車載勤務(wù)信息系統(tǒng)中央控制器設(shè)計(jì)探研

許國忠 李興利 劉東升

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車載勤務(wù)信息系統(tǒng)中央控制器設(shè)計(jì)探研

許國忠 李興利 劉東升

該文通過對車載無線勤務(wù)設(shè)備的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，在大量基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行探索，研制了一種能夠集中管理這些設(shè)備，并能同時控制執(zhí)法勤務(wù)車上各種資源的“中央控制系統(tǒng)”設(shè)備，大力提升了無線勤務(wù)設(shè)備的信息化、智能化、集成化水平。

車載 勤務(wù)信息系統(tǒng) 中央控制器

1 車載勤務(wù)信息系統(tǒng)中央控制器開發(fā)的意義

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對執(zhí)法勤務(wù)車輛的功能要求也越來越高。一些勤務(wù)車配備功能有警燈警報(bào)控制、多媒體設(shè)備、錄像設(shè)備、3G遠(yuǎn)程傳輸、圖文屏、電臺、搜索燈、GPS導(dǎo)航、頻閃燈、收音機(jī)、指紋識別比對、證照識別、移動勤務(wù)辦公系統(tǒng)等。然而目前這些功能須由多個設(shè)備實(shí)現(xiàn)，每個設(shè)備又有各自的操作控制器。多種設(shè)備的使用必定帶來繁雜的設(shè)備操作。如：要開關(guān)多種執(zhí)法設(shè)備，要頻頻切換各種警報(bào)警調(diào)，要呼叫電臺，要錄像，要遠(yuǎn)程移動勤務(wù)辦公……筆者通過對車載無線勤務(wù)設(shè)備的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，在大量基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行探索，研制了一種能夠集中管理這些設(shè)備，并能同時控制執(zhí)法勤務(wù)車上各種資源的“中央控制系統(tǒng)”設(shè)備，有力提升了無線勤務(wù)設(shè)備的信息化、智能化、集成化水平。本文主要介紹一種車載勤務(wù)信息系統(tǒng)中央控制器的設(shè)計(jì)思路、功能。

2 中央控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車載勤務(wù)信息系統(tǒng)中央控制器包括中央控制主機(jī)、電源控制器、手咪、一體化警燈、電臺、天線（如圖1所示）。

圖1 中央控制器系統(tǒng)組成

中控主機(jī)：包括顯示屏、主控模塊、冗余模塊、音視頻處理模塊、電源、功放、收音機(jī)、接口控制、通訊模塊、證照讀卡模塊、指紋儀模塊、快捷按鍵等。

電源控制器：由中控主機(jī)控制整車勤務(wù)電子裝備供電。

手咪：實(shí)現(xiàn)電臺話咪功能、警燈/警報(bào)控制、喊話、近距離錄音、指紋儀等功能。

一體化警燈：實(shí)現(xiàn)警燈警報(bào)、錄像、屏顯等功能。

電臺：實(shí)現(xiàn)無線通訊。

天線：接收發(fā)送無線電信號。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）電臺通信：無線MIC可控制車載電臺接受來電、呼叫、撥號控制。

（2）定位導(dǎo)航：支持3D地圖，報(bào)案中心導(dǎo)航。

（3）無線網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)本車無線網(wǎng)絡(luò)，傳遞語音、控制信號、監(jiān)控信號；無線MIC通過該網(wǎng)絡(luò)實(shí)時錄音、撥打電臺、喊話；可用于其它無線數(shù)據(jù)傳輸。

（4）數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)：一個加密TF卡，存儲加密數(shù)據(jù)、加密程序等（可選）；兩個SATA接口硬盤，一個電子盤存儲系統(tǒng)和重要數(shù)據(jù)；另一個物理硬盤存儲音視頻數(shù)據(jù)。

（5）電源控制：電源控制器供電能力大于1500W；電源控制器在汽車熄火狀態(tài)切斷所有輸入，漏電流小于3mA。

（6）多媒體功能：支持多種視頻文件格式播放，能解碼MPEG-2/4、H.263、H.264、WMV9、Divx、Xvid等視頻流；支持多種文件格式音頻播放。

（7）集成證照讀卡功能：證照讀卡功能集成到主機(jī)；實(shí)現(xiàn)證照讀卡功能；實(shí)現(xiàn)證照信息網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證。

（8）集成指紋儀功能：指紋儀集成到主機(jī)；實(shí)現(xiàn)指紋身份驗(yàn)證；指紋采集/對比。

（9）快捷鍵定義：左側(cè)按鍵：開道、警報(bào)、前警燈、頂警燈、搜索燈、裝備；右側(cè)按鍵：多媒體、勤務(wù)通、錄像、收音機(jī)、電臺、導(dǎo)航；右側(cè)旋鈕：中間按下開關(guān)主機(jī)靜音，旋轉(zhuǎn)調(diào)系統(tǒng)音量；左側(cè)旋鈕：中間按下一秒開關(guān)顯示器，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)外部設(shè)備音量；每個按鍵功能可通過軟件重新定義。

