基于FPGA的智能营区防冲击系统设计

引言

　　近年来，国际国内安全形势不容乐观，恐怖活动呈上升趋势。因种种问题冲击政府、军队、企业的事件逐年增多，其中就有恐怖分子利用汽车为作案工具携带爆炸装置冲入目标单位引爆，造成伤亡的案例。如何才能对犯罪嫌疑车辆实施迅速有效的设卡拦截，给公安、武警提出了新的课题，提高智能拦截性已经是当务之急。通过调研发现，国内大多数营区的营门安防措施较为单一，防御车辆冲击设备基本为减速带、阻车钉等，而且阻车钉均为有线、或无线遥控式触发。由于恐怖活动事发突然，汽车快速闯入营区，值守人员来不及做出反应，阻车钉不能在适当时机弹出。因此，为确保政府、军队、企业等目标单位安全，设计一种营区防冲击系统，通过模拟线圈感应、车牌识别、车辆测速、系统控制、预警警告等技术使阻车钉自动弹出，可以对恐怖分子驾车冲击营区实施有效的拦截。

　　1 系统实现框图及各部分工作原理

　　1．1 智能营区防冲击管理系统方案

　　政府、军队、企业等单位一般都设有车辆出入专用车道，且都有警卫人员，如图1所示。

 

 

图1 车辆出入营门管理系统示意图

　　当车辆行驶至营门出入口处10 m，即图1中的虚拟线圈感应区时，摄像机自动检测车辆的车牌信息。其基本流程为：车辆是否为本单位车辆→阻车钉是否弹出。经判断后，对出入营区的车辆分以下三种情况来处理：

　　(1)本单位车辆

　　当车辆到达虚拟线圈感应区时，系统即自动识别该车车牌，并判断是否为本单位车辆，若是本单位车辆，系统清零，摄像机复位，测速设备不工作，系统处闲置状态。

　　(2)临时车辆

　　当车辆到达虚拟线圈感应区时，系统判断非本单位车辆，自动抓拍，营区值班员招停，并作好信息登记后，向驾驶员发出慢速驶入营区指令。如果该车未听指令加速行驶，系统设有两道测速线，车辆驶过第一道测速线，若超过限速，系统迅速弹出立即减速警示牌并警铃报警，提示驾驶员减速；车辆驶过第二道测速线，若未减速仍超过限速，阻车钉弹出，示为危险车辆。

　　(3)特殊车辆

　　特殊车辆包括军车、警车、救护车等，营门值班人员可根据实际情况做出相应处理。

　　1．2 智能营区防冲击系统的基本框图

　　本文所论述的营区防冲击系统理论上主要是基于FPGA和DSP系统设计的。利用FPGA来实现图像及速度信号的采集与传输，系统的整体控制等操作。利用DSP的快速运算能力来实现车牌的识别。该系统的基本框图如图2所示。

 

图2 系统的基本框图

　　摄像机不断地往视频解码芯片A／D里传输监控视频流。当车辆经过触发线时，触发车辆检测器，检测器给FPGA一个检测脉冲，触发FPGA从视频流中截取一帧图像。FPGA缓存一行的图像数据，行满时利用中断通知DSP获取图像。DSP利用EDMA从FPGA中获取图像数据，当接收完一帧的图像数据后，以帧为单位，启动算法开始对图像进行处理。获得结果被写入FPGA中与存储数据对比。测速信号由测速传感器发送至FPGA中，在FPGA内部直接处理，后根据判断结果，发出控制信号决定警报器是否报警或阻车钉是否弹出。

　　1．3 智能营区防冲击系统的硬件平台设计

　　目前，应用于模式识别、系统测速等设计方案大都采用两片甚至更多微处理器的主从式结构，一片负责高速数据采集任务，一片负责完成复杂的信号处理，如FPGA+DSP、ARM+DSP等。本文主要涉及的关键技术有模拟线圈感应设计、车牌自动识别设计、汽车红外光测速设计等，考虑到营门区车流量较小，数据处理流量不大，但系统模块化程度高等特点，结合FPGA+DSP结构特点，采用了Xilinx公司Virtex 5系列的XC5VSX50T芯片。如图2所示。Virtex 5系列是第一个充分发挥了65 nm工艺性能、密度和成本优势的FPGA系列产品，提供550 MHz DSP48ESl-ice逻辑片支持，内置有25×18MAC，能够在资源使用率低于50 ％的情况下实现单精度浮点运算。其特点是：速度等级更高、功耗更低、嵌入式处理器能力更强、DSP计算能力更大、简化了外部接口设计、成本进一步降俯。因此根据既要完成系统控制和数据采集任务，也要完成复杂的信号处理的要求，该芯片达到系统需求，符合成本低、重量轻、功耗小等要求。