客車車廂音視頻記錄儀手持終端硬件設(shè)備的研制

張小丹

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

客車車廂音視頻記錄儀的投入使用，顯著提高了公安偵破列車盜竊案件的效率，有效改善了客運安全現(xiàn)狀，為旅客安全出行提供了又一重要保障。但在使用過程中對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現(xiàn)場利用無線信號查看，但是沒有一個專門的設(shè)備去查看和調(diào)閱圖像，這就造成圖像查看不夠及時，影響列車車廂音視頻記錄儀的高效使用。同時個人手機無線查看視頻的方式影響到視頻的保密性，會造成很多不便。

本文介紹所研制的專用于客車車廂記錄儀的手持終端設(shè)備，能夠克服上述弊端，進一步提高客車音視頻記錄儀的使用效率和效果。

1 設(shè)計思路

1.1 硬件設(shè)計思路 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，并且定制滿足客車車廂音視頻記錄儀手持設(shè)備的實際要求。

1.2 硬件組成及工作原理 硬件部分的設(shè)計類似于市場上的平板電腦，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儲存電路、USB及OTG電路、WIFI電路等，都是傳統(tǒng)的電路，設(shè)計時需要滿足手持終端的要求，能夠流暢運行專用軟件，完成專用功能的設(shè)計。另外，在外觀和使用環(huán)境上做了優(yōu)化和定制，實現(xiàn)三防功能，即實現(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合的應(yīng)用，從而完全適應(yīng)滿足客車車廂的使用環(huán)境。

2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

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

圖1 充電電路原理圖

當(dāng)對電池進行充電時，會根據(jù)電池電壓的不同，分為快充和慢充，具體電壓值會根據(jù)不同的電池型號有所不同。平板電腦中最常見的電池電壓的標(biāo)稱值是3.7 V，當(dāng)?shù)陀?.6 V時則進行充電。同時，充電IC輸出一個狀態(tài)信號，如點亮一個發(fā)光二極管，或者給出一個充電信號給CPU等其他電路，用于表明現(xiàn)在電池電量低，需要充電。如果開始對電池充電，則點亮發(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進行處理的一些中斷請求，例如觸摸屏有觸摸動作時，會向CPU發(fā)出中斷請求的信號，CPU便會響應(yīng)并進行處理，其他模組的工作也類似。CPU不斷掃描、監(jiān)測、發(fā)現(xiàn)外圍設(shè)備（外圍組件）有無事件產(chǎn)生，有無設(shè)備請求，有無數(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)動程序的代碼經(jīng)過CPU運行處理后，將指令操作碼、邏輯地址和操作數(shù)據(jù)由內(nèi)部總線送至DDR內(nèi)存控制器，其中指令操作碼（即讀寫指令）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和時序形成電路，由該電路生成對DDR內(nèi)存進行各種操作所需的多個控制信號及其時序邏輯，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控制，CPU內(nèi)部總線和閃存控制器的接口電路相連，經(jīng)過接口電路將數(shù)據(jù)和命令及邏輯地址分開，數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)FIFO電路進行緩存，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序形成電路生成具有時序和邏輯關(guān)系的控制信號，輸出給閃存芯片的相應(yīng)引腳，同時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)軟排線通過接口直接和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，電流會發(fā)生變化，通過測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)動芯片，支持多點觸摸(即一次保存多個位置值)，通過I2 C總線傳輸數(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模塊是無線數(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。從天線接收到的無線信號，經(jīng)濾波器濾波進入天線選擇，再次進行濾波，然后進入射頻功放或低噪聲放大器，將無線信號送入WiFi芯片內(nèi)，WiFi芯片對無線信號(即網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù))進行處理后，通過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)的控制器都運行SD總線協(xié)議程序，通過運行協(xié)議程序(以及驅(qū)動程序)完成數(shù)據(jù)的存取功能。因為電路比較簡單，僅僅是幾根引線和CPU相連，外加上拉電阻或者串接電阻及濾波電容，沒有其他外圍元器件。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 為了滿足客車車廂里面復(fù)雜環(huán)境的要求，將手持設(shè)備設(shè)計成專業(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通話上網(wǎng)模塊支持移動，電信聯(lián)通4 G通話和上網(wǎng)功能，內(nèi)置GPS/北斗雙模定位，支持語言導(dǎo)航。同時內(nèi)置NFC模塊，滿足數(shù)據(jù)無線傳輸功能。運用先進的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計，機身輕薄設(shè)計，方便攜帶，工業(yè)IP 68三防標(biāo)準(zhǔn)，堅固耐用，內(nèi)置7000 MA容量電池?？梢苑浪⒎缐m、防摔等。

3 結(jié)束語

客車車廂音視頻記錄儀裝置是一個運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。該項目所研制的終端設(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部門的工作強度，提高案件的偵破效率，為旅客安全出行提供了又一個重要保障。另外，由于本產(chǎn)品開發(fā)是一套完整的系統(tǒng)，對其他領(lǐng)域的手持終端有較高的參考價值。