CN107966706A - 消防手持终端执法记录仪 - Google Patents

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Abstract

一种消防手持终端执法记录仪，属于消防设备技术领域，其特征是：手持终端通过Wi‑Fi无线网络与设备主机进行数据传输；在设备接口电路中摄像头进行拍照，激光测距机测量距离，超声波测厚仪测量厚度，红外测温仪测量温度，在数据传输电路中，USB主设备的主控单元与手持设备终端进行通讯，采用USB OTG的方式与后台服务器进行数据传输；RGB接口屏幕与主控芯片进行连接，RGB LCD控制器的信号同步线和数据线通过端接电阻接入主控制器相对应的端口。有益效果是：它可点对点的接收读取设备信息，自动生成检测结果，传到与之相匹配的电脑，打印出检测报告。检测结果不可人为修改，有利于总部机关对派出消防执法人员获取被检单位结果的真实可靠性。

Description

消防手持终端执法记录仪
技术领域
本发明属于消防设备技术领域。
背景技术
随着社会经济的发展，建筑物具有多样性、复杂性.大量的人员聚集场所：机场、地铁、车站和城市综合体等，以及大储量的仓储、物流等，一旦发生火灾，后果不堪设想。在各领域发展的同时，也对消防安全提出了更高的要求。消防工作方针为预防为主、防消结合，平时做好预防显得尤为重要。在当今科技发展的时期，传统的建筑消防设施检测设备已远远的跟不上时代的步伐。
目前的消防检测设备为公安部129号令《社会消防技术服务管理规定》提出的，共32项。现有符合该要求的设备仍存在一些不足，如对于检测人员携带使用非常不方便，其中一些设备还需经常的调校，否则容易对检测结果产生误差，所以也对检测人员提出了更高的技术要求，而且在检测的过程中需要3-5人的配合才能完成，检测结果需要检测人员一项一项手动完成记录，其检测工作量大，效率不高，还可产生人为错误，导致检测结论不完全准确，给被检单位留下安全隐患。
发明内容
本发明的目的是：提供一种消防手持终端执法记录仪，它可实现一个手持设备终端，集成红外温度探测、激光测距和超声波厚度检测、摄像功能，可以直接对消防通道等消防设备的各项指标（测温、测厚、测距、拍照）进行检测，检测的数据上传后台服务器进行分析，生成检测报告。
本发明的技术方案是：由硬件电路设计、驱动设计、嵌入式主控系统设计、以及软件算法设计组成。
在硬件电路中，无线通讯电路中的手持终端通过Wi-Fi无线网络与设备主机进行数据传输；在设备接口电路中摄像头进行拍照，激光测距机测量距离，超声波测厚仪测量厚度，红外测温仪测量温度，上述设备都具有其特定的接口和通讯协议，设计相应的接口电路；在数据传输电路中，USB主设备的主控单元与手持设备终端进行通讯，采用USB OTG的方式与后台服务器进行数据传输；在主控系统电路中，RGB接口屏幕与主控芯片进行连接，RGBLCD控制器的信号同步线和数据线通过端接电阻接入主控制器相对应的端口。
无线通讯电路中，RTL8189ES芯片通过WIFI_CMD、WIFI_D0-WIFID3、WIFI_CLK、WIFI_CS、WIFI_WAKE几条数据线与主控芯片的SDIO接口相连，实现基于SDIO通讯协议的通讯。
在设备接口电路中，CAM500A摄像头模组通过并行数字视频接口DVP与嵌入式主板连接，CAM500A摄像头使用DVP接口与主控芯片CAM500A接口电路进行连接；激光测距和超声波测厚仪采用RS232串行通讯接口与主控制器连接，SP3232的T1IN、T2IN、ROUT1、ROUT2分别与主控制器串口单元的UART0_TX、UART3_TX、UART0_RX、UART3_RX连接，RSTXD0、RSRXD0连接激光测距模块，RSTXD3、RSRXD3连接超声波测厚模块；红外测温采用I2C串行总线通讯接口与主控制器进行连接。
在主控系统电路中，RGB LCD控制器的信号同步线和数据线通过端接电阻接入主控制器相对应的端口。
