车载警用电子设备集中控制装置.pdf

本发明涉及一种车载警用电子设备集中控制装置，其结构是由PC主板、单片机模块、通信模块、定位模块、触摸显示屏模块、总线控制模块、信号预处理模块、电台接口模块、加密模块、蓝牙模块、收音机模块、视频采集接口、音频切换模块、功放模块和电源模块连接组成。本发明可对警灯、警报器、搜索灯、照明、云台、警用电台、指纹仪、倒车雷达、胎压监测控制器、录像监控系统等多种车载警用电子设备进行统一控制。系统结构紧凑，减小了车内空间占用，并软件实现警务通、多媒体、卫星定位导航等功能。本发明使多种警用电子设备的应用控制有了

1、  一种车载警用电子设备集中控制装置，其特征在于包括有：
PC主板(1)，与其它模块相连，是数据处理的核心；
单片机模块(2)，与PC主板(1)和各个模块相连，与PC主板通信，处理各个模块的信号；
触摸显示屏模块(3)，与PC主板(1)相连，是人机交互的界面，完成对车载警用电子设备的操作；
通信模块(4)，与PC主板(1)相连，是PC主板(1)与互联网或公安专网信息通信的媒介；
定位模块(5)，与PC主板(1)的相连，接收卫星定位信息；
总线控制模块(6)，与PC主板(1)和单片机模块(2)相连，实现本装置与车载警用电子设备的通信，从而实现对各种警用设备的控制；
电台接口模块(7)，分别与PC主板(1)和单片机模块(2)相接，用于使电台串口与RS232的兼容；
蓝牙模块(8)，由单片机模块(2)控制，用以与系统外部的监牙设备进行通信；
收音机模块(9)，与单片机模块(2)相连，由单片机控制，实现收音机的开关、选台和收听；
音频切换模块(13)，分别与蓝牙模块(8)、收音机模块(9)、PC主板(1)和电台接口模块(7)相接，用于对所接收的音频信号进行切换和音量调节；
功放模块(10)，与音频切换模块(13)相接，用于将输入的声音信号进行功率放大后驱动系统外部的扬声器；以及
电源模块(11)，与上述各部分相接，用以将车载12V电压转换成各模块芯片所需的电压。

2、  根据权利要求1所述的车载警用电子设备集中控制装置，其特征在于还包括有：
信号预处理模块(12)，与单片机模块(2)相连，用于隔离信号输入端与输出端，消除不稳定信号对单片机的干扰；
视频采集接口(14)，它与PC主板(1)相连，将采集到的视频信号传输给PC主板(1)；以及
加密模块(15)，与PC主板(1)相接，用于对传输到互联网或公安专网的信息进行加密。

3、  根据权利要求1或2所述的车载警用电子设备集中控制装置，其特征在于所述通信模块(4)为支持GSM网的GPRS，或者是支持CDMA网的CDMA 1X、WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA中的任意一种。

4、  根据权利要求1或2所述的车载警用电子设备集中控制装置，其特征在于所述的定位模块(5)支持GPS定位系统和北斗卫星定位系统。

5、  根据权利要求1或2所述的车载警用电子设备集中控制装置，其特征在于在所述电源模块(11)中配置有超级电容模块。

6、  根据权利要求1或2所述的车载警用电子设备集中控制装置，其特征在于所述通信模块(4)是由通讯芯片U30、智能RS232收发器U31芯片、稳压电路转换模块、SIM卡和瞬态电压抑制器U5连接组成。

7、  根据权利要求1或2所述的车载警用电子设备集中控制装置，其特征在于所述总线控制模块(6)是由电平转换芯片U40、U32、电容C70-C73、C105、电阻R76、R91-R94、二极管D5、D42和反相器U44A、U44B、U44C等连接组成。

