MST703公交调度屏的软硬件模块设计

袁雯，曹昌圣，石苍松

(1.武汉邮电科学研究院,武汉 430070；2.武汉长江通信智联技术有限公司 )

MST703公交调度屏的软硬件模块设计

袁雯1，曹昌圣2，石苍松2

(1.武汉邮电科学研究院,武汉 430070；2.武汉长江通信智联技术有限公司 )

针对智能公交车载终端与司机人机交互的需求，提出了一种基于视频解码芯片MST703的公交调度屏系统设计方案；主要阐述了整个系统的软硬件模块实现方法，重点讨论了系统电源转换以及模拟视频信号显示输出的实现方法；最后完成整个系统设计，实现了LCD屏的稳定显示，相关外设也满足实际需求。

MST703；STM32；TFT-LCD；视频监控; 车载终端

引 言

随着城市公交客运事业的蓬勃发展，公交系统规模不断扩大，其治安环境也变得越来越复杂。近些年来，车内时常发生盗窃抢劫等治安事件；而在车辆运行的过程中，有时还会发生与其他车辆或行人刮擦、碰撞等交通事故[1]。鉴于公交客运此类现状，市面上已涌现多种智能公交车载主机用于公交车辆的智能调度、车载视频监控和远程视频。

与日常所使用的电脑主机类似，车载主机还需有相应的附属设备来实现人机交互。根据此类需求，本文提出了一种基于MST703的公交调度屏解决方案。MST703内部集成视频解码器和显示控制单元，可将CVBS视频信号解码并转换为RGB格式数字信号直接控制TFT-LCD的显示，与传统的视频解码芯相比，MST703不需要额外的LCD驱动芯片将CVBS视频信号解码出来的BT656数字视频流转换为LCD控制信号，因此具有较高的实用性。

1 系统整体方案设计

公交调度屏系统的主要作用是实现人机交互，需要满足以下4个需求：①按键和触摸屏输入控制。②2路CVBS视频信号接入，一路接入主机视频信号，一路接入倒车摄像头信号。③手麦语音输入，支持司机对车内外喊话。④识别IC卡用于司机上下班签到。

根据需求，设计开发的公交调度屏视频监控系统整体框图如图1所示。整个监控系 统由电源管理单元、主控MCU单元和视频解码单元三部分组成。其中，电源管理单元为主控芯片，视频解码芯片以及键盘、触摸屏等外设提供正常工作所需的电压。主控MCU通过SPI等接口实现与其他外设之间的通信和控制。

图1 公交调度屏整体框图

2 电源模块设计

图4 5 V转LCD屏电压电路

调度屏由车载主机DVR输出的DC12V供电，然后经过DC-DC、LDO转换为系统需要的5 V、3.3 V、1.2 V等各种电压。其电源模块框图如图2所示。从图2中可以看出，本设计中用到了两片DC-DC芯片TPS563201。其中一片首先将12 V的直流输入电压转换成5 V电压，而后通过LDO将5V电压转换成 MCU的工作电压3.3 V，同时5 V电压也可通过两片升压芯片MP1541转化成液晶屏所需的驱动电压。另一片TPS563201配合LDO[2]产生MST703芯片所需的3.3 V和1.2 V，但这片TPS563201的使能受MCU控制，因此可以根据不同环境灵活控制液晶屏的开关状态。

图2 系统电源模块整体框图

TPS563201电源芯片是TI公司针对数字电视电源所设计的同步降压转换芯片，它不仅具有4.5～17 V的宽输入电压范围，还拥有逐周期过流限制和热关断等功能，确保电路可靠工作[3]，详细电源转换电路如图3所示。

图3 12 V转5 V电路原理图

该芯片输出电压Vout与分压电阻R2、R3之间的关系如下所示：

(1)

由此可见，设计中可以选择不同的分压电阻来实现5 V和3.3 V电压的输出。值得注意的是，电源输入引脚需添加两个滤波电容，C2大电容用于滤除电压中低频纹波干扰，稳定电压；C3小电容用于滤除电路中的高频杂波[4]。

本方案采用群创公司型号为AT070TN94的七寸液晶屏，其分辨率为800×480。该屏需要多种不同的输入电压为其供电，屏幕背光电压VLED，校正GAMMA电压，屏TFT薄膜MOS开关管开断电压VGH、VGL均由升压芯片MP1541转换完成，转换电路如图4所示。

芯片MP1541可在低至2.5 V的输入电压下工作，输出电压高至22 V，同时该款芯片包含欠压闭锁、电流限制和热过载保护，可以防止在输出过载的情况下造成损坏[5]。与TPS563201类似，设计时调整电路中R7、R10的电阻值可实现不同输出电压。