本发明的有益效果是：它可点对点的接收读取设备信息，自动生成检测结果，附加影像记录，电子表格。填写内容包括被检单位名称、地点、类别（执法或检测）及单位防火负责人等。确认后此检测表格自动生成，之后传到与之相匹配的电脑，打印出完整的检测报告。应用此技术的最大优点是检测结果不可人为修改，保证了执法的严肃性、公正性，有利于总部机关对派出消防执法人员获取被检单位结果的真实可靠性。
附图说明
图1本发明原理框图；
图2.1本发明系统内各单元原理框图；
图2.2本发明硬件电路框图；
图2.3本发明电源电路框图；
图2.4本发明电源转换电路图；
图2.5本发明RTL8189ES模组典型应用电路图；
图2.6本发明CAM500A的外围接口电路图；
图2.7本发明主控芯片CAM接口电路图；
图2.8本发明RS232串行通讯电路图；
图2.9本发明主控芯片串口接口图；
图2.10本发明 I2C接口电路图；
图2.11本发明USB OTG的外围电路图；
图2.12本发明USB OTG控制电路图；
图2.13本发明LCD参数图；
图2.14本发明RGB LCD接口电路图；
图2.15本发明按键电路图；
图2.16本发明驱动程序与各个部分之间的关系图；
图3.1本发明取主机监测数据流程图；
图3.2本发明测量消防通道参数流程图。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图所示，U是芯片，R是电阻、C是电容、L是电感、D是二极管。
本发明由硬件电路设计、驱动设计、嵌入式主控系统设计、以及软件算法设计组成。其中硬件电路设计把各个硬件单元连接成了一个整体，让各个单元能够协同工作，是整个系统稳定、牢靠工作的基础。驱动设计是各个硬件设备能够正常工作的基础，嵌入式主控系统的设计是系统的数据采集整理中心，一方面用于获取消防管道各个传感器的数值，另外一方面通过控制各个数据采集设备把采集到的消防通道的各项指标保存起来，然后通过特定的接口传送到后台服务器，生成检测报告。整个系统各个单元之间的关系如图2.1所示。
1、硬件电路设计
系统硬件电路设计总的可以分为四大部分，第一部分是与主机设备进行通讯的无线通讯电路设计，第二部分是用于采集消防通道数据的各个设备的工作电路的设计，第三部分是同后台服务器进行数据交互的通讯传输电路设计，第四部分为能让嵌入式主控系统正常工作的外围电路。系统硬件电路框图如图2.2所示。
(1)电源设计
由于本系统是手持设备终端，实际工作中是不能接入外界电源的，所以就需要使用电池供电，考虑到使用的时间和系统电源设计的复杂性，拟采用三片聚合物锂电电池串联组成整个系统的电源，一片锂电池满电时的供电电压为4.2V，三片串联的供电电压为12.6V。鉴于锂电池充电条件要求比较苛刻，为了设备完全考虑，需要设计合理的充放电电路。为了满足系统中其他设备的不同需求需要对总供电电源进行电源变换。采用高性能高效率的线性DC-DC电源芯片把系统电源变换成12V、5V和3.3V。整个系统的电源设计如图2.3所示。
图2.4为电源转换电路，电池电压经过转化后会为系统提供12v供电电压，为了满足系统其它单元的供电电压需求，12v电压会经过TPS54332D电源转换芯片分别转化成5v和3.3v电压。TPS54332D是一个高效率，高电流输出的的DC-DC转换芯片，最高可输出3.5A电流，能完全满足整个系统的需求，通过改变外围电路电阻的配比可实现不同电压的输出。图2.4是12v转化成5v的电路，12v转化为3.3v的电路类似，只是R1、R25、R34电阻的不同。
(2)无线通讯电路设计
本手持终端需要使用Wi-Fi无线网络与设备主机进行数据传输，需要设计一个能稳定工作的Wi-Fi通讯电路。考虑到嵌入式系统下Wi-Fi驱动设计的难度，本系统拟采用Linux内核中已被验证和使用的RTL8189芯片模组。
