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¿Cómo diseñar el sistema de monitoreo de velocidad de vehículos en carretera?

1 Arquitectura general del sistema

El sistema de cámara de red integrada diseñado en este artículo es un sistema de transmisión de video en red en tiempo real basado en Internet. El objetivo principal del diseño es realizar la compresión y codificación de la información de video en tiempo real recopilada por el extremo remoto y utilizar el módulo del sistema integrado para implementar el protocolo TCP/IP y transmitirlo a través de Internet, de modo que el sistema del extremo receptor pueda recibir el vídeo en tiempo real de la red y mostrarlo al usuario nuevamente.

La plataforma de hardware de todo el sistema se compone principalmente de un módulo de procesador integrado, un módulo de adquisición de video, un chip de conversión de AD de video, un módulo de compresión de video, un módulo de reloj de energía, un chip de interfaz Ethernet, Flash, SDRAM, etc.

1.1 El módulo de controlador integrado del controlador integrado es el núcleo de control y gestión de todo el sistema, y ​​su función principal es realizar la gestión de control y programación de todo el sistema. El chip de control principal que elegimos es el S3C2510A, que es un microcontrolador RISC de 16/32 bits rentable basado en sistemas de aplicaciones Ethernet producidos por Samsung. Contiene un núcleo ARM940T de bajo consumo y alto rendimiento diseñado por ARM. Dos controladores Ethernet de 10/100 Mbps integrados; 6 canales DMA; 6 temporizadores de 32 bits; 64 puertos de E/S programables; además, hay controladores de interrupción, controladores DRAM/SDRAM y Controlador FLASH, árbitro de bus del sistema y controlador de memoria externa.

1.2 Módulo de captura de vídeo La captura de vídeo se implementa mediante una cámara frontal de alta velocidad. Este sistema utiliza la cámara integrada dis-822C de la serie Discover, que es una cámara en color dedicada a la vigilancia. Tiene un zoom óptico de 22x y un zoom digital de 220x, puede funcionar normalmente con poca iluminación, tiene fuertes capacidades de enfoque automático y también cuenta con obturador automático electrónico y balance de luz blanca. La cámara de alta velocidad envía los datos analógicos recopilados al chip de conversión de vídeo A/D para la decodificación del vídeo. Finalmente, la señal de vídeo digital obtenida se introduce en el chip de compresión de vídeo.

1.3 Módulo de compresión de video Este módulo utiliza un chip de codificación de compresión de audio y video dedicado G07007SB para completar la función de compresión de audio y video. G07007SB es el último chip de codificación de compresión de audio y vídeo multiformato lanzado por la empresa estadounidense WIS. La estructura de codificación única de G07007SB puede codificar de manera flexible audio y video que cumpla con los estándares ISO/ITU. Los formatos de salida admitidos incluyen MPEG-4, MPEG-2, MPEG-1, H.263 y formatos definidos por el usuario.

1.4 Módulo de envío de red de video Este módulo empaqueta principalmente la transmisión de video procesada por el módulo de compresión de audio y video a través de S3C2510A para generar paquetes UDP o paquetes RTP, y luego los envía a la red a través de la interfaz RJ45. El chip de interfaz de red seleccionado aquí es el RTL8201BL de Realtek, que es un controlador transceptor Ethernet con función adaptativa de 10M/100Mps. Es actualmente el chip de interfaz de red más utilizado.

1.5 El módulo de control de lentes PTZ requiere un decodificador PTZ para decodificar las señales de control del controlador integrado y el cliente remoto, y convertir las señales de control del software en señales de nivel de acción real.

1.6 Tablero de información electrónica El tablero de información electrónica utiliza tubos emisores de luz LED, que pueden ajustar automáticamente el brillo y tiene una distancia de visualización dinámica de 200 metros. Puede transmitir rápidamente condiciones de velocidad, información sobre las condiciones de la carretera y condiciones climáticas especiales a los conductores y pasajeros durante todo el día, destacando la función de servicio de la autopista.

