车载勤务信息系统中央控制器设计探研

许国忠 李兴利 刘东升



车载勤务信息系统中央控制器设计探研

许国忠 李兴利 刘东升

该文通过对车载无线勤务设备的国内外现状进行了分析，在大量基础研究的基础上进行探索，研制了一种能够集中管理这些设备，并能同时控制执法勤务车上各种资源的“中央控制系统”设备，大力提升了无线勤务设备的信息化、智能化、集成化水平。

车载 勤务信息系统 中央控制器

1 车载勤务信息系统中央控制器开发的意义

随着社会经济的不断发展，人们对执法勤务车辆的功能要求也越来越高。一些勤务车配备功能有警灯警报控制、多媒体设备、录像设备、3G远程传输、图文屏、电台、搜索灯、GPS导航、频闪灯、收音机、指纹识别比对、证照识别、移动勤务办公系统等。然而目前这些功能须由多个设备实现，每个设备又有各自的操作控制器。多种设备的使用必定带来繁杂的设备操作。如：要开关多种执法设备，要频频切换各种警报警调，要呼叫电台，要录像，要远程移动勤务办公……笔者通过对车载无线勤务设备的国内外现状进行了分析，在大量基础研究的基础上进行探索，研制了一种能够集中管理这些设备，并能同时控制执法勤务车上各种资源的“中央控制系统”设备，有力提升了无线勤务设备的信息化、智能化、集成化水平。本文主要介绍一种车载勤务信息系统中央控制器的设计思路、功能。

2 中央控制器系统结构设计

车载勤务信息系统中央控制器包括中央控制主机、电源控制器、手咪、一体化警灯、电台、天线（如图1所示）。

图1 中央控制器系统组成

中控主机：包括显示屏、主控模块、冗余模块、音视频处理模块、电源、功放、收音机、接口控制、通讯模块、证照读卡模块、指纹仪模块、快捷按键等。

电源控制器：由中控主机控制整车勤务电子装备供电。

手咪：实现电台话咪功能、警灯/警报控制、喊话、近距离录音、指纹仪等功能。

一体化警灯：实现警灯警报、录像、屏显等功能。

电台：实现无线通讯。

天线：接收发送无线电信号。

3 系统功能设计

（1）电台通信：无线MIC可控制车载电台接受来电、呼叫、拨号控制。

（2）定位导航：支持3D地图，报案中心导航。

（3）无线网络：实现本车无线网络，传递语音、控制信号、监控信号；无线MIC通过该网络实时录音、拨打电台、喊话；可用于其它无线数据传输。

（4）数据存储介质：一个加密TF卡，存储加密数据、加密程序等（可选）；两个SATA接口硬盘，一个电子盘存储系统和重要数据；另一个物理硬盘存储音视频数据。

（5）电源控制：电源控制器供电能力大于1500W；电源控制器在汽车熄火状态切断所有输入，漏电流小于3mA。

（6）多媒体功能：支持多种视频文件格式播放，能解码MPEG-2/4、H.263、H.264、WMV9、Divx、Xvid等视频流；支持多种文件格式音频播放。

（7）集成证照读卡功能：证照读卡功能集成到主机；实现证照读卡功能；实现证照信息网络验证。

（8）集成指纹仪功能：指纹仪集成到主机；实现指纹身份验证；指纹采集/对比。

（9）快捷键定义：左侧按键：开道、警报、前警灯、顶警灯、搜索灯、装备；右侧按键：多媒体、勤务通、录像、收音机、电台、导航；右侧旋钮：中间按下开关主机静音，旋转调系统音量；左侧旋钮：中间按下一秒开关显示器，旋转调节外部设备音量；每个按键功能可通过软件重新定义。

4 中央控制器主机内部架构设计

中控主机包括两部分：触摸式显示屏和主机。显示屏和主机可以一体安装和分体安装。分体安装时距离可以达到1米。

主机分成三个主要功能模块（图2）：主控制模块、音视频处理模块、冗余模块。三个模块可单独上电，单独工作，主控模块负责定位导航、多媒体播放、安全上网、防病毒等功能（图3）；音视频处理模块主要用于处理音视频压缩、打包、储存、传输等。冗余模块负责外部设备控制、电台控制、倒车视频控制，冗余模块在汽车打火时启动，负责开关主控制模块和音视频处理模块、屏幕切换。

图2 中央控制器中控主机功能架构图

图3 主控模块结构示意图

5 中央控制器主控模块硬件设计

（1）主控CPU采用INTEL TUNNEL CTEEK处理器,主频为600MHz~1.6GHz，内置多媒体加速器、视频硬件压缩/解压缩、2D/3D图像引擎、DDR2驱动等，内部结构如图4。CPU功耗小于3瓦。