RTL8189ES模组是一款高性能、低功耗、体积小的SDIO接口无线模组，符合IEEE802.11N标准，符合IEEE802.11N标准，并向下兼容IEEE802.11B/G标准，支持802.11i安全协议，以及IEEE 802.11e标准服务质量，其极其高的兼容性，能够快速、方便的与无线设备互相联通，支持最新的64/128位WEP数据加密，支持WPA-PSK/WPA2-PSK,WPA/WPA2安全机制，无线传输速率高达150M，是普通11B产品的10倍。
采用此模组的另外一个重要原因是，其价格便宜、外围电路简单，只需要几个电阻就能实现功能。其典型应用电路如下图2.5所示。
RTL8189ES通过WIFI_CMD、WIFI_D0-WIFID3、WIFI_CLK、WIFI_CS、WIFI_WAKE几条数据线与主控芯片的SDIO接口相连，即可实现基于SDIO通讯协议的通讯。
(3)设备接口电路设计
本手持设备需要测量消防通道的各个参数用以形成参数表，本系统将使用摄像头进行拍照，激光测距机测量距离，超声波测厚仪测量厚度，红外测温仪测量温度。每一种设备都具有其特定的接口和通讯协议，需要根据具体的设备型号设计相应的接口电路。
由于系统对于摄像功能的需求，本系统需要选择一款合适的小型化具有自动调焦的高像素摄像头，通过对市面上常见的嵌入式摄像头的分析，拟采用OmniVsion公司生产的OV5640芯片，深圳友善科技生产的CAM500A摄像头模组。
CAM500A摄像头模组主要采用了OmniVison公司的1/4英寸QSXGA CMOS OV5640图像传感器模组，并通过并行数字视频接口DVP与嵌入式主板连接，最高可支持500W像素(2592*1944)拍照，最高支持720P@30fps流畅高清录像。支持多种自动图像控制功能，如自动连续对焦(AFC)，自动白平衡（AWB）,自动曝光（AEC）等功能，其采用了焦距为2.7mm，固定光圈2.8，视角66°的微型手机镜头。适用于智能监控，无线智能小车，无人机，手持设备等产品项目的开发应用。实物图如图2.6所示.
CAM500A的外围接口电路简单，如图2.7所示
图2.7为主控芯片CAM500A接口电路，CAM500A摄像头使用DVP接口与主控制芯片进行连接，其中CAM0_PCLK为摄像头的像素点时钟，CAM0_HYNC是摄像头的行同步信号，CAM0_VSYNC为摄像头的场同步信号，其它为摄像头的像素点信号，通过这些信号线即可采集完整的图像信息。
激光测距和超声波测厚仪可选用RS232串行通讯接口与主控制器连接，由于S5PV4418支持的是TTL电平，需要使用SP3232进行电平转换，经转换后的信号经过处理就能得到具体的测距信息。图2.9为RS232串行通讯电路。一片SP3232芯片能同时支持两路RS232电平与TTL电平的转换，可以同时支持激光测距和超声波测厚仪的同时使用。把SP3232的T1IN、T2IN、ROUT1、ROUT2分别与主控制器串口单元的UART0_TX、UART3_TX、UART0_RX、UART3_RX连接。RSTXD0、RSRXD0连接激光测距模块，RSTXD3、RSRXD3连接超声波测厚模块。图2.8为主控芯片串口接口。
红外测温可选用I2C串行总线通讯接口与主控制器进行连接，这种接口对于数据量不大的设备来说可以节省主控制资源并且拥有较高的通讯速度。一般I2C的数据线为双向IO既能发送数据，又能接收数据，所以会在主控制芯片的I2C接口上加入上拉电阻，用于匹配开漏输出模式。图2.10为I2C接口电路。
(4)数据传输电路设计
手持设备终端在测量完数据后，需要以一定的方式传输到后台服务器上，在大多数的嵌入式设备中，主控单元都是作为USB主设备，由于USB通信的特殊性，手持设备终端需要作为USB从设备与作为USB主设备的后台服务器进行通讯。所以本系统将采用USB OTG的方式与后台服务器进行数据传输。
