CN105024776A - 应用于列车广播系统的广播控制盒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备。其特征在于，设备硬件采用Cortex-M3核心处理模块、液晶触摸屏模块和基于VLSI编解码芯片的音频处理模块。设备软件采用基于实时操作系统eCOs下的Posix多线程程序设计，以及基于数据库配置软件功能自动调整。设备核心处理模块通过并行总线方式与液晶触摸屏模块进行通信。液晶触摸屏模块是基于Microwindows、NXlib和FLTK设计的。设备核心处理模块又通过总线方式，与解码芯片的音频处理模块就行通信，从而实现音频数据采集或者播放。本发明设备支持全双工对讲和手动广播、自动广播、紧急广播、口播、3D5外接音频和OCC广播等功能。

Description

应用于列车广播系统的广播控制盒

技术领域

本发明涉及嵌入式网络设备领域，特别是涉及一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备。 

背景技术

随着城市经济的发展，越来越多的城市都拥有多条地铁线路。于此同时，地铁运营方也更加关心乘客乘坐地铁的舒适度。因此，车载PIS就备受广大地铁运营商和乘客的关注。在上海现有的地铁上，主要车载PIS设备之间通信是基于模拟总线的。这也就导致车载PIS，尤其广播系统，功能单一甚至部分功能无法完成，设备接线繁琐，大大降低的乘客的体验度和加大的设备的管理难度。在此现状下，一种能够方便设备布局，维修简便，功能优越的全数字车载PIS广播系统是地铁运营方和乘客们共同的愿望。这种基于网络的全数字系统，大大简化了地铁运营方的工作，极大的提高了乘客的舒适度，紧跟科技发展的步伐。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是克服基于模拟总线带来的设备功能单一、安装繁琐、维修难度大等问题而提供一种基于网络的全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备。 

全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备硬件主要由核心板、功能板和液晶触摸屏构成。其中，核心板主要包括嵌入式处理器、存储器等。功能板主要包括各种接口，如网络接口、RS232接口等。液晶触摸屏主要由液晶显示模块和触摸模块组成。 

全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备核心板运行在嵌入式实时操作系统eCos下，系统采用基于Posix的多线程程序设计。其支持网络数据的收发、音频数据的采集和播放以及文件系统的读取与写入。液晶触摸屏运行在Microwindows、NXlib和FLTK下。设备界面通过FLTK设计而成，经NXlib处理之后，最终通过Microwindows在触摸屏上显示出来。当用户点击触摸屏时，触摸模块会捕获到触点，并将触点信息反馈给FLTK，FLTK处理之后再经NXlib处理之后，从而通过Microwindows实现界面切换等操作。此时，触摸屏模块会将相关数据发送给设备处理模块，渐而通过网络、串口等控制外设。此外，当设备处理模 块从外设检测到信号，再处理完之后，会告知FLTK。FLTK在接受到系统处理模块信号之后，经过NXlib处理之后，通过Microwindows在触摸屏上做出相应的界面变化等。 

进一步的，所述的基于网络的全数字系统，所述的网络是地铁的PIS局域网。所述的全数字系统是设备通信、网卡数据和声卡数据都是数字信号，而非传统的的模拟信号。 

进一步的，所述的核心板运行在嵌入式实时操作系统eCos下，系统采用基于Posix的多线程程序设计。所述的eCos是一种开源的嵌入式实时操作系统，系统可以精确到10ms。所述的Posix是一种可移植的操作系统借口，其多线程设计可以满足设备在同一时间完成多项工作任务。 

进一步的，液晶触摸屏运行在Microwindows、NXlib和FLTK下。所述的Microwindows是一种开源的嵌入式GUI软件。所述的FLTK是一种图形界面设计软件。所述的NXlib是一种转化Microwindows和FLTK语言的工具，是的FLTK设计出来的界面可以在触摸屏上准确显示出来。 

本发明设备功能主要分为两部分。第一部分为广播功能。其主要包含手动广播、紧急广播、口播、外接3D5广播和OCC。第二部分为对讲功能，其主要包含司机对讲和司机乘客对讲。对讲支持全双工工作模式。这两部分功能，触摸屏界面上都有相应信息的提示。用户可以通过液晶触摸屏来完成上述的这些功能。 

