張小丹

（中國(guó)鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司科研所，工程師 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

客車(chē)車(chē)廂音視頻記錄儀的投入使用，顯著提高了公安偵破列車(chē)盜竊案件的效率，有效改善了客運(yùn)安全現(xiàn)狀，為旅客安全出行提供了又一重要保障。但在使用過(guò)程中對(duì)視頻的回放和提取不夠便捷。視頻查看大多以取卡，在電腦中回放調(diào)閱為主，也可以使用公安人員手機(jī)現(xiàn)場(chǎng)利用無(wú)線(xiàn)信號(hào)查看，但是沒(méi)有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的設(shè)備去查看和調(diào)閱圖像，這就造成圖像查看不夠及時(shí)，影響列車(chē)車(chē)廂音視頻記錄儀的高效使用。同時(shí)個(gè)人手機(jī)無(wú)線(xiàn)查看視頻的方式影響到視頻的保密性，會(huì)造成很多不便。

本文介紹所研制的專(zhuān)用于客車(chē)車(chē)廂記錄儀的手持終端設(shè)備，能夠克服上述弊端，進(jìn)一步提高客車(chē)音視頻記錄儀的使用效率和效果。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 硬件設(shè)計(jì)思路 研究手持平板設(shè)備的硬件構(gòu)成和原理，根據(jù)需要定制硬件平臺(tái)，并且定制滿(mǎn)足客車(chē)車(chē)廂音視頻記錄儀手持設(shè)備的實(shí)際要求。

1.2 硬件組成及工作原理 硬件部分的設(shè)計(jì)類(lèi)似于市場(chǎng)上的平板電腦，包括供電電路、CPU電路、液晶顯示電路、觸摸屏控制電路、內(nèi)存DDR電路、TF儲(chǔ)存電路、USB及OTG電路、WIFI電路等，都是傳統(tǒng)的電路，設(shè)計(jì)時(shí)需要滿(mǎn)足手持終端的要求，能夠流暢運(yùn)行專(zhuān)用軟件，完成專(zhuān)用功能的設(shè)計(jì)。另外，在外觀(guān)和使用環(huán)境上做了優(yōu)化和定制，實(shí)現(xiàn)三防功能，即實(shí)現(xiàn)防塵、防震、防水功能，并且具有出色的抗摔、抗輾壓性能，能夠勝任異常惡劣的氣候條件和特殊場(chǎng)合的應(yīng)用，從而完全適應(yīng)滿(mǎn)足客車(chē)車(chē)廂的使用環(huán)境。

2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

2.1 電源中的充電電路 充電電路首先對(duì)電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，也就是對(duì)電池電量進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電池電壓低于某個(gè)電壓值時(shí)，可認(rèn)定電池電量低，需要進(jìn)行充電。這是充電電路要做的第一項(xiàng)工作即電池電量檢測(cè)。充電電路原理圖如圖1所示。

圖1 充電電路原理圖

當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，會(huì)根據(jù)電池電壓的不同，分為快充和慢充，具體電壓值會(huì)根據(jù)不同的電池型號(hào)有所不同。平板電腦中最常見(jiàn)的電池電壓的標(biāo)稱(chēng)值是3.7 V，當(dāng)?shù)陀?.6 V時(shí)則進(jìn)行充電。同時(shí)，充電IC輸出一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，如點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管，或者給出一個(gè)充電信號(hào)給CPU等其他電路，用于表明現(xiàn)在電池電量低，需要充電。如果開(kāi)始對(duì)電池充電，則點(diǎn)亮發(fā)光二極管，指示電池正在充電。

2.2 CPU電路 CPU是管理外部組件，使用外部組件的中樞控制芯片。CPU首先需要加上正常穩(wěn)定的電壓，且RTC時(shí)鐘應(yīng)該能正常送入CPU，在復(fù)位之后，執(zhí)行初始化，使CPU處于準(zhǔn)備好的工作態(tài)。隨后，CPU掃描有無(wú)按鍵按下，如果有按鍵按下，則執(zhí)行按鍵所確定的功能，如果沒(méi)有，則掃描外接設(shè)備（CPU所掛接的組件），看是否有向CPU發(fā)出通信或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，或者要求CPU進(jìn)行處理的一些中斷請(qǐng)求，例如觸摸屏有觸摸動(dòng)作時(shí)，會(huì)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求的信號(hào)，CPU便會(huì)響應(yīng)并進(jìn)行處理，其他模組的工作也類(lèi)似。CPU不斷掃描、監(jiān)測(cè)、發(fā)現(xiàn)外圍設(shè)備（外圍組件）有無(wú)事件產(chǎn)生，有無(wú)設(shè)備請(qǐng)求，有無(wú)數(shù)據(jù)變化等，并作出響應(yīng)和處理，并將結(jié)果數(shù)據(jù)送往顯示器顯示或其他輸出設(shè)備。CPU完成管理、控制外部設(shè)備和組件，并與外部設(shè)備和組件完成信息傳輸、數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

2.3 內(nèi)存DDR電路 DDR內(nèi)存控制器的操作系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)程序的代碼經(jīng)過(guò)CPU運(yùn)行處理后，將指令操作碼、邏輯地址和操作數(shù)據(jù)由內(nèi)部總線(xiàn)送至DDR內(nèi)存控制器，其中指令操作碼（即讀寫(xiě)指令）被送到DDR內(nèi)存控制器中，然后又送至解碼電路，由解碼電路產(chǎn)生一系列的控制代碼，最后再送至控制信號(hào)和時(shí)序形成電路，由該電路生成對(duì)DDR內(nèi)存進(jìn)行各種操作所需的多個(gè)控制信號(hào)及其時(shí)序邏輯，然后送往DDR內(nèi)存電路。