USB OTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作（两用OTG）。OTG两用设备完全符合USB2.0标准，并可提供一定的主机检测能力，支持主机通令协议（HNP）和对话请求协议（SRP）。在OTG中，初始主机设备称为A设备，外设称为B设备。可用电缆的连接方式来决定初始角色。mini-A插头中的ID引脚接地，mini-B插头中的ID引脚浮空。当OTG设备检测到接地的ID引脚时，表示默认的是A设备（主机），而检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备（外设）。系统一旦连接后，OTG的角色还可以更换。主机与外设采用新的HNP，A设备作为默认主机提供VBUS电源，并在检测到有设备连接时复位总线、枚举并配置B设备。
由图2.11、图2.12 USB OTG控制电路可以看出，USB OTG的外围电路连接简单，只需要5个端口就可以完成数据的传输。VBUS_5V、GND用来提供电能，USB_OTG_D-和USB_OTG_D+用来进行数据传输，USB_OTG_ID用来识别OTG设备，图中的其他外围电路是用来保证USB进行高速数据传输中的稳定性。
(5)主控系统电路设计
主控系统是整个手持设备的核心，其既是数据采集中心又是数据处理中心，整个手持设备的所有外设都需要与主控系统有连接关系。所以主控系统的处理能力以及外设连接能力、运行稳定性直接决定了整个系统的性能和运行的稳定性。本小节将主要介绍主控芯片的性能以及显示系统LCD和输入系统按键的设计。
本系统的主控系统拟使用samsung生产的S5P4418芯片，S5P4418是为移动设备设计的一个基于32 RISC架构的片上系统，它采用28nm低功耗线程，拥有4路Cortex-A9 CPU，高内存带宽，全高清显示，1080p@60fs视频编码和1080p@30fs硬解码功能，拥有硬件3D图形引擎和eMMC4.5和USB 2.0高速接口。其支持3通道SDIO接口，5通道UARTs接口，32通道DMA接口，支持I2S,I2C,SPI等多种通讯方式，同时还支持USB OTGT，拥有专用的LCD控制器，能完全满足本系统的需求。
LCD图形显示是系统与客户进行交互的媒介，本系统拟采用5英寸RGB接口屏幕与主控芯片进行连接，通过设计内容丰富的图形交互界面与用户进行沟通。界面上会显示连接到的消防水检测设备检测到的数据，同时会提供测距、测温、测厚、拍照等按钮用于测量消防通道的各个参数，并设置有数据回显界面等。本系统拟采用的LCD具体参数如图2.13所示。
S5PV4418主控制器内部集成RGB LCD控制器，RGB屏幕控制外围电路简单，只需要把信号同步线和数据线通过端接电阻接入主控制器相对应的端口就能实现屏幕控制。图中I2C2_SCL、I2C2_SDA线用于电容触摸屏幕的控制。GPIOC15通过脉宽调制技术（PWM）用于屏幕背光亮度的控制。图2.14为RGB LCD接口电路。
按键输入系统主要给用户提供输入源，本系统的按键主要定义为各个设备的参数测量启动，用户可以直接使用不同的按键实现数据的测量工作。使用起来更加方便快捷。
按键输入系统的具体电路如下图所示，当按键按下的时候GPIO端口输出低电平，当按键松开时，由于上拉电阻的作用IO端口输出高电平，从而识别不同的按键操作。图2.15为按键电路。
2、驱动设计
在嵌入式驱动设计中跟普通MCU的驱动设计有很大的区别，要根据使用的具体的系统进行设计。对驱动设计最通俗的解释就是“驱使硬件设备行动”。驱动与底层硬件直接打交道，按照硬件设备的具体工作方式，读写设备的寄存器，完成设备的轮询、中断处理、DMA通信，进行物理内存向虚拟内存的映射的，最终让通信设备能收发数据，让现实设备能显示文字和画面，让存储设备能记录文件和数据。驱动设计与各个部分之间的关系，如图2.16所示。
驱动程序负责硬件和应用程序之间的该沟通同，本系统的驱动设计主要是负责上层应用程序与各个测量设备间的通信，完成数据的测量与传递。
