２０１２年９月 第３３卷第９期 计算机工程与设计
ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ Ｓｅｐｔ．２０１２ Ｖｏ１．３３ ＮＯ．９
基于嵌人式的新型停车场智能控制器
李 浩 。，熊运余 ，吴志红
（１．四川大学计算机学院，四川成都６１００６４；
２．四川大学视觉合成图形图像技术重点学科实验室，四川成都６１０Ｏ６４）
摘要：分析了传统的基于ＰＣ的停车场控制器后发现，传统的停车场控制器具有受停车场规模的限制，布线复杂，以及
未考虑到保障车辆在停车场中安全等缺点。为解决这些缺点，新型的停车场控制器采用嵌入式ＡＲＭ系统来保证实时性和
可靠性提高集成度，同时集成了ｓＡＡ７１１５视频解码芯片，实现了实时补光选优算法，并支持后端车牌号牌自动识别，从
而提供停车场内车辆的安全保障。经过大量测试和实际使用证明了该智能控制器具有高可靠性、稳定性以及很好的安全保
障能力因此能够很好替代现有的传统停车场控制器。
关键词：ＡＲＭ（高性能精简指令集处理器）；嵌入式系统；停车场；图像采集；计算机网络
中图法分类号：ＴＰ３９９ 文献标识号：Ａ 文章编号：１０００—７０２４（２０１２）０９—３３９１—０６
Ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｐａｒｋｉｎｇ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩ Ｈａｏ ，ＸＩＯＮＧ Ｙｕｎ－ｙｕ ，－。ＷＵ Ｚｈｉ—ｈｏｎｇ ，
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６４，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｖｉｓｉｏｎ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐａｒｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＣ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｓｏｍｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｌｉｍｉｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ
ｐａｒｋｉｎｇ ｌｏｔ，ｗｉｒｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ｉｇｎｏｒｅｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｃａｒｓ ｉｎ ｐａｒｋｉｎｇ ｌｏｔ．Ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｉｓ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｐａｒｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｕｓｅｓ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＡＲＭ（ａｄｖａｎｃｅｄ ＲＩＳＣ ｍａｃｈｉｎｅｓ）ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ
ｉｔ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｔｈｅ ＳＡＡ７ １ １ ５ ｖｉｄｅｏ ｉｎｐｕｔ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｆｍ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ
ｂａｃｋ－ｅｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｌｉｃｅｎｓｅ ｐｌａｔｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒ ｔｈａｔ ｐａｒｋ ｉｎ ｐａｒｋｉｎｇ ｌｏｔ．Ｂｙ ａ ｇｒｅａｔ ｄｅａｌ ｏｆ ｔｅｓｔｓ
ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｉｅｓ，ｉｔ ｉｓ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ＰＩＣ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｔｏ ｉｎ—
ｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐａｒｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ（ａｄｖａｎｃｅｄ ＲＩＳＣ ｍａｃｈｉｎｅｓ）；ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ；ｐａｒｋｉｎｇ ｌｏｔ；ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｈｕｍａｎ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；
ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ
０引 言
随着车辆的人均占有率逐年增加，“停车难”已经成为 许多城市的突出问题。城市车辆的增多，对停车场控制系
统要求也越来越高。目前大多数的停车场解决方案中的控
制器均是基于ＰＣ的＿＿】］。基于ＰＣ的停车场控制器逐渐不适
应当前的复杂的停车环境尤其像小区及各大中院校。传统
基于ＰＣ的停车控制器在工作模式上，只能应付小型停车场
的一进一出工作模式，而对大型的多进多出模式的停车 场 。 则很难起到管理作用。在功能上，功能核心只是控制
道闸、放行车辆以及计费功能，但是对车辆的安全监控则 不是太关注 ］，对进入停车场的车辆不能起到有力的安全
保障功能。
１新型嵌入式停车场控制器
为了解决当前传统停车场控制器存在的不足，本设 计采用￥３Ｃ２４４０（ＡＲＭ９２０Ｔ）嵌入式处理器芯片作为
