基于GPS和3G技术的智能公交终端设计

随着经济的发展，城市公交事业有了迅猛的发展，主要表现在：车辆变靓，站点增加，营运时间延长，线路增多，市民出行时已感到这种可喜的变化。但随着生活节奏的加快，对生活品质要求的提高，乘客们早已不能满足于现有的服务质量。

乘客的服务要求不仅体现在乘车过程中，还体现在乘车前后;不仅需要有车乘，而且需要乘好车、好乘车。这些多层次、多元化的需求都是传统运营模式、调度方式所无法做到的，只有智能公交系统的实施才能够从根本上解决这些问题。

智能公交系统的实施，不仅可以给乘客带来巨大的利益，提升城市形象，还以为公交企业节约大量经营成本，提高科学管理水平。因此智能公交系统的建设着重大的社会效益和经济效益。

智能公交系统由以下几部分组成：

1)车载设备子系统，简称“车载终端”;

2)车站智能电子站牌子系统;

3)公交管理系统。

文中主要以车载设备子系统——车载终端为研究对象展开论述。

1 系统整体方案设计

文中研究的是一种基于GPS和3G的智能公交终端，简而言之就是研究车体部分车载终端设备。本文的研究主要分3大部分：视频监控部分;GPS定位部分;通过现有3G网络传输部分。

视频监控部分，主要是在车厢外部设置2个摄像头，车厢内部设置4个摄像头。车厢外部在车的前后各设置一个摄像头，用来监控车体的前后车况，为交通意外发生后的责任判定提供有力证据。

车厢内部在司机处设置1个摄像头，用来监控司机是否有打电话，闲聊等违规操作;在票箱处设置1个摄像头，用来监控偷票漏票现象;在车体中间设置1个摄像头，用来防止乘客碰瓷索赔，车内偷盗等，减少公交车上的犯罪率。下客门设置1个摄像头，用来观看乘客下车情况，乘客是否全都下车，是否有乘客从后门上车等逃票现象。

GPS定位部分，实现完善的导航功能。通过GPS全球定位系统确定公交车所在位置信息，把公交车所在的位置，路况信息可以实时的传送到PC机监控端，这样对车辆的调度起到关键的作用。

3G网络传输部分，近年来我国的3G网络已经很成熟了，可以高效的传输视频信息，本系统就是通过3C网络将公交车上采集到的视频信息和CPS信息传输到控制端，实现公交车运行时的全程监控。系统整体设计方案如图1所示。

2 系统硬件设计

硬件设计上，本系统采用ARM微处理器S3C2440芯片作为主控芯片，系统为存储扩展了128MB的NANDFLASH和64MB的SDBAM，这样可以更好的储存视频信息。系统的外围扩展模块包括通用USB摄像头、GPS模块、3G模块和LCD显示屏。系统的硬件框图如图2所示。

2.1 主控芯片的选择

本系统设计的监控终端要求多路传输，实时性强，低功耗等特点。因此本系统的主控芯片选择了内核为ARM920T的ARM9处理器。由于S3C2440芯片应用比较广泛，片内资源丰富，资料齐全，价格适中，所以选择它作为系统的微处理器。

该处理器是一款基于RISC的32位微处理器，工作频率为400 MHz，最高可达533 MHz，满足了举系统对处理速度的要求，同时该处理器还集成了丰富的通信接口和控制器，有效地降低了系统的复杂度，为系统开发提供了良好的硬件平台。

2.2 摄像头模块的选型与连接

文中采用的是动态视频形式的监控方式。选用的是网眼V2000摄像头，其图像传感器和数字信号处理芯片为Omnivision公司的OV7620和OV511它的成像速度快、图片质量高、成本低，具有良好的通用性。

其采用USB接口，不需要视频卡，可即插即用，使用方使，图像精晰连贯，马赛克比率低。为视频的良好录制提供了可靠的硬件基础。网眼V2000摄像头通过其USB接口直接与CPU上集成的USBHost接口相连。

OV7620是一款高集成度、高分辨率的彩色图像传感器。其分辨率为640x480，传输速率可达30帧/秒。OV7620的控制采用SCCB(Serial Camera Control Bus)协议，可利用其SCCB(Serial Camera Control Bus)接口完成对它的有关设置和读取图像数据。

OV511是摄像头的主控芯片，其片内的高性能压缩引擎可使图像的压缩比达到7：1，保证了从图像传感器到主控制器的快速图像传输。

2.3 GPS模块的选型与连接

本系统的GPS模块采用的是HOLUX的GB-87模块。该模块支持NMEA0183协议，支持V3.3-V5.5电压输入，TTL接口电平，波特率可置。

在本系统中，GR-87模块通过6PIN排线与主板相连，1脚为电源输入脚，接5 V电源，2、3脚为GPS模块的数据接收和发送，5脚接地。

工作时，GPS模块串口2与主控制器S3C2440进行通信，通过设置模块定时输出GPS定位数据，由主控制器对GPS数据进行处理，提取出经纬度，时间等有用信息，为自动报站及正点考核提供可靠数据，保证报站及正点考核功能的实现。

2.4 3G模块的选型与连接

根据无线接口技术的不同，现有3G技术可以分为联通的WCDMA技术，电信的CDMA2000技术和移动的TD-SCDMA技术。

考虑到传输带宽、网络稳定性、实用性等因素，本系统采用电信CDMA2000作为无线网络传输，采用中兴公司的MC8630模块作为视频数据传输模块。

MC8630模块具有语音、短信、数据业务和GPS等功能，工作频段为800MHz，通过双天线接收分集技术和均衡技术，上行速率最高可达3.1 Mbit/s下行速率最高可达3.1 Mbit/s。可以通过USB接口将MC8630模块连接到MIN2440(S3C2440为主芯片的开发板)处理器上，实现封装后的视频数据传输。

3 系统软件设计

目前常见的嵌入式操作系统主要有WinCE、Linux、Vxworks等几种。其中Linux操作系统的源码完全开放。由于其自身具有高效稳定、网络资源丰富、内核小、执行速度快，可移植性好等优点，被广泛应用于嵌入式系统领域。所以，选择嵌入式Linux操作系统作为本系统的软件开发平台。

在软件设计方面，首先需要在单片机和PC机之间建立交叉编译环境，用来编译引导程序和Linux内核。然后完成引导程序Bootloa der的移植;配置和编译Linux内核;制作根文件系统以及底层驱动程序。