路口抓拍模塊軟件設(shè)計(jì)

本模塊主要完成的任務(wù)是對(duì)違章車輛進(jìn)行抓拍。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于ARM的違章車輛抓拍系統(tǒng)運(yùn)用嵌入式技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控1～2車道的交通路口，并對(duì)闖紅燈違章車輛進(jìn)行抓拍，有效實(shí)現(xiàn)了機(jī)動(dòng)車輛闖紅燈違章行為的抓拍取證。與現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)抓拍系統(tǒng)相比具有系統(tǒng)集成更加緊湊、工作更加穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]