无线通信在智能交通系统中的应用与研究

1、 . . . 图中D2器件是ESD器件以便保护器件。图4.7 UIM 卡电路参考设计图注意：考虑到不同的卡的数据管脚输出的电流存在较大的区别，因此DATA管脚，需采用10k电阻上拉到V_CARD的电源。UIM卡电路PCB布线尽可能靠近模块，防止其他干扰源干扰UIM卡的读写操作。4.5本章小结本章主要设计硬件电路部分，包括车载终端部分和监控中心服务器。其中车载终端设备的设计是重点，车载终端包括GPS模块、3G模块、主控芯片。根据实际需求、性价比和扩展性等需求，选择使用HOLUX的GB-87模块，Sangsung公司的S3C2440主控芯片和中兴公司的MC8630模块三个主要部分。监控中心服务器硬

2、件设备需要普通的PC机和具有实现网络连接的网络设备即可实现，为了实现对车载设备的监控，需要向ISP申请具有固定接口地址的服务。 第五章 智能交通系统的软件设计5.1 嵌入式操作系统的选择嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，一般包括硬件设备、嵌入式操作系统和应用软件。关系如图5.1所示应用软件应用软件嵌入式操作系统硬件设备嵌入式处理器/外围设备图5.1 嵌入式系统的组成其中的嵌入式处理器是核心部分，将通用处理器中的许多板卡完成的任务集成到芯片部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时有很高的效率和可靠性。目前，比较常用的几种嵌入式操作系统有嵌入式linux、VxWorks、QNX、Windo

3、ws CE、Palm OS等，比较各种操作系统的特点，为车载系统选择适合的操作系统。我们从常用通用性、互操作性、可开发定制、应用领域与实时性等几个方面进行比较。表5.1 Palm OS、嵌入式Linux、Windows CE的对比嵌入式LinuxWindows CEPalm OS大小核心从几十KB到500KB,整个环境最小才100KB左右，以后还将越来越小核心占250KB的RAM和500KB的ROM,整个Windows CE操作系统大约1.5MB核心几十KB,整个环境也不大互操作性很强比较强，Windows CE通过OEW的许可协议可用于其他设备互操作性强可开发定制性用户可方便的开发定制，可自

4、由的装卸用户模块不受任何限制用户开发定制不方便，受Microsoft公司限制比较多可方便的开发定制实用性很好比较好比较好通用性不仅适应于x86芯片，并可以支持30多种CPU和多种硬件平台，开发和使用都很容易。适用于多种CPU和多种硬件平台适用于多种CPU和多种硬件平台适用的应用领域由于linux核结构与功能等原因，嵌入式linux应用领域非常广阔，特别适用于信息家电的开发应用领域较广，Windows CE是新一代非传统的PC设备而设计的，这些设备包括掌上电脑、车载电脑等应用领域广，特别适用于掌上电脑的开发5.2 嵌入式linux系统的基本结构Linux的结构框架图如图5.1所示图5.1 Lin

5、ux的结构框架图其中最主要的几个部分的功能说明如下：（1）Boot Loader：初始化硬件设备、建立存空间的映像表，从而建立适合的系统软硬件环境，为最终调试核做准备。（2）核初始化：初始化核的其他部分，已启动整个多任务环境。（3）系统调用/捕获函数：处理异步事件，为系统调用做准备。（4）设备驱动：为所控制的硬件设备提供接口。（5）文件系统：将各种文件与文件系统已完整的虚拟的文件系统的形式呈献给用户。5.3 Linux操作系统的移植所谓的移植就是把程序代码从一种环境转移到另外一种运行环境。对于核移植来说，主要是从一种硬件平台转移到另一种硬件平台上运行。对于核移植工作来说，主要是添加开发板初始化

6、和驱动程序的代码。对于软件的调试，需要双方通过串口、JTAG接口或以太网等建立，图5.2是交叉编译环境的建立示意图。图5.2 交叉编译环境的构建把Linux操作系统移植到车再端的硬件设备，主要工作有交叉编译环境的建立，Linux核的编译，文件系统的加载和嵌入式图形系统平台的构建。5.4 网络层的TCP/UDP套接字程序设计5.4.1 TCP/UDP协议对比在TCP/IP协议簇中，有很多协议，如图5.3所示图5.3 TCP/IP协议簇不同分层中的协议TCP向应用层提供可靠的面相对象的数据流传输服务，实现了从一个应用程序到另一个应用程序的数据传递。TCP是面向连接的，当计算机双方通信时必须先建立起

7、连接，然后进行数据通信，最后拆除连接三个步骤。建立连接时通过三次握手协议。UDP即用户数据包协议，是面向无连接的不可靠传输协议，不需通过3次握手来建立连接，一个UDP应用可同时作为客户方或服务器方。由于TCP协议链路的建立是通过流套接字方式，面向连接，无差错，发送顺序一致，包的长度不限和非重复的网络信息包的传输。因此是一种理想的传输方式，本文对UDP简单说明，对TCP进行详细说明。5.4.2 套接字概述在Linux中的网络编程是通过套接字接口来进行的。套接字是一种特殊的I/O接口，是一种文件描述符。Socket是一种常用的进程之间的通信机制，通过它不仅能实现本地机器上的进程之间的通信，而且通过

8、网络能够在不同机器上的进程之间进行通信。每一个socket都用一个半相关描述（协议、本地地址、本地端口）来表示；一个完整的套接字则用一个相关描述协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口来表示。Socket也有一个类似于打开文件的函数调用，该函数返回一个整型的socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过socket来实现的。17常见的socket有3种类型：（1）流式套接字。SOCK-STREAM提供可靠的、面向连接的通信流；它使用TCP,从而保证了数据传输的可靠性和顺序性。（2）数据报套接字。SOCK-DGRAM定义了一种不可靠、面向无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传