由于LCD屏所需VGH与VGL电压差较高，达到25～30 V左右，因此在VGH产生电路中采取10V电压叠加半波整流电路[6]。芯片SW脚输出幅度为5 V的方波开关信号，在输出正极性脉冲时间段，D3上方二极管导通整流得到5 V左右电压；在输出负极性脉冲时间段，D3下方二极管正偏导通，GAM电压与整流滤波后5 V电压叠加即可得到VGH电压。VGL的电压产生过程与VGH类似，大小约为-5V。

3 MST703视频解码模块设计

本方案的视频核心处理器采用MSTAR公司针对中小型液晶屏开发的MST703解码芯片，该芯片支持多种模拟信号输入，内置缩放引擎，可以根据不同液晶屏对其驱动参数进行修改，非常适用于车载多媒体显示终端应用[7]。

3.1 MST703硬件设计

MST703为一款模数混合芯片，因此在硬件设计过程中除电路图需连接正确外，还应注意以下几个问题：

① 在PCB布线时，输入CVBS信号要视频信号走线段需要包地处理。

② 当系统地线噪音很大或信号到驱动板地线之间连线很长时视频信号接地点要靠近信号源，这样利用类似差分的方式去除电源上噪声影响可有效去除水波纹问题。

③ MST703引脚有数字地和模拟地之分，在PCB布线时需将两者区分开来。由于本电路属于低频电路，可以加粗以及缩短地线，并将模拟地和数字地通过0 Ω电阻混接，从而达到抑制环路电流，抑制噪声对模拟信号的影响，减少干扰的目的[8]。

3.2 MST703软件设计

MSTAR公司为MST70X系列芯片提供了专门的驱动源码，即Maria软件框架，一般来说只需要在固件库中调用API函数和修改宏定义即可完成开发，不需要设置每个寄存器的值，大大减小了开发难度。

3.2.1 软件整体设计流程

为满足产品需求，本系统需要实现MST703的视频解码及支持800×480分辨率的LCD显示功能，同时在外界有倒车信号输入时还需将LCD显示画面切换至倒车视频信号，因此设计过程中需要对Maria源代码进行相应的参数修改和功能裁剪，具体操作流程如图5所示。

图5 MST703软件流程图

从流程图中可以看出，芯片MST703在上电之后首先对芯片的版本进行识别并选择对应的Maria库。选择完毕后开始一系列的初始化[9]。

首先在内置MCU的初始化阶段，系统对芯片的GPIO口、串口、时钟、外部中断等进行初始化配置，这与一般的嵌入式系统类似。在CVBS信号参数设置部分，主要进行初始端口选择以及A/D寄存器配置，由于调度屏系统支持两路CVBS输入，故在配置时选择使能相应的信号输入通道CVBS1/SC1、CVBS2/SY0。在进行MST Chip的初始化过程中，主要完成图像处理和声音处理相关的模块，其中包括Video Decoder初始化、Scaler初始化、Panel初始化等[10]。

3.2.2 LCD屏参数配置及裁剪

由于本设计采用群创分辨率为800×480的LCD屏，因此需要对相关屏幕驱动参数进行修改，关键参数定义如下：

#define PanelHSyncWidth1 //定义同步信号行宽

#define PanelHSyncBackPorch46

#define PanelVSyncWidth1 //定义同步信号列高

#define PanelVSyncBackPorch23

#define PANEL_DE_VSTART0

#define PanelHStart

(PanelHSyncWidth+PanelHSyncBackPorch)

//定义图像行方向起始位置

#definePanelVStart

(PanelVSyncWidth+PanelVSyncBackPorch)

//定义图像列方向起始位置

#define PanelWidth800 //屏幕宽度

#define PanelHeight480 //屏幕高度

#define PanelHTotal(PanelWidth+PanelHStart+200)

//单位时间行扫描次数

#define PanelVTotal(PanelHeight+PanelVStart+22)

//单位时间列扫描次数

#define PanelVdeEnd (PanelHeight+30)

#define PanelVSiEnd PanelHeight

在调节LCD屏显示效果时，HTotal、VTotal这两个参数值非常关键，一般出现上下缺线、白屏、闪动等问题时，可以通过调整该值来解决。

3.2.3 倒车视频切换实现

由于MST703提供了多种视频输入模式，而调度屏只需两路CVBS输入，因此在程序中应指定相应通道CVBS模式并使能相应寄存器。同时根据实际需求，MST703需在接收外界倒车信号时将主机视频信号切换至倒车视频信号，具体实现代码如下：

while(1){

……

if((P4&_BIT0) == 0)

{newflag = 0; //倒车视频信号}

else

{newflag=1; //主机视频信号}

if (newflag !=oldflag){

oldflag = newflag;

if(newflag==1){

msWriteByte(BK0_00_REGBK,R EG_BANK6s00_ADCATOP);

msWriteByte(BK6s00_03h_ADC_ATOP,0x04);