4 中央控制器主機(jī)內(nèi)部架構(gòu)設(shè)計(jì)

中控主機(jī)包括兩部分：觸摸式顯示屏和主機(jī)。顯示屏和主機(jī)可以一體安裝和分體安裝。分體安裝時距離可以達(dá)到1米。

主機(jī)分成三個主要功能模塊（圖2）：主控制模塊、音視頻處理模塊、冗余模塊。三個模塊可單獨(dú)上電，單獨(dú)工作，主控模塊負(fù)責(zé)定位導(dǎo)航、多媒體播放、安全上網(wǎng)、防病毒等功能（圖3）；音視頻處理模塊主要用于處理音視頻壓縮、打包、儲存、傳輸?shù)?。冗余模塊負(fù)責(zé)外部設(shè)備控制、電臺控制、倒車視頻控制，冗余模塊在汽車打火時啟動，負(fù)責(zé)開關(guān)主控制模塊和音視頻處理模塊、屏幕切換。

圖2 中央控制器中控主機(jī)功能架構(gòu)圖

圖3 主控模塊結(jié)構(gòu)示意圖

5 中央控制器主控模塊硬件設(shè)計(jì)

（1）主控CPU采用INTEL TUNNEL CTEEK處理器,主頻為600MHz~1.6GHz，內(nèi)置多媒體加速器、視頻硬件壓縮/解壓縮、2D/3D圖像引擎、DDR2驅(qū)動等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4。CPU功耗小于3瓦。

圖4 主控模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

（2）芯片組采用INTEL Topcliff 芯片，為系統(tǒng)提供各種外部接口，接口如圖5。該芯片功耗小于1.7瓦。

圖5 主控模塊接口圖

（3）內(nèi)存：1GB DDR2 內(nèi)存，速度667/800MHz。

（4）串口2連接到GPS模塊，為系統(tǒng)提供定位信息。

（5）證照讀卡器模塊集成到主板，通過USB連接，并通過主板提供電源。

（6）主控CPU內(nèi)置CAN總線接口，通過隔離電路，控制外部執(zhí)法設(shè)備，連接汽車內(nèi)部總線。

（7）串口1連接GPRS或CDMA通訊模塊，通過公網(wǎng)連到內(nèi)網(wǎng)；或者通過USB連接3G通訊模塊，用于和內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊，并可實(shí)時傳輸視頻數(shù)據(jù)。

（8）內(nèi)網(wǎng)安全加密接入模塊通過USB連接到主控CPU，實(shí)現(xiàn)安全上網(wǎng)。

（9）主控CPU內(nèi)置SDIO接口，實(shí)現(xiàn)SD卡和TF卡功能。

（10）主控CPU USB HOST接口連接到面板，用戶可以連接U盤、鼠標(biāo)、鍵盤等外部設(shè)備。

（11）主控CPU提供SATA接口連接到硬盤，本設(shè)計(jì)選用8G/16G電子硬盤。和普通磁盤比，電子硬盤的好處有：①可以防止汽車抖動時損壞；②不會因?yàn)閺?qiáng)磁場干擾丟失數(shù)據(jù)或損壞硬盤。

（12）主控模塊通過USB口連接到音視頻處理模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制信息交流。

（13）主控模塊顯示輸出通過顯示切換芯片連接到顯示屏。

（14）冗余模塊通過串口和主控模塊通訊。

（15）語音輸出CODEC芯片輸出語音信號，通過4路AB型功率放大器放大后，連接到汽車音響，每路功放最大可輸出45W功率。采用AB型功放，和B類、D類功放相比，有較好的音響效果；和A功放相比，有較低的功耗。

6 主控模塊軟件設(shè)計(jì)

6.1 開發(fā)平臺設(shè)計(jì)

車載中心控制系統(tǒng)內(nèi)部軟件主要包括系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序等）、通用應(yīng)用軟件（如IE、視頻采集等）、車載專用軟件（如警燈警報(bào)控制等）、第三方軟件(如勤務(wù)通軟件)。

針對車載勤務(wù)電子裝備中央控制系統(tǒng)產(chǎn)品的特點(diǎn)，考慮到現(xiàn)有應(yīng)用軟件大都采用WINDOWS XP系統(tǒng)，我們選擇Windows XP Embedded（本文中簡稱WINDOWS XPE）作為本系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。現(xiàn)有的WINDOWS XP軟件都能在我們的WINDOWS XPE系統(tǒng)上運(yùn)行。因此，該開發(fā)平臺具有開放性、通用性、易用性較好，界面友好，能夠運(yùn)行的軟件豐富，軟件二次開發(fā)難度小，開發(fā)成本低等特點(diǎn)。