图4 主控模块内部结构图

（2）芯片组采用INTEL Topcliff 芯片，为系统提供各种外部接口，接口如图5。该芯片功耗小于1.7瓦。

图5 主控模块接口图

（3）内存：1GB DDR2 内存，速度667/800MHz。

（4）串口2连接到GPS模块，为系统提供定位信息。

（5）证照读卡器模块集成到主板，通过USB连接，并通过主板提供电源。

（6）主控CPU内置CAN总线接口，通过隔离电路，控制外部执法设备，连接汽车内部总线。

（7）串口1连接GPRS或CDMA通讯模块，通过公网连到内网；或者通过USB连接3G通讯模块，用于和内网网络通讯，并可实时传输视频数据。

（8）内网安全加密接入模块通过USB连接到主控CPU，实现安全上网。

（9）主控CPU内置SDIO接口，实现SD卡和TF卡功能。

（10）主控CPU USB HOST接口连接到面板，用户可以连接U盘、鼠标、键盘等外部设备。

（11）主控CPU提供SATA接口连接到硬盘，本设计选用8G/16G电子硬盘。和普通磁盘比，电子硬盘的好处有：①可以防止汽车抖动时损坏；②不会因为强磁场干扰丢失数据或损坏硬盘。

（12）主控模块通过USB口连接到音视频处理模块，实现数据和控制信息交流。

（13）主控模块显示输出通过显示切换芯片连接到显示屏。

（14）冗余模块通过串口和主控模块通讯。

（15）语音输出CODEC芯片输出语音信号，通过4路AB型功率放大器放大后，连接到汽车音响，每路功放最大可输出45W功率。采用AB型功放，和B类、D类功放相比，有较好的音响效果；和A功放相比，有较低的功耗。

6 主控模块软件设计

6.1 开发平台设计

车载中心控制系统内部软件主要包括系统软件（操作系统、驱动程序等）、通用应用软件（如IE、视频采集等）、车载专用软件（如警灯警报控制等）、第三方软件(如勤务通软件)。

针对车载勤务电子装备中央控制系统产品的特点，考虑到现有应用软件大都采用WINDOWS XP系统，我们选择Windows XP Embedded（本文中简称WINDOWS XPE）作为本系统的操作系统。现有的WINDOWS XP软件都能在我们的WINDOWS XPE系统上运行。因此，该开发平台具有开放性、通用性、易用性较好，界面友好，能够运行的软件丰富，软件二次开发难度小，开发成本低等特点。

6.2 用户编程环境设计

WINDOWS XPE基于与Windows XP相同的代码，因此，可以借助开发桌面应用程序时所使用的应用程序开发环境。应用程序和驱动程序开发可以采用Microsoft Visual Studio综合环境。根据开发便利性需要选择编程语言，包括Microsoft Visual Basic、Visual C++、Visual J++和Visual FoxPro。驱动程序采用DDK开发工具开发。

6.3 软件层次关系

WINDOWS XPE软件模块的层次关系如图6所示。

WINDOWS内核：操作系统核心，负责设备管理、文件系统、进程调度、内存管理、网络协议栈以及向应用程序提供服务等通用操作系统功能。它完成初始化后负责从文件系统装载运行第一个应用程序，然后无限期进行进程调度。

设备驱动：设备驱动主要包括串口驱动、SD卡驱动、蓝牙驱动、USB驱动、LCD驱动、GPS驱动、音视频驱动、按键驱动、U/硬盘驱动、触摸屏驱动和其它驱动。

图6 软件模块的层次关系图

API库：它负责使用操作系统提供的系统调用等服务和设备驱动提供的设备文件接口，向应用程序提供更高层的逻辑功能的封装。API接口将提供给勤务通应用软件厂家二次开发勤务通应用软件。

应用程序：根据业务类别分为三类：执法应用程序、基本应用程序、Internet服务程序。

（1）执法应用程序属于专用勤务类的应用，主要包括：

执法电子设备控制：通过RS485或CAN总线接口，实施对警灯、警报、搜索灯、图文显示屏、升降式搜索照明设备、录像监控设备等的控制；

执法电台：满足电台写频，具有接受执法电台来话、呼叫、拨号控制、常规/集群模式转换、显示信号强度、电话本等功能；

勤务通：依托公用移动通信网络，使用便携式终端，通过多媒体形式，实现安全的无线勤务沟通和传递；

证照验证：通过证照验证仪，有效识别居民证照真伪，获取身份信息功能；

指纹比对：通过指纹仪扫描成像，访问专网，进行指纹收集和匹配。

（2）基本应用程序指非勤务类的一些应用，主要包括：

系统配置：音量调节和电源监测，以及通用的系统设置等；

多媒体：通过警车音视频信号接入，实现录像取证、倒车影像、远程图像监控、可视电话等功能，采用本地存储和无线上传保存压缩录像图；

定位导航：符合GA/T 493规范，接受GPS信号，为警车提供定位、导航数据，具备标注、路线存储、路线下载、定位信息上报、语音提示、导航路线优化计算、地图远程下载自动升级等功能；

车辆监控：采集行车数据和胎压监控；杀毒程序：控制软件系统和信息的安全性；

软件版本控制：显示当前软件模块版本信息，实现软件的无线升级服务。

Internet服务程序：主要指的是相应的互联网通信服务。

车载警务信息系统中央控制器研究与开发是多功能无线警务信息处理设备，结构包括CPU主板、通信模块、定位模块、触摸显示模块、指纹采集模块、视频采集模块、身份证扫描模块、电台模块等、实现警用电台通信、警务通、GPS数据采集上传、视频监控数据采集监控等功能。

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