8、  根据权利要求1或2所述的车载警用电子设备集中控制装置，其特征在于所述语音切换模块(13)是由双通道数字模拟开关U9、U13、U14、数字电位器U6、U7、电容C13、C14、电阻R13-R16、R18-R26、R28、R29和5管脚接口J3连接组成。

车载警用电子设备集中控制装置
技术领域
本发明涉及一种控制多种车载电子设备的中央控制系统，具体地说是一种车载警用电子设备集中控制装置。
背景技术
随着科技的迅猛发展，电子技术在汽车上的应用也越来越广泛。现有的警用车辆都是在原有的民用车辆上加装警用电子装备，不仅占用大量的车内空间，而且每种设备都有不同的操作界面，这就使得警车仪表台的表面十分混乱，用户使用很不方便，并且还需要用户学习和掌握多种警用电子设备的使用方法。由于没有统一的集中控制装置，各种警用电子设备都是分立工作，从而导致系统故障率高，检修困难。同时由于改装还造成了线路的安全隐患，有可能危及警车的驾驶安全。
发明内容
本发明的目的就是提供一种车载警用电子设备集中控制装置，以实现对警车中多种车载警用电子设备的集中统一控制，同时增加警务信息和定位导航等信息处理功能。
本发明是这样实现的：一种车载警用电子设备集中控制装置，包括有：
PC主板，与其它模块相连，是数据处理的核心；
单片机模块，与PC主板和各个模块相连，与PC主板通信，处理各个模块的信号；
触摸显示屏模块，与PC主板相连，是人机交互的界面，完成对车载警用电子设备的操作；
通信模块，与PC主板相连，是PC主板与互联网或公安专网信息通信的媒介；
定位模块，与PC主板的相连，接收卫星定位信息；
总线控制模块，与PC主板和单片机模块相连，实现本装置与车载警用电子设备的通信，从而实现对各种警用设备的控制；
电台接口模块，分别与PC主板和单片机模块相接，用于使电台串口与RS232的兼容；
蓝牙模块，由单片机模块控制，用以与系统外部的蓝牙设备进行通信；
收音机模块，与单片机模块相连，由单片机控制，实现收音机的开关、选台和收听；
音频切换模块，分别与蓝牙模块、收音机模块、PC主板和电台接口模块相接，用于对所接收的音频信号进行切换和音量调节；
功放模块，与音频切换模块相接，用于将输入的声音信号进行功率放大后驱动系统外部的扬声器；以及
电源模块，与上述各部分相接，用以将车载12V电压转换成各模块芯片所需的电压。
本发明控制装置是从触摸显示屏输入控制信息，此信息传输给PC主板，再通信到单片机模块，借助总线控制模块来实现对各车载警用电子设备的控制。本发明采用总线方式(如485总线或CAN总线等)，由此实现对所有车载警用电子设备的集中统一控制。单片机模块分别与PC主板、总线控制模块、信号预处理模块、电台接口模块、蓝牙模块、收音机模块和音频切换模块等相连，用于对各种信号进行控制，并实现与PC主板的通信，实现对各种模块的控制。
本发明控制装置采用PC机与多MCU冗余控制，由PC主板和单片机模块作为系统控制核心，采用模块化设计，在控制主机中包括有通信模块、定位模块、触摸显示屏模块、总线控制模块、电台接口模块、收音机模块、蓝牙模块、音频切换模块、视频采集接口模块和电源模块等，以此实现对警车上的警灯、警报器、搜索灯、照明灯、云台、警用电台、录像监控系统、指纹仪、身份证读卡器以及胎压检测器等多种警用电子设备的集中控制，并通过软件实现了警务通、多媒体、导航系统等功能。
本发明所采用的PC机与多MCU冗余控制与传统的计算机的冗余不同。传统的计算机冗余是一个或者多个模块(如电源模块、硬盘等)冗余，本发明实现了PC机和多MCU的冗余，PC机和MCU是两个相对独立又相互联系的系统，每个系统都能独立工作，这样就可在两个系统中的任何一个出现故障时，还有另外一个系统可独立完成控制操作。这样就可保证各种车载警用电子设备的正常运行，提高了系统的整体可靠性和稳定性。