2 Diseño de software

El sistema operativo integrado es una parte importante del sistema integrado. Proporciona una plataforma de software para el desarrollo de programas de aplicación. Aquí se elige uClinux como plataforma de desarrollo para todo el sistema. Los recursos de desarrollo basados ​​en uClinux son ricos y ayudan a construir sistemas potentes y complejos a gran escala. Otros módulos funcionales están integrados en el sistema operativo Linux, incluido el módulo de preprocesamiento y captura de video, el módulo de codificación MPEG4-4, el módulo de transmisión de protocolo RTP/RTCP, el módulo de control PTZ, etc. Lo siguiente se centra en el diseño del módulo de transmisión de datos de video y el módulo de detección de velocidad.

2.1 Transmisión de datos El proceso de transmisión de video MPEG-4 basado en RTP/RTCP es: en el lado del servidor, la transmisión de video MEPG-4 se encapsula con un encabezado RTP, un encabezado TCP y un encabezado IP respectivamente para formar el paquete IP correspondiente y luego enviar el paquete IP al extremo receptor a través de Internet. Después de que el cliente receptor recibe el paquete IP, extrae el encabezado RTP y los datos de video en orden inverso, y coloca los datos de video en el búfer para que el decodificador los decodifique y los emita de acuerdo con el número de secuencia en el encabezado RTP.

2.1.1 Encapsulación de datos de vídeo Para transmitir datos de vídeo en la red, es necesario encapsularlos y agregarles tiempo, sincronización y otra información.

2.1.2 Transmisión de datos de video El sistema Linux realiza la transmisión de datos a través de la programación de sockets. Hay tres tipos de sockets: SOCK STREAM, SOCK DGRAM y raw sockets. De acuerdo con el modelo de transmisión de red del navegador/servidor del sistema, se establecen un socket de monitoreo y un socket de control en el lado del servidor. Establezca un socket de solicitud de tipo socket y un socket de control en el cliente, que se encapsulan y transmiten a través del protocolo TCP.

2.2 La detección de velocidad es la única base para juzgar si un vehículo está acelerando, por lo que cómo obtener la velocidad es el núcleo de este sistema. Los estándares actuales de exceso de velocidad en las carreteras tienen límites de velocidad diferentes para vehículos grandes y pequeños. Actualmente existen muchos algoritmos para determinar el tipo de vehículo, algunos se basan en el color de la matrícula y otros en la longitud del vehículo. En este caso, este último se utiliza para identificar el tipo de vehículo.

El sistema utiliza un detector de vehículos de bobina toroidal. Los sistemas de detección de vehículos con bobina constan de un circuito de tierra y un detector de bobina. Incorpora dos bobinas en la parte delantera y trasera de cada carril, donde la bobina delantera se llama "bobina de velocidad" y la bobina trasera se llama "bobina de captura". Para medir la velocidad de la bobina, un método común es obtener el tiempo en que el vehículo ingresa a las dos bobinas, restar el tiempo requerido para que el vehículo pase a través de la bobina y hacer coincidir el ancho y la distancia de la bobina para obtener la velocidad del vehículo. El proceso de programación del software es el siguiente: ① Detecta el cambio de estado de la bobina 1 y registra el tiempo de entrada del vehículo dwStart. ② Detecta el cambio de la bobina y si el vehículo sale de la señal, y registra el tiempo dwEnd 1 cuando el vehículo sale de la bobina. ③Detecta el cambio de estado de la bobina 2 y registra el tiempo de entrada del vehículo dw segundos. (4) Calcule la velocidad del vehículo dbSpeed ​​​​y la longitud del vehículo dbCarLength. ⑤ Según el tipo y la velocidad del vehículo, determine si el vehículo está acelerando y tome algunas fotografías. ⑥El coche sale de la segunda bobina y toma fotografías panorámicas.

3 Conclusión

El sistema de videovigilancia de carreteras aplica de manera integral tecnología de información avanzada, tecnología de transmisión y comunicación de datos, tecnología de control electrónico y tecnología de procesamiento informático al sistema de gestión de carreteras para establecer una A real -Sistema integral de gestión de carreteras en tiempo, preciso, eficiente y de área amplia. Este artículo diseña e implementa un sistema de videovigilancia basado en ARM y Linux. En la actualidad, el sistema se ha aplicado al seguimiento de un determinado tramo de carretera, cumpliendo los requisitos de diseño y obteniendo buenos resultados de aplicación.