本发明与现有车载PIS广播系统广播控制盒设备相比，其优越性是明显的。本发明配备一块七寸的液晶触摸屏，将图形化界面与广播功能相结合，供用户便捷使用。液晶触摸屏界面设计美观、快捷、易懂和友好。系统广播和对讲功能丰富，其中对讲实现了全双工，大大解决了现有车载PIS半双工的工作模式，极大的方便了司机与司机对讲和司机与乘客对讲。鉴于本发明是基于网络的全数字化设备，其与系统内其他设备连接不需要之前过多的模拟总线，只需要两根网线接到交换机中，就可以控制系统内其他设备。 

附图说明

图1为本发明的系统原理示意图； 

图2为本发明的系统物理示意图-剖面图。其中：(1)为本发明设备的液晶触摸屏；(2)为本发明设备的核心板，包括嵌入式处理器、存储器等；(3)为本发明设备的功能表，包括扬声器、串口、网口等外设接口(4)为本发明设备的核心板和触摸屏之间的通信接口，为并行接口；(5)为本发明设备的核心板和功能表之间的通行接口，为接插件；(6)为本 发明设备的网络接口；(7)为本发明设备的串口接口。 

图3为本发明的系统物理示意图-平面图。其中：(1)本发明设备的液晶触摸屏；(2)本发明设备的外接MIC挂钩；(3)本发明设的司机对客室广播按键及指示灯；(4)本发明设备的司机对讲按键及指示灯；(5)本发明设备的司机与乘客对讲按键及指示灯；(6)本发明设备的外接3D5音频输入接口；(7)本发明设备的扬声器；(8)本发明设备的PPT音频输入接口； 

图4为本发明的系统运行流程图。 

图5为本发明的触摸屏静态显示界面。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。 

如图1所示，一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备原理图。其介绍了广播控制盒设备的主要模块和模块工作原理。 

如图2、图3所示，一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备物理结构图。其介绍了广播控制盒设备的外观以及组件的位置等。 

如图4所示，一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备的详细工作流程。本发明设备主要可以分为以下4个功能模块：系统控制模块、设备通信模块、音频处理模块、和触摸屏控制模块。为了及时获得相关信息，控制模块引申出了设备同步模块和故障统计模块。其中，设备同步模块确保本发明设备的信息是系统中最新信息，故障统计模块是本设备获取车载PIS系统子设备故障信息，并及时通知用户设备出现故障。 

当本发明设备上电之后，首先需要初始化本系统环境，即eCos环境初始化。其次还需要初始化设备硬件等，比如关闭看门狗、初始化NandFlash等。当系统初始化完成之后，接下来就是完成我们功能的初始化。 

系统功能的初始化主要包括获取设备类型和编号、声卡的打开、音量的设置和系统缓存的设定。本发明设备的设备类型和编号不是固定不变的，可以通过外部IO口来设定，系统会自动识别。因为一列地铁上拥有两个司机室，因此需要两个本发明设备。如果系统不能自动识别设备类型和设备号，那么我们的设备就需要将设备类型和设备固化在系统中，无法修改，这也就导致在地铁安装时，两端司机室广播控制盒设备就不可以随意安装。因此我们发明的设备拥有自动识别设备类型和设备号功能，就大大降低了安装要求，也便于我们对所有设备进行有效的管理。 

本发明设备与车载PIS系统中其他设备之间是通过TCP/IP进行通讯的。然而设备内部各个模块之间的通信除了硬件的总线通讯之外，还存在基于缓存驱动的通信(类似于有名管道)。因此在功能初始化过程之中，需要创建好这些缓存，供各个模块使用。 

当系统完成一系列初始化之后，便创建六个工作线程，分别为触摸屏线程、控制线程、网络线程、播放线程、同步线程和故障统计线程。这些工作线程将协同工作，及时完成用户的各种操作请求。 

系统首先启动的是网络线程。网络线程在正式通信之前，首先对设备网络模块进行初始化，主要包括多播组的加入等。之后网络线程便实时监测缓存和网络套接字。一旦发现缓存中有数据，就根据通信协议经过相应的处理之后，便通过网络发送给目标端。倘若网 络线程发现有套接字有数据接收请求，则其同样根据通信协议，将网络中的数据接收下来，并转发到相应的缓存中去。 

