公交車后門智能控制系統設計

胡靜波

(寶雞文理學院 電子電氣工程學院，寶雞 721016)

公交車后門智能控制系統設計

胡靜波

(寶雞文理學院 電子電氣工程學院，寶雞 721016)

為實現公交車后門智能自動控制，避免由司機人為控制因素所引發的事故，研究設計了基于ARM處理器實現的結合機器視覺的后門智能控制系統。系統以三星的S3C2440芯片為控制器，由視頻采集模塊、開關控制模塊、語音報警電路模塊、Linux 2.6.32內核及人體識別算法等軟硬件構成，實現對公交系統后門智能控制。系統通過仿真調試，運行可靠、控制準確，具有一定的推廣價值。

公交車； ARM處理器； 嵌入式； 智能控制； 識別算法

0 引言

隨著城市建設的高速發展，現代化進程步伐的加快[1]，公交車已經成為人們日常出行不可或缺的通行方式，公交車配套的智能化設施已經成為一種發展趨勢。現有公交車在運行過程中，多采用無人售票方式，基本屬于一人(司機)一車負責制，司機既要兼顧前門上車投幣，又要兼顧后門下車開關門等現象，由于個人精力有限，必然會造成疏忽，甚至出現車輛啟動忘關車門，關門夾人等危險，因此僅靠司機人為去判斷后門開關是不夠完備的，需要改進。

1 控制系統總體結構及工作原理

1.1 控制系統總體結構

為了實現公交車能根據上下車人員情況智能判斷開關后門，實現公交車后門的無人智能控制。整個系統根據需求具體定制，在軟、硬件上“量身定做”以提高效率，最終實現實時性控制[2]。

系統采用三星公司的ARM處理芯片 S3C2440作為主控制器控制整個系統流程，硬件部分由進行視頻數據采集、視頻解碼和模數信號轉換并將數據發送ARM處理器的多媒體處理擴展模塊，ARM處理器上同時連接有存儲模塊、電源及復位模塊、車門開/關控制模塊、接口及數據控制模塊等外圍硬件設備構成。軟件部分由移植的嵌入式操作系統Linux2.6.32內核及智能人體識別判定算法構成。ARM處理器作為控制核心，Linux內核作為操作系統，軟硬件集成，設計簡單，控制方便，總體實現對公交車后門開啟及其運行控制，如圖1所示。

圖1 系統結構原理框圖

1.2 硬件系統

如圖2所示系統硬件平臺以ARM9的S3C2440處理器作為硬件核心，S3C2440是著名半導體公司Samsung推出的一款32位RISC處理器。S3C 2440的內核基于ARM920T，帶有MMU功能，主頻400 MHz，最高533Mz，可以支持Linux、WinCE 等主流嵌入式操作系統。具有AMBA總線結構，16KB指令Cache和16KB的數據Cache，117個通用IO，24路外部中斷，LCD控制器(支持STN和TFT)等[3-4]。該硬件系統以S3C2440處理器為控制核心，連接圖像采集模塊及必要的外圍設備，如存儲設備、車門開/關控制模塊、語音提示等模塊。其中圖像采集模塊實現圖像采集、編解碼和幀圖的預處理；車門開/關控制模塊實現后門開關控制；電源與復位及接口模塊為整個系統提供電能、系統復位和實現相應接口功能；存儲模塊主要保證高效穩定的運行和存儲環境。

圖2 硬件系統結構圖

1.3 軟件系統

在嵌入式系統軟件雖然可以不需要操作系統。但是為了適應現今復雜和智能化的嵌入式應用，保證程序執行的可靠性，減少開發時間，保障軟件質量，越來越多的嵌入式系統開始使用嵌入式操作系統[4]。嵌入式操作系統作為嵌入式系統中的重要組成部分，是系統功能的外在體現，它控制著整個系統的所有資源并為嵌入式應用程序的開發提供了豐富的應用編程接口(API)，并在跨平臺交叉開發工具的支持下，簡化了嵌入式應用程序設計，保障了軟件的質量和縮短了開發周期。在提高嵌入式系統的可靠性、安全性、可擴展性、功能性、靈活性和可管理性上，嵌入式操作系統都是嵌入式系統中不可或缺的系統軟件[5-6]。