本发明控制装置可以采用整车设计安装，与警车同步在线生产，这样就不需要在购车后再拆装汽车加装控制主机。本发明在汽车生产线上与汽车一起组装，不仅克服了警用电子设备在已有车辆上加装占用大量车内空间和系统不易稳定的问题，而且克服了各种警用电子设备各自为政、没有统一控制中心、仪表台混乱、检修困难和操作不便等缺点，提高系统的可靠性和安全性。
本发明控制装置采用模块化设计，可对各模块灵活配置，各模块可以单独升级而不需要对整个系统结构进行大规模的变动。
本发明控制装置采用超低电压车载专用CPU，功耗小，耗电量低，满足车载系统对电源的要求，待机时间更长。
本发明车载警用电子设备集中控制装置还包括有：
信号预处理模块，与单片机模块相连，用于隔离输入信号输入端与输出端，消除不稳定信号对单片机的干扰；
视频采集接口，它与PC主板相连，将采集到的视频信号传输给PC主板；以及
加密模块，与PC主板相接，用于对传输到互联网或公安专网的信息进行加密。
设置与单片机模块相接的加密模块，用于对通过网络传输的信息进行加密。此举是充分考虑到了警用数据传输的特殊性，为了保证数据传输的安全所采取的必要措施。加密模块对所传输数据的加密，符合公安部加密标准和公安专网的接入标准。
本发明除了能够对警灯、警报器、频闪灯、搜索灯、录像装置和警用电台这些基本的车载警用电子设备进行统一集中控制之外，还可实现图文显示屏的显示和控制、指纹识别、身份证读取、无线上网、警务通以及卫星导航等功能，并能实现对警车行车数据的动态检测，如胎压检测和倒车雷达探测等。
所述通信模块为支持GSM网络下的GPRS，或者是支持CDMA网络下的CDMA 1X、WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA中的任意一种。通信模块是用于实现无线上网的功能。通过串口通信，将互联网信息传输给PC主板，PC主板将从单片机获取的其它模块的信息传输给通信模块，实现本发明控制装置的无线通讯。
所述定位模块可支持GPS卫星定位系统或北斗卫星导航系统。定位模块用于接收卫星定位信号，通过与PC主板的通信，借助总线控制模块，传输给本地计算机，实现警车导航，并能通过通信模块，将警车的定位信息接入互联网，实现对警车的统一调度。
本发明统一了警车上的现有车载警用电子设备的操作界面和接口，可实现对不同厂家的不同型号的多种警用电子设备的集中统一控制。各种警用电子设备都可以通过本发明控制装置的控制来实现其功能。本发明实现了PC主板和MCU的冗余控制，解决了车载系统对电源的要求，实现了控制系统随车同步生产安装，解决了占用车内空间的问题，实现了对警灯、警报器、频闪灯、搜索灯、雷达、指纹仪、身份证读卡器、录像装置、警用电台、图文屏、触摸显示屏等多种警用电子设备的控制。
本发明还通过软件实现了警务通功能，经过车载警用电子控制装置的软件设定，对警务信息进行严格的安全接入，警务人员在警车上都可以实现调阅并比对公民身份、查询常住/暂住人员信息、比对车辆信息、获取在逃及通缉人员信息以及传递公安部门内部信息等功能。
本发明可将警灯、警报器、搜索灯、照明、云台、警用电台、录像监控系统、指纹仪、身份证读卡器、胎压检测器等多种警用设备的控制结合为一体，结构紧凑，减小了车内空间的占用。
使用本发明集中控制装置，多种车载警用电子设备有统一且简单的接口，操作简単，使用方便。
本发明在电源模块中可配置超级电容模块，这样在警车熄火后还能实现对系统的供电，从而保持与互联网或公安专网的通信以及保持警车定位信息的连续。