网络线程启动之后，触摸屏线程便开始启动了。触摸屏线程启动过程之中，首先包括系统所有有效界面及界面子控件的创建。当这些控件创建之后，触摸屏界面将提示用户，系统正在请求获取最新数据库信息。与此同时，系统其他线程也开始启动。当系统获取完成最新数据库信息之后，触摸屏界面将提示提示用户插入钥匙。如果钥匙已经插入，则本发明设备便可以供用户进行操作，否则触摸屏界面将锁定，用户无法操作(司机对讲按钮除外，没有钥匙那端的本发明设备可以通过外部按钮来触发司机对讲，触摸屏界面无法操作)。 

在完成上述初始化和数据获取之后，系统可以供用户随意使用。首先提供给用户的是静态显示界面，如图5所示。 

该界面上“手动广播”、“紧急广播”和“口播”按钮的先后顺序是根据数据库配置来排列的。这三个按钮，从左往右，优先级越来越高。用户可以根据自己的需求，自行修改这三个功能的优先级，而无须重现编写功能代码。界面的整体设计风格为分层设计。触摸屏上部分为系统功能操作界面，触摸屏下部分为系统功能菜单选择界面。系统功能菜单选择界面始终可以给用户操作，上部的系统功能操作界面会根据用户在功能菜单选择界面的操作而进行相应的切换。 

当用户点击触摸屏上按钮时，触摸屏触摸模块会检测到屏上有触点按下，经过触摸模块处理之后，会获取到该触点坐标信息。该坐标信息会被Microwindows主动获取，之后便通过NXlib将触点坐标反馈给FLTK。FLTK会根据触点坐标来获取相应的事件触发，执行相应的功能。倘若需要对界面做出修改，FLTK会通过NXlib告知Microwindows，从而使得其最终修改界面。 

本发明设备界面设计友好易懂，用户只需要根据触摸屏操作提示，便可以轻松操作该发明设备。此外，有部分功能无法通过触摸屏来操作，说明如下。本发明设备在口播功能的基础之上，添加了外接3D5音频广播功能。用户只需要将外接音源插入到外接3D5接口(如图3所示的标号6)中，系统会自动检测到信号，并且根据优先级来判断是否播放外接音源(默认数据库中将外接3D5音频广播优先级设置为最高广播优先级，一旦系统检测到有外接3D5音源时，触摸屏界面将会自动显示外接3D5音源广播界面)。 

此外，本发明设备较现有车载PIS又一优越点在于其对讲可以实现全双工，全双工对讲时间延迟控制在800ms左右。由于设备之间是通过UDP传出音频数据的，再因UDP是面 向无连接的不可靠传输，因此我们发明设备会根据接受到的音频包自动实现排序，排序采用软件算法优化，大大减少了由于网络而带来的时间延迟。 

Claims (5)

1.一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备，其特征在于数字化、网络化、界面设计与维护便捷化，司机操作简易化、系统信息可配置化以及实时响应性。

2.如权利要求1所述的一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备，其特征在于：列车运营信息设置，列车广播音量调节，列车运营数据查询，列车故障信息统计，列车对客室的手动广播、紧急广播、口播外接3D5广播和OCC广播，两端司机对讲和司机与乘客对讲等功能都是基于TCP/IP网络的、全数字化的，其中可以实现对讲全双工工作模式。

3.如权利要求1所述的一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备，其特征在于：触摸屏界面设计与维护便捷。可以快速的完成用户的新需求。触摸屏界面设计简单易懂，界面友好，用户可以很快学会如何进行操作该设备。

4.如权利要求1所述的一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备，其特征在于：触摸屏显示内容、列车运营信息等都可以从数据库中读取。数据库接口对用户开放，因此可以根据用户自己的意愿进行相应的修改。因而，也使的该设备不局限于某一具体线路。

5.如权利要求1所述的一种全数字车载PIS广播系统广播控制盒设备，其特征在于：系统实时性好。系统采用基于Posix的多线程程序设计，动态调整优先级来提高系统的实时性。此外，系统还采用多个算法，来提高网络传输大量数据的准确率和及时性，大大提高了系统的响应速度。