所以軟件部分操作系統層移植滿足應用并經裁剪的Linux2.6.32內核，實現整個系統軟硬件的管理、協調、調度與控制，而應用軟件層則是燒寫的圖像采集和智能處理等算法鏡像文件。操作系統層Linux內核軟件開發流程，如圖3所示。主要在交叉編譯系統下完成，實現Linux內核的裁剪與移植。圖像采集與處理流程，展現視頻幀圖的采集與處理的具體流程，實現公交后門圖像采集及識別的過程，如圖4所示。

1.4 工作原理

ARM的S3C2440 處理器主要實現對整個系統運行的管理和控制。系統在公交車進站后觸發開門控制信號，同時通過公交后門頂部的圖像采集設備采集視頻圖像，視頻數據經視頻模塊預處理后傳給系統平臺，系統平臺內置智能人體識別判定算法啟動，進行有無下車人員判定，若后門3秒內無人下車將觸發語音提示模塊，提示結束后5秒觸發關門信號，則公交后門實現智能關閉動作。若此期間視頻判定再次有下車人員，則再次滯后5秒并循環進入觸發語音提示與觸發關門操作。

圖3 Linux內核軟件開發流程

圖4 圖像采集與處理流程

2 調試與運行過程

調試過程需要在交叉編譯環境下來實現，上位機主頻配置為2.0 GHz，內存4 GHz，ARM平臺采用Samsung的 S3C2440芯片，運行最大頻率533 GHz。

本文通過上位機建立Bootload引導程序、文件系統、下載并裁剪Linux操作系統內核并在ARM存儲器上建立應用程序分區，最后再交叉編譯將Bootload、文件系統、裁剪后的Linux操作系統內核及應用程序鏡像燒寫到ARM存儲分區中去。完成以上工作后，ARM系統平臺上電運行，實現視頻圖像采集及智能判定，信號傳遞控制滿足實際運行需求，設計合理符合控制要求。

3 總結

本設計是基于目前公交車運行中的實際問題提出的一種設計方案，是基于三星公司的S3C2440處理器設計的嵌入式公交后門智能控制系統，該設計具有體積小、功耗低、抗干擾能力強和處理速度快等優點，具有較強的現實意義，市場前景廣闊。

[1] 衛建華，鄧華華等. 基于ARM嵌入式視頻采集系統的設計與實現[J].現代電子技術，2016.3:30-34.

[2] 王旭宇，郭曉寧. 一種通用可視化嵌入式應用開發平臺的設計與實現[J]. 電力系統保護與控制，2016.13：151-155.

[3] 賀丹丹，張帆，劉峰．嵌入式Linux系統開發教程[M]．北京：清華大學出版社，2010.

[4] 邵建松. 基于嵌入式Linux的網絡視頻監控系統設計[D]. 石家莊：河北科技大學，2013.

[5] 于紅旗，徐欣，刁節,等．ARM嵌入式系統設計與實踐[M]．北京．清華大學出版社，2015.

[6] 許真珠. 利用嵌入式Internet實現海洋環境無線遠程監控系統[J].艦船科學技術，2017(4):133-135.

Design of Intelligent Control System for the Bus Back Door

Hu Jingbo

(School of Electronics and Electric Engineering, Baoji University Arts and Science, Baoji 721016, China)

In order to realize intelligent automatic of the back door of bus, and avoid accidents by artificial control of the driver, the present study designs a back door control system combined with machine vision and based on ARM processors. The system has a controller with S3C2440 chip and includes a series of hardware and software, such as video capture module, switch control module, voice alarm module, Linux 2.6.32 kernel and recognition algorithms. The system realizes intelligent control for the bus back door. The system has been verified by simulation debugging, and proven to be reliable, accurate. Therefore, it is of certain promotional value.

Bus; ARM processors; Embedded; Intelligent control; Recognition algorithms

陜西省教育廳專項科研計劃項目(15JK1040)；寶雞市科學技術研究與發展計劃項目(15RKX-1-5-6)；寶雞文理學院重點項目(ZK16013)

胡靜波(1979-)，男，鄭州，碩士，講師，研究方向：機器視覺及嵌入式系統.

1007-757X(2017)06-0027-03

TN919.82

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2016.10.15)