本发明可采用多种尺寸的液晶彩色屏显示，使显示清晰、直观。本发明采用触摸屏控制，摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。在本发明的操作面板上还配置有快捷键，使操作更加直观、简单、方便。本发明可以通过电源控制器来控制其它警用电子设备的供电电源，以此降低系统功耗，满足车载系统的使用需要。本发明的接口使用车规接插件，符合汽车工业规范，保证系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是通信模块的电路原理图。
图3是总线控制模块的电路原理图。
图4是信号预处理器模块的电路原理图。
图5是蓝牙模块的电路原理图。
图6是语音切换模块的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明由PC主板1、单片机模块2、触摸显示屏模块3、通信模块4、定位模块5、总线控制模块6、电台接口模块7、蓝牙模块8、收音机模块9、功放模块10、电源模块11、信号预处理模块12、音频切换模块13、视频采集接口14和加密模块15连接组成。
所述PC主板1可选用常规结构，主要完成对各种车载警用电子设备的控制，并对警用电子设备的信号进行处理。它从触摸显示屏获得控制信息，决定要实施的命令。它与单片机模块2、通信模块4和定位模块5进行通信，利用总线控制模块6实现对控制装置的各种信号的控制，从而实现对警灯、警报、搜索灯、云台、电台、图文屏、指纹仪、身份证读卡器、倒车雷达、胎压检测控制器、录像监控系统等警用电子设备的集中统一控制，并通过软件实现警务通、多媒体和定位导航等功能。
所述单片机模块2包括有单片机芯片、看门狗电路、复位电路、时钟电路、调试口电路、以及串口转换电路等，主要是实现对总线控制模块6、电台接口模块7、蓝牙模块8、收音机模块9、功放模块10、信号预处理模块12和音频切换模块13等的信号控制，并实现与PC主板1的通信。
所述通信模块4的一种具体电路如图2所示，是由通讯芯片U30、智能RS232收发器U31芯片、稳压电路转换模块、SIM卡和瞬态电压抑制器U5连接组成。其中，稳压电路转化模块包括有12V-4V、4V-3V的电压转化电路组成。所述12V-4V的电压转换模块是由稳压芯片U29、电容C72、C73、C74、C83、C84、电阻R27、R42、电感L10和二极管D3连接组成，该电路完成了12V-4V的电压转换。所述4V-3V的电压转化模块由线性稳压器U32和电容C79、C85、C86连接组成，该电路完成了4V-3V的电压转化。所述通讯芯片U30可以实现无线通讯。所述SIM卡由芯片J17和电容C82、C88连接组成。智能RS232收发器U31芯片完成了TTL串口到232串口的转换。瞬态电压抑制器U5实现了对瞬态干扰的有效抑制，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。
通信模块4主要是实现无线上网通讯，接收互联网或公安专网的信息，经过与PC主板1的通信，将互联网信息传输给PC主板1。其它模块则是通过与PC主板1的通信来实现它们的上网需求。通信模块4可以支持GSM网络下的GPRS和CDMA网络下的CDMA 1X、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等。
所述定位模块5可选用常规结构，主要是接收GPS卫星定位信号，并完成对所在警车的定位和导航功能。该模块与PC主板1进行通信，PC主板1将获取到的卫星定位信息传输到通信模块4，从而将警车的定位信息连入互联网或公安专网。
所述触摸显示屏模块3也为常规结构，可选用多种尺寸的彩色液晶屏进行显示，用触摸显示屏实现对系统的操作控制。触摸显示屏以LVDS信号与PC主板1进行通信，PC主板1对从触摸显示屏输入的控制信息进行分析和整理，做出相应的判断，进而实施相应的操作，以此实现对警灯、警报、搜索灯、云台、电台、图文屏、指纹仪、身份证读卡器、倒车雷达、胎压雷达控制器、定位导航和录像监控系统等多种车载警用电子设备的控制操作。