2.4 閃存控制器 閃存芯片中數(shù)據(jù)的存取由閃存控制器來(lái)控制，CPU內(nèi)部總線(xiàn)和閃存控制器的接口電路相連，經(jīng)過(guò)接口電路將數(shù)據(jù)和命令及邏輯地址分開(kāi)，數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)FIFO電路進(jìn)行緩存，命令（即操作碼）及邏輯地址（即地址碼）被送往寄存器組，連同寄存器組中的控制設(shè)置參數(shù)一起送給控制器，并由控制器中的命令解碼電路和時(shí)序形成電路生成具有時(shí)序和邏輯關(guān)系的控制信號(hào)，輸出給閃存芯片的相應(yīng)引腳，同時(shí)控制器中的地址形成電路將邏輯地址轉(zhuǎn)換為閃存地址，送給多路數(shù)據(jù)合成器，控制器中形成的命令也一并被送到多路數(shù)據(jù)合成器。

2.5 LCD顯示器模組 平板電腦的液晶顯示屏經(jīng)軟排線(xiàn)通過(guò)接口直接和CPU相連，而CPU內(nèi)置的LCD控制器則直接輸出液晶顯示器所需的圖像數(shù)據(jù)。稍復(fù)雜的電路則在CPU和液晶顯示屏之間加有圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換用的驅(qū)動(dòng)電路，以適合分辨率比較高的液晶顯示器。

2.6 平板電腦的觸摸屏電路 觸摸屏一般分為電阻觸摸屏（RTP）、電容觸摸屏（CTP）和電磁觸摸屏。多數(shù)情況需要用手指操作，所以我們選擇電容觸摸屏。電容觸摸屏是利用電容分電流的原理，當(dāng)摸觸電容屏的不同位置時(shí)，電流會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量不同的電流值就可以知道觸摸的位置。

利用GT818電容觸摸屏(CTP)驅(qū)動(dòng)芯片，支持多點(diǎn)觸摸(即一次保存多個(gè)位置值)，通過(guò)I2 C總線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)，其電路如圖2所示。

圖2 電容觸摸屏工作電路

2.7 WiFi模塊電路 WiFi模塊是無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊，分為2.5 GHz和5 GHz頻段兩種，本設(shè)備WiFi模塊如圖3所示。從天線(xiàn)接收到的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，經(jīng)濾波器濾波進(jìn)入天線(xiàn)選擇，再次進(jìn)行濾波，然后進(jìn)入射頻功放或低噪聲放大器，將無(wú)線(xiàn)信號(hào)送入WiFi芯片內(nèi)，WiFi芯片對(duì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)(即網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù))進(jìn)行處理后，通過(guò)SDIO接口送給CPU，CPU將這些數(shù)據(jù)送給一些軟件或應(yīng)用程序。

圖3 WiFi模塊方框圖

2.8 TF卡接口電路 TF卡在上電正常、完成初始化后，CPU和TF卡內(nèi)的控制器都運(yùn)行SD總線(xiàn)協(xié)議程序，通過(guò)運(yùn)行協(xié)議程序(以及驅(qū)動(dòng)程序)完成數(shù)據(jù)的存取功能。因?yàn)殡娐繁容^簡(jiǎn)單，僅僅是幾根引線(xiàn)和CPU相連，外加上拉電阻或者串接電阻及濾波電容，沒(méi)有其他外圍元器件。TF卡和CPU的電路連接如圖4所示。

圖4 TF卡和CPU的電路連接圖

2.9 硬件系統(tǒng)三防功能的定制設(shè)計(jì) 為了滿(mǎn)足客車(chē)車(chē)廂里面復(fù)雜環(huán)境的要求，將手持設(shè)備設(shè)計(jì)成專(zhuān)業(yè)的三防系統(tǒng)，即防塵、防震、防水功能，并且具有出色的抗摔、抗輾壓性能。采用MTK 6735四核處理器，搭載安卓5.1系統(tǒng)，7寸多點(diǎn)電容觸摸屏，1280×800高清分辨率。內(nèi)置WIFI，藍(lán)牙，全網(wǎng)4 G通話(huà)上網(wǎng)模塊支持移動(dòng)，電信聯(lián)通4 G通話(huà)和上網(wǎng)功能，內(nèi)置GPS/北斗雙模定位，支持語(yǔ)言導(dǎo)航。同時(shí)內(nèi)置NFC模塊，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸功能。運(yùn)用先進(jìn)的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)身輕薄設(shè)計(jì)，方便攜帶，工業(yè)IP 68三防標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)固耐用，內(nèi)置7000 MA容量電池。可以防水、防塵、防摔等。

3 結(jié)束語(yǔ)

客車(chē)車(chē)廂音視頻記錄儀裝置是一個(gè)運(yùn)用前景非常廣闊的設(shè)備，而與之相匹配的手持終端設(shè)備的研制使用也是一種發(fā)展趨勢(shì)。該項(xiàng)目所研制的終端設(shè)備，可為乘警提供更加快捷的視頻查看方法，可以大大提高客車(chē)音視頻記錄儀的使用效率和效果，很大程度上減輕了公安和客運(yùn)部門(mén)的工作強(qiáng)度，提高案件的偵破效率，為旅客安全出行提供了又一個(gè)重要保障。另外，由于本產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是一套完整的系統(tǒng)，對(duì)其他領(lǐng)域的手持終端有較高的參考價(jià)值。