9、输，是无序的并且不保证是可靠、无差错的。它使用数据报协议UDP。（3）原始套接字。SOCK-RAM允许对底层协议如IP或ICMP进行直接访问，它功能强大但使用较为不便，主要用于协议的开发。185.4.3套接字编程Socket编程的基本函数有socket（）、bind（）、listen（）、accept（）、send（）、sendto（）、recv（）、以与recvfrom（）等，其中根据客户端还是服务器，或是根据TCP还是UDP，这些函数的调用流程都有区别，各种情况的使用流程图如下：服务器 客户端图5.4 使用TCP socket编程流程图 服务器端 客户端图5.5 使用UDP socket编

10、程流程图Socket（）：建立一个套接字，一条通信线路的端点。建立之后可对sockaddr或sockaddr-in结构进行初始化，以保存所建立的socket地址信息。Bind（）：用于将sockaddr结构的地址信息与套接字相绑定，主要用于TCP连接，在UDP的连接中则务必要。Listen（）：在服务器程序建立bind连接绑定后，创建一个等待列队，在其中存放未处理的客户端连接请求。Accept（）：等待并接受客户端的连接请求。通常从listen的等待列队中去除第一个未处理的连接请求。Connect（）：通过一个未命名套接字和服务器监听套接字之间建立连接的方法连接到服务器。Send（）和recv

11、（）：发送和接受数据，可以用在TCP和UDP中。Sendto（）和recvfrom（）：作用类似于send（）和recv（），也可用在TCP和UDP中。当用在TCP中时，后边的地址参数不起作用，作用等同于send（）和recv（）；当用在UDP时，可用在之前没使用connect（）的情况下，这两个函数可以自动寻找地址并进行连接。5.5 TCP客户端程序设计TCP的连接通过流式套接字实现，设计采用TCP方式实现与网络层的连接，车载系统建立连接后，得到服务器的响应，收到动态分配的IP地址，车载端只需要进行客户端的程序设计，车载系统与控制中心的连接程序流程如图5.6所示。19图5.6 TCP车载端程

12、序流程第六章 总结与展望6.1总结无线通信技术在智能交通系统中的应用与研究具有重要的理论价值和实际应用价值。近几年来通信产业迅猛发展,通信技术日新月异,未来车辆交通的发展离不开通信技术的发展。参考查阅很多相关资料后，对GPS技术和3G技术进行了分析和研究，利用常用的无线通信模块搭建了车载终端的硬件电路，并对软件部分的设计做了详细的介绍。由GPS模块采集公交车实时位置经纬度信息，车载摄像头采集车实时状况，把经纬度信息和录像信息通过主控芯片传输到3G模块，由3G模块发送到移动网络，由移动网络发送到互联网，监控中心通过监听端口，从Internet获得车载终端发送的实时数据，根据收到的数据对车辆进行实

13、时监控。监控中心的设计的智能交通系统可以实现自动报站，方便了司机师傅和广大市民，提高了公交车辆的运行效率，改善了交通部门的服务质量。6.2 展望随着科学技术的发展，人们的生活水平越来越高，对生活品质的要求也越来越高，无线通信技术可以让我们的生活更智能、更便捷。近几年无线通信技术的发展也是日新月异的，无线通信技术和交通车辆的结合势在必行，在不远的将来一定可以给人类带来更方便快捷的生活。参考文献1王志军,智能化高速道路交通管制系统研究D.:中国民用航空学院,2006.2泳文,基于3G网络的智能交通视频监控系统的设计与实现D.:东华大学,2012.3舒俊,Android手机低功耗GPS导航软件设计与

14、实现J.电子设计工程,2013,第5期:106-109.4蒙琳,GPS原理与应用J.大学教育,2012,第4期:25-28.5 林霁, DGPS差分信息传输协议研究D.:海事大学,2010.6罗鹏, 基于3S技术的青藏高原典型湖泊演化研究以扎日南木错为例D.:长安大学电力系统与自动化,2007.7巍,基于ARM9的嵌入式汽车导航与防盗系统的设计D.:海事大学,2009.8王茹,GSM核心网向软交换的演进J.科技创新导报,2007,第35期:5-9.9丁同锋,CDMA2000 1X网络优化D.:邮电大学,2010.10斌,CDMA2000-1X+MLAN+Mobile IP:实现无线互联和自由移

15、动 A;省通信学会学术年会C;2005.11志武,智能公交调度管理系统的研究与实现D.东北大学,2007.12王鑫,车辆动态监控/调度实验系统用无线传输系统的研发D.交通大学,2005.13臧雨霖,无线通信在智能交通系统中的应用与研究D.：同济大学电子与信息工程学院,2007.14良,基于ARM的智能公交车载终端的设计与开发D.:大学,2009.15嘉凯,基于嵌入式Linux的网络视频监控系统的研究与设计D.:大学,2012.16志鲁,基于MX27的3G无线视频监控系统的设计与实现J.电视技术,2011,第9期:78-82.17阮洪富,基于ARM的以太网抄表系统与控制器设计D.大学,2004.18登裕,行车安全保障集成信息系统的软件开发机调试D.长安大学,2010.19苍明,嵌入式Linux应用开发教程M.,人民邮电,2011:219-231.20Samsung Electronics.S3C2440X 32-BIT RISC MICROPROCESSOR SUERS MANUAL.Revision 1.2.2003.4.辞在毕业设计