本系统涉及到的驱动主要有基于SDIO接口的无线Wi-Fi驱动设计、基于DVP接口的摄像头驱动设计、基于USB OTG接口的USB驱动设计、基于RGB接口的LCD驱动设计、基于I2C接口的触摸驱动设计、基于各种通信接口的测量设备的驱动设计和基于GPIO端口的按键驱动设计。
3、嵌入式主控系统设计
本手持终端的需求可分为三大部分：①获取消防管道检测设备主机检测到的数据②通过搭载的设备测量消防通道的各个参数③通过USB把采集到的数据传送后台服务器。嵌入式主控系统的设计主要围绕这三个部分展开。
(1)获取监测数据
手持设备能够获取检测主机传送的数据。手持设备在初始化的过程中初始为无线站点模式（STA）,通过扫描二维码或者输入检测主机的设备号和密码的方式接入检测主机，建立无线通信通道。通过约定好的端口号建立TCP客户端并连接到监测主机建立的TCP服务器，接收监测主机检测到的编码后的数据流，把接收到的数据通过Protol Buffer解码获取真正的检测数据，具体流程如图3.1所示。
(2)测量消防通道参数
测量消防通道参数是手持设备的另外一个重要功能。其具体的工作过程如下，当手持设备启动的时候会首先把各个设备的驱动程序加载到内核当中，然后初始化各个设备，根据用户不同的操作测量相应的参数，用户的操作可以通过屏幕输入也可以通过按键输入，具体实施流程如图3.2所示。
(3)数据传输
测量到的消防通道数据需要在操作人员的操作下传输到后台服务器，然后根据测量的数据，生成最终的检测报告。当使用连接线把手持设备终端接入后台服务器后，手持设备终端会启用USB OTG通讯协议，建立USB通信通道，通过操作人员的选择决定上传的数据内容。

Claims (4)

1.一种消防手持终端执法记录仪，其特征是：在硬件电路中，无线通讯电路中的手持终端通过Wi-Fi无线网络与设备主机进行数据传输；在设备接口电路中摄像头进行拍照，激光测距机测量距离，超声波测厚仪测量厚度，红外测温仪测量温度，上述设备都具有其特定的接口和通讯协议，设计相应的接口电路；在数据传输电路中，USB主设备的主控单元与手持设备终端进行通讯，采用USB OTG的方式与后台服务器进行数据传输；在主控系统电路中，RGB接口屏幕与主控芯片进行连接，RGB LCD控制器的信号同步线和数据线通过端接电阻接入主控制器相对应的端口。
2.如权利要求1所述的一种消防手持终端执法记录仪，其特征是：无线通讯电路中，RTL8189ES芯片通过WIFI_CMD、WIFI_D0-WIFID3、WIFI_CLK、WIFI_CS、WIFI_WAKE几条数据线与主控芯片的SDIO接口相连，实现基于SDIO通讯协议的通讯。
3.如权利要求1所述的一种消防手持终端执法记录仪，其特征是：在设备接口电路中，CAM500A摄像头模组通过并行数字视频接口DVP与嵌入式主板连接，CAM500A摄像头使用DVP接口与主控芯片CAM500A接口电路进行连接；激光测距和超声波测厚仪采用RS232串行通讯接口与主控制器连接，SP3232的T1IN、T2IN、ROUT1、ROUT2分别与主控制器串口单元的UART0_TX、UART3_TX、UART0_RX、UART3_RX连接，RSTXD0、RSRXD0连接激光测距模块，RSTXD3、RSRXD3连接超声波测厚模块；红外测温采用I2C串行总线通讯接口与主控制器进行连接。
4.如权利要求1所述的一种消防手持终端执法记录仪，其特征是：在主控系统电路中，RGB LCD控制器的信号同步线和数据线通过端接电阻接入主控制器相对应的端口。
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CN112486228A (zh) * 2020-11-04 2021-03-12 淮北矿业股份有限公司 一种用于浮选机的控制系统及其方法

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