客車車廂音視頻記錄儀手持終端硬件設備的研制

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，在電腦中回放調閱為主，也可以使用公安人員手機現場利用無線信號查看，但是沒有一個專門的設備去查看和調閱圖像，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 設計思路

1.1 硬件設計思路 研究手持平板設備的硬件構成和原理，根據需要定制硬件平臺，并且定制滿足客車車廂音視頻記錄儀手持設備的實際要求。

1.2 硬件組成及工作原理 硬件部分的設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、內存DDR電路、TF儲存電路、USB及OTG電路、WIFI電路等，都是傳統的電路，設計時需要滿足手持終端的要求，能夠流暢運行專用軟件，完成專用功能的設計。另外，在外觀和使用環境上做了優化和定制，實現三防功能，即實現防塵、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用，從而完全適應滿足客車車廂的使用環境。

2 系統的硬件構成

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，當電池電壓低于某個電壓值時，可認定電池電量低，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

當對電池進行充電時，會根據電池電壓的不同，分為快充和慢充，具體電壓值會根據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稱值是3.7 V，當低于3.6 V時則進行充電。同時，充電IC輸出一個狀態信號，如點亮一個發光二極管，或者給出一個充電信號給CPU等其他電路，用于表明現在電池電量低，需要充電。如果開始對電池充電，則點亮發光二極管，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定的電壓，且RTC時鐘應該能正常送入CPU，在復位之后，執行初始化，使CPU處于準備好的工作態。隨后，CPU掃描有無按鍵按下，如果有按鍵按下，則執行按鍵所確定的功能，如果沒有，則掃描外接設備（CPU所掛接的組件），看是否有向CPU發出通信或傳輸的數據，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發出中斷請求的信號，CPU便會響應并進行處理，其他模組的工作也類似。CPU不斷掃描、監測、發現外圍設備（外圍組件）有無事件產生，有無設備請求，有無數據變化等，并作出響應和處理，并將結果數據送往顯示器顯示或其他輸出設備。CPU完成管理、控制外部設備和組件，并與外部設備和組件完成信息傳輸、數據傳輸的功能。

2.3 內存DDR電路 DDR內存控制器的操作系統或驅動程序的代碼經過CPU運行處理后，將指令操作碼、邏輯地址和操作數據由內部總線送至DDR內存控制器，其中指令操作碼（即讀寫指令）被送到DDR內存控制器中，然后又送至解碼電路，由解碼電路產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內存電路。

2.4 閃存控制器 閃存芯片中數據的存取由閃存控制器來控制，CPU內部總線和閃存控制器的接口電路相連，經過接口電路將數據和命令及邏輯地址分開，數據送往數據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置參數一起送給控制器，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系的控制信號，輸出給閃存芯片的相應引腳，同時控制器中的地址形成電路將邏輯地址轉換為閃存地址，送給多路數據合成器，控制器中形成的命令也一并被送到多路數據合成器。

2.5 LCD顯示器模組 平板電腦的液晶顯示屏經軟排線通過接口直接和CPU相連，而CPU內置的LCD控制器則直接輸出液晶顯示器所需的圖像數據。稍復雜的電路則在CPU和液晶顯示屏之間加有圖像數據轉換用的驅動電路，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，當摸觸電容屏的不同位置時，電流會發生變化，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總線傳輸數據，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模塊是無線數據傳輸模塊，分為2.5 GHz和5 GHz頻段兩種，本設備WiFi模塊如圖3所示。從天線接收到的無線信號，經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，WiFi芯片對無線信號(即網絡數據)進行處理后，通過SDIO接口送給CPU，CPU將這些數據送給一些軟件或應用程序。

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卡內的控制器都運行SD總線協議程序，通過運行協議程序(以及驅動程序)完成數據的存取功能。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 硬件系統三防功能的定制設計 為了滿足客車車廂里面復雜環境的要求，將手持設備設計成專業的三防系統，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，7寸多點電容觸摸屏，1280×800高清分辨率。內置WIFI，藍牙，全網4 G通話上網模塊支持移動，電信聯通4 G通話和上網功能，內置GPS/北斗雙模定位，支持語言導航。同時內置NFC模塊，滿足數據無線傳輸功能。運用先進的工藝結構設計，機身輕薄設計，方便攜帶，工業IP 68三防標準，堅固耐用，內置7000 MA容量電池。可以防水、防塵、防摔等。

3 結束語

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備，而與之相匹配的手持終端設備的研制使用也是一種發展趨勢。該項目所研制的終端設備，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，由于本產品開發是一套完整的系統，對其他領域的手持終端有較高的參考價值。