停车场智能控制器（ｐａｒｋ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＰＩＣ）的
收稿日期：２Ｏｌｌ一０９—１９；修订日期：２０１１—１２－０９ 基金项目：国家自然科学基金项目（６０８３２０１１）；国家９７３重点基础研究发展计划基金项目（２００９ＣＢ３２０８０３）；四川大学青年教师科研启动 基金项目（２００９ｓｃｕｌ１０３５） 作者简介：李浩（１９８８一），男，云南昆明人，硕士，研究方向为嵌入式系统、图形图像处理；熊运余（１９７９一），男，四川广安人，博士， 研究方向为计算机视觉、智能视频分析、嵌入式软件；吴志红（１９６４一），女，北京人，副教授，硕士生导师，研究方向为智能系统与信息 处理、嵌入式系统。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｚｈｉ
ｈｏｎｇ＠ＳＣＵ．ｅｄｕ．ｃｎ 第３３卷第９期 李浩，熊运余，吴志红：基于嵌入式的新型停车场智能控制器
另外，ＰＩＣ中还集成了ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ，能够在不使用网
络的脱机状态下为小型的一进一出停车场提供管理服务。
３嵌入式终端ＰＩＣ的设计
ＰＩＣ软件平台采用经裁剪的嵌入式Ｌｉｎｕｘ２．６．２８．７作为
操作系统。应用程序的开发使用轻量级的ＱＴ／Ｅ作为开发
工具，这样不仅能够做到紧凑、轻量，同时有很好的跨平
台性 。一 。
３．１车辆信息采集和补光灯同步
为了达到对停车场安全监控的目的，ＰＩＣ上集成了车
辆信息采集的功能。当车辆进出停车场时，会触发ＰＩＣ的
ＣＣＢ摄像机对目标车辆进行连续抓拍。抓拍后的数据会通
过ＳＡＡ７１１５视频解码芯片进行解码转换为ＩＴＵ－Ｒ ＢＴ．６０１／
６５６ ＹＣｂＣｒ ８比特标准的图像数据，然后将该数据作为输入
送到ｓ３Ｃ２４４０的ＣＡＭＩＦ接口。 ￥３Ｃ２４４０ ＣＡＭＩＦ接口可以采集最大分辨率为４０９６＊
４０９６像素的图像。同时提供两种数据：Ｐ端口模式，将采
集的数据按照ＲＧＢ数据格式进行编码，通过ＤＭＡ方式进
行传输到内存；另一种是Ｃ端口模式，将采集的数据使用
ＹＣｂＣｒ格式进行编码，然后使用ＤＭＡ方式传输到内存。
通过ＣＣＢ摄像机对车辆数据进行抓拍，实现对车辆信息
的采集。
但是图像采集很容易受到天气的影响，在无光照、夜
间或者逆光的情况下，采集到图像会因为补光不足造成无
法捕捉到车辆信息同时给后续的车牌识别造成影响，为解
决这个问题，本文的做法是使用补光灯，当补光灯点亮时
则对进出车辆进行连续抓拍，然后对最优帧进行选取的补
光灯同步方法。
在选取最优帧时，过多的处理会给系统的实时性带来
影响。为了快速的获取到补光效果最好的一帧，本文设计
了一种简单而快速的最优帧选取的方法：在采集的一组图
像中，先选取一帧作为基准，然后在该帧中随机选取一个
较小的区域作为比对区域，将该区域映射到其它的帧中。
然后将这些帧中比对区域中的相同位置的ＹＣｂＣｒ像素点中
的Ｙ分量进行比较，统计一帧中Ｙ分量值为相同位置最高
的像素点数量。最后获得统计值最高的一帧，则将该帧作
为最优帧选取出来。以下为最优帧选取的伪代码：
Ｂｅｇｉｎ
连续抓拍 张车辆信息ｂｕｆ［ ］
选取一张片的某个区域Ｍ
定义一个数组ｂｅｔｔｅｒ［ ］
Ｒｅｐｅａｔ
比较 张图片中区域Ｍ中同一像素点的Ｙ分量
找出Ｙ值最大的一张ｚ
Ｂｅｔｔｅｒ ｒ 一１］＋＋
Ｕｎｔｉｌ Ｍ中所有像素点均比较过 返回ｂａｔｔｅｒ［］中值最大的一个ｂａｔｔｅｒ［ ］的下标
连续抓拍的第 ＋１张ｂｕｆ［ ］就是最优帧
ＥＮＤ 使用这种以上的这种方法能够在很短时间内挑选出效
果最好的一帧作为车辆图像以及作为输入提供给控制主机
进行车牌识别。经过实验，该最优帧选取算法在￥３Ｃ２４４ｏ
处理器下能够达到１秒２５帧的处理能力，能够保证停车场
进出的实时性要求。
在设计时发现，车辆进出停车场时，所需时间为车辆
信息采集，号牌识别和如取卡这种必要行为所需时间。由
于车辆信息采集能够达到１秒２５帧，可以达到实施要求，
进出停车场必要行为如取卡的耗时可以在车辆进入停车场
时并行执行。所以由此可以知道，号牌识别是整个系统主
要耗时所在，也是能否保证进出门实时性要求的关键。
由于号牌识别算法的准确性和复杂度不同，所需时间
也不同，给系统的实时性会造成很大的影响。所以在设计
时为了达到号牌识别的准确性，使用后端控制主机做辅助
号牌识别，采集的车辆图片异步的在控制主机上进行号牌
识别。识别后再和车辆信息进行关联，这样就即能保证停
车场车辆进出的实时性要求，又能获得较高的车牌识别准
确度。另外，当ＰＩＣ脱机使用时，在应用程序端也能使用
一些复杂度不太高的号牌识别方法来保证车辆的实时进出。
３．２ ＰＩＣ主程序交互问题考虑
对于停车场来说，车辆的进出会导致车主或者值班人
员与停车场控制器频繁的交互，势必ＰＩＣ的主控程序必须
具有很好的交互性。
对于交互问题，在设计中使用应用程序使用轻量级图
形开发库ＱＴ／Ｅ开发界面并且使用ＭＶＣ［１０－１１￣对系统进行建
模。把停车场中能够将信息进行输出的对象抽象出来，定
义为ＭＶＣ中的Ｖｉｅｗ；抽象出车辆进出停车场时车辆等信
息，把它作为Ｍｏｄｅｌ对象来处理。另外，需要建立一个协
调输入信息和输出信息的Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ。在ＱＴ／Ｅ中ＱＡｐｌｉｃａ—
ｔｉｏｎ类在其生命周期中只存在一个实例，很适合用来定义
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ。
在ＭＶＣ中变更传递机制是维护交互式软件的关键技
术，也是实现和保证Ｍｏｄｅｌ，Ｖｉｅｗ和Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ三者之间
数据同步的基础。图３给出了车辆进出后，数据模型、视
图和控制器之间变更传递机制的动态描述。
由于ＭＶＣ模式的使用，提高了应用程序的交互性，
从而能为停车场安全监控提供支持。当车辆离开在停车场
时系统会和值班人员发生很多交互，尤其是非注册车辆离
开时如图４所示。利用ＭＶＣ设计模式就能够让人机交互更
方便，容易如图５所示。
然而使用ＭＶＣ模式会引入一些多余的系统开销，但
是在权衡系统的交互性、扩展性与系统开销之间的利弊时，
最终还是用系统开销来换取交互性和扩展性，以方便后续