6.2 用戶編程環(huán)境設(shè)計(jì)

WINDOWS XPE基于與Windows XP相同的代碼，因此，可以借助開發(fā)桌面應(yīng)用程序時所使用的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。應(yīng)用程序和驅(qū)動程序開發(fā)可以采用Microsoft Visual Studio綜合環(huán)境。根據(jù)開發(fā)便利性需要選擇編程語言，包括Microsoft Visual Basic、Visual C++、Visual J++和Visual FoxPro。驅(qū)動程序采用DDK開發(fā)工具開發(fā)。

6.3 軟件層次關(guān)系

WINDOWS XPE軟件模塊的層次關(guān)系如圖6所示。

WINDOWS內(nèi)核：操作系統(tǒng)核心，負(fù)責(zé)設(shè)備管理、文件系統(tǒng)、進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧以及向應(yīng)用程序提供服務(wù)等通用操作系統(tǒng)功能。它完成初始化后負(fù)責(zé)從文件系統(tǒng)裝載運(yùn)行第一個應(yīng)用程序，然后無限期進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度。

設(shè)備驅(qū)動：設(shè)備驅(qū)動主要包括串口驅(qū)動、SD卡驅(qū)動、藍(lán)牙驅(qū)動、USB驅(qū)動、LCD驅(qū)動、GPS驅(qū)動、音視頻驅(qū)動、按鍵驅(qū)動、U/硬盤驅(qū)動、觸摸屏驅(qū)動和其它驅(qū)動。

圖6 軟件模塊的層次關(guān)系圖

API庫：它負(fù)責(zé)使用操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用等服務(wù)和設(shè)備驅(qū)動提供的設(shè)備文件接口，向應(yīng)用程序提供更高層的邏輯功能的封裝。API接口將提供給勤務(wù)通應(yīng)用軟件廠家二次開發(fā)勤務(wù)通應(yīng)用軟件。

應(yīng)用程序：根據(jù)業(yè)務(wù)類別分為三類：執(zhí)法應(yīng)用程序、基本應(yīng)用程序、Internet服務(wù)程序。

（1）執(zhí)法應(yīng)用程序?qū)儆趯Ｓ们趧?wù)類的應(yīng)用，主要包括：

執(zhí)法電子設(shè)備控制：通過RS485或CAN總線接口，實(shí)施對警燈、警報(bào)、搜索燈、圖文顯示屏、升降式搜索照明設(shè)備、錄像監(jiān)控設(shè)備等的控制；

執(zhí)法電臺：滿足電臺寫頻，具有接受執(zhí)法電臺來話、呼叫、撥號控制、常規(guī)/集群模式轉(zhuǎn)換、顯示信號強(qiáng)度、電話本等功能；

勤務(wù)通：依托公用移動通信網(wǎng)絡(luò)，使用便攜式終端，通過多媒體形式，實(shí)現(xiàn)安全的無線勤務(wù)溝通和傳遞；

證照驗(yàn)證：通過證照驗(yàn)證儀，有效識別居民證照真?zhèn)?，獲取身份信息功能；

指紋比對：通過指紋儀掃描成像，訪問專網(wǎng)，進(jìn)行指紋收集和匹配。

（2）基本應(yīng)用程序指非勤務(wù)類的一些應(yīng)用，主要包括：

系統(tǒng)配置：音量調(diào)節(jié)和電源監(jiān)測，以及通用的系統(tǒng)設(shè)置等；

多媒體：通過警車音視頻信號接入，實(shí)現(xiàn)錄像取證、倒車影像、遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控、可視電話等功能，采用本地存儲和無線上傳保存壓縮錄像圖；

定位導(dǎo)航：符合GA/T 493規(guī)范，接受GPS信號，為警車提供定位、導(dǎo)航數(shù)據(jù)，具備標(biāo)注、路線存儲、路線下載、定位信息上報(bào)、語音提示、導(dǎo)航路線優(yōu)化計(jì)算、地圖遠(yuǎn)程下載自動升級等功能；

車輛監(jiān)控：采集行車數(shù)據(jù)和胎壓監(jiān)控；殺毒程序：控制軟件系統(tǒng)和信息的安全性；

軟件版本控制：顯示當(dāng)前軟件模塊版本信息，實(shí)現(xiàn)軟件的無線升級服務(wù)。

Internet服務(wù)程序：主要指的是相應(yīng)的互聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)。

車載警務(wù)信息系統(tǒng)中央控制器研究與開發(fā)是多功能無線警務(wù)信息處理設(shè)備，結(jié)構(gòu)包括CPU主板、通信模塊、定位模塊、觸摸顯示模塊、指紋采集模塊、視頻采集模塊、身份證掃描模塊、電臺模塊等、實(shí)現(xiàn)警用電臺通信、警務(wù)通、GPS數(shù)據(jù)采集上傳、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集監(jiān)控等功能。

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