}

else{

msWriteByte(BK0_00_REGBK,R EG_BANK6s00_ADCATOP);

msWriteByte(BK6s00_03h_ADC_ATOP, 0x02); }

……

}

在公交车正常行驶过程中，newflag状态为1，配置相应寄存器BK6s00_03h_ADC_ATOP值为0x04，选择CVBS1/SC1进行主机视频信号解码输出。而当芯片接收到倒车信号时，newflag状态变为0，同时将寄存器BK6s00_03h_ADC_ATOP值修改为0x02，此时选择CVBS2/SY0输出倒车视频信号。

4 主控MCU模块

本系统除视频解码模块外还需有一主控MCU模块来实现键盘、触摸屏、司机刷卡等功能。在设计中，键盘输入采用5×4矩阵键盘的形式实现，触摸屏与刷卡功能需两路SPI接口，同时调度屏还需一路UART接口与车载终端通信，综合这些要求，本方案主控MCU选择STM32F103V8。

为了增加系统的实时性，MCU中各个任务的协调、调度是通过嵌入式实时操作系统μCOS-II来实现。为减小操作系统对MCU资源的占用，需对μCOS-II进行裁剪，相应的os_cfg.h配置文件更改如下：

#define OS_MAX_EVENTS 2u //最大事件为2个

#define OS_TICKS_PER_SEC 200u //定时最小时间间隔5ms

#define OS_MBOX_EN 0u //关闭消息邮箱

#define OS_MUTEX_EN 0u //关闭互斥信号量

#define OS_Q_EN 1u //打开消息队列

#define OS_SEM_EN 0u //关闭信号量

整个主控MCU模块主要包括8个任务，每个任务之间的通信是通过消息队列的形式来实现的，系统的任务模块及优先级如表1所列。

表1 MCU任务优先级比较

触摸和按键的响应速度对人机交互的体验影响比较大，因此，这两个任务要有比较高的优先级,其余任务则可根据实际需求分别设置。通过长时间的测试，整套系统没有出现任务调度混乱、MCU死机等问题，证明各个任务的优先级设置较为合理。

5 系统整体测试

为检验系统运行的稳定性，组装了一台调度屏系统样机与车载主机配合使用,实物图如图6所示。

图6 调度屏系统实物图

由于车载环境较为复杂，因此设备需要在各类极端天气或振动条件下进行电气性能测试，本系统所采取的测试高低温条件分别为50 ℃和-20 ℃，振动加速度峰值为1 g。在上述条件下，系统上电后，LCD正常显示主机输出视频信号，在接收到倒车信号时调度屏切换至倒车视频信号、按键和触摸屏操作灵敏,对讲手麦接入音频接口时喊话声音清晰，IC卡贴近调度屏刷卡位置时可实现司机签到。

结 语

[1] 王伟.车载移动监控市场的发展及前景展望[J].中国安防,2012(4):62-64.

[2] 金岩.一种低功耗高稳定性LDO线性稳压器的设计[D].苏州：苏州大学,2015.

[3] 于春涛,冯奇,孙涛.基于TPS65105的TFT-LCD电源设计[J].现代电子技术,2013(36):156-157.

[4] 孙扬.超大规模集成电路电源完整性设计中滤波电容的选择[J].单片机与嵌入式系统应用,2015(5):21-23.

[5] 胡成龙.基于DC-DC开关变换器的LED驱动技术研究[D].杭州：杭州电子科技大学,2012.

[6] 刘浩,陈志,葛佳乐,等.一种宽电压输入范围降压电路的设计[J].微电子学,2011,41(1):54-55.

[7] 张欣冉.大型工程车辆车载视频监控系统的研究[D].石家庄:石家庄铁道大学,2013.

[8] 贺强,符阿琳.浅析在A/D中的模拟地、数字地处理[J].电子世界,2013(14):59-60.

[9] 李凯.MST6178MX单芯片平板电视控制芯片软件系统[D].济南:山东大学，2010.

[10] MStar Semiconductor.Small Size LCD TV Processor with Video Decoder Preliminary Data Sheet Version1.0,2010.

袁雯(硕士研究生)、曹昌圣(高级工程师)、石苍松(硕士研究生)，主要研究方向为智能交通、车联网。

Hardware and Software Module of Bus Dispatching Screen System Based on MST703

Yuan Wen1,Cao Changsheng2,Shi Cangsong2

(1.Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications,Wuhan 430072,China;2.Wuhan YCIG iLink Technology Co,Ltd.)

Aiming at the demand of human-computer interaction between intelligent public transportation terminal device and drivers,in the paper,a bus dispatching screen scheme based on embedded video decoding chip MST703 is proposed.The design method of hardware and software is introduced,the power-switching circuit and the video display method of analog video signal are discussed.Finally,the whole system is completed,which realizes the stability of the LCD display,the related peripherals also can meet the actual demand.

MST703;STM32;TFT-LCD;video monitoring;public transportation terminal device

TN94

A

�迪娜

2017-04-05)