所述总线控制模块6的一种具体电路如图3所示，由电平转换芯片U40、U32、电容C70-C73、C105、电阻R76、R91-R94、二极管D5、D42和反相器U44A、U44B、U44C等连接组成，其中电平转换芯片U40、U32的电源端接+5V直流电源。
设置总线控制模块6，实现了系统的总线控制，各种警用电子设备可通过总线接入系统中，并借助总线控制模块6与系统的PC主板1和单片机模块2实施串行通信，由此实现了利用系统的PC主板1和单片机模块2对各种警用电子设备的集中控制。
所述信号预处理模块12的一种具体电路如图4所示，主要是由光电耦合器U18、U20-U23与电阻R77-R82连接构成。其作用主要是实现输入端与输出端的完全电隔离，免除干扰。经过光电耦合器处理过的信号再接入单片机中，可以消除不稳定信号对单片机的干扰。车载电台的输入端(DIANTAI-IN)与输出端(DIANTAI-OUT)间的信号经过本信号预处理模块进行预处理后，即可将输入和输出信号钳位在固定的电压范围之内。
所述电台接口模块7可采用常规结构，该模块实现了电台串口与总线的兼容。电台获得的音频信号通过音频切换模块13的选择，再经过外部设备扬声器传输出去。
所述蓝牙模块8的一种具体电路如图5所示，由蓝牙信号收发芯片U1、数据传输模块和语音传输模块构成。无线手咪到蓝牙的语音信道由电容C10、C11、电感L3、L5、变压器T4、一个无线输入端口(Wireless-in)和两个语音端口(SPEAK+、SPEAK-)组成。蓝牙到系统的语音信道由电容C5、C6、C9、C12、电阻R1、R2、R17、变压器T3、一个无线输出端(Wireless-out)及两个话筒接线端(MIC-、MIC+)组成。
单片机模块2控制蓝牙模块8的工作状态。蓝牙模块8工作时与外部的蓝牙(如手咪里的蓝牙)进行通信。即当向无线手咪喊话时，经过无线手咪里面的蓝牙将语音信号传输到本发明装置中的蓝牙模块8，蓝牙模块8将接收到的语音信息通过音频切换模块13的选择，送入功放模块10，进而通过系统外部的扬声器发送出去。
所述收音机模块9采用常规结构，该模块由单片机模块2控制，实现收音机的开关、选台和调台等功能。收音机模块9将接收到的音频信息，通过音频切换模块13的选择，送入功放模块10，进而通过系统外部的扬声器发送出去。
所述语音切换模块13的一种具体电路如图6所示，由双通道数字模拟开关U9、U13、U14、数字电位器U6、U7、电容C13、C14、电阻R13-R16、R18-R26、R28、R29和5管脚接口J3连接组成。
语音切换模块13的主要功能是对无线手咪信号、电台声音信号、PC主板的声音信号以及收音机的声音信号等进行语音信号的切换和音量调节，并且还能输出视频采集、电台的MIC、车顶警报器声音、底板的功放等。该模块的语音通道选择受PC主板1的控制。
所述功放模块10为常规结构，其主要作用是对输入的音频信号进行功率放大。无线手咪信号、电台语音信号、PC机的语音信号以及收音机的声音信号等，经过音频切换模块11的选择，输出到功放模块10，经功放模块10放大后，送系统外部的扬声器播出。
视频采集接口14与单片机模块2相连，用以将采集到的视频信号传输给PC主板，再通过警用控制总线传输到本地计算机，使本地计算机显示采集到的视频信息。
所述加密模块15可采用常规结构，与单片机模块2相接，其作用是将接入互联网的警务信息进行加密，然后再通过通信模块4接入互联网。
所述电源模块11给系统芯片提供相应的5V和12V电源。由于系统所提供的电压不能满足所有芯片电压的需求，故需要将供电电压经过本电源模块11转换成满足系统芯片所需要的5V和12V电压，由此保证系统的正常工作和运行。