自组网终端设备

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自组网终端设备\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及网络摄像机视频监控技术领域，尤其是一种自组网终端设备。\n背景技术\n[0002] 自从无线网络在70年代产生后,它在计算机领域里日趋流行，尤其是最近十年无线移动通信网络的发展更是一日千里。目前存在的无线移动网络有两种：第一种是基于网络基础设施的网络，这种网络的典型应用为无线局域网（WLAN）。第二种为无网络基础设施的网络，一般称之为自组织网，即AD HOC。\n[0003] 现有的无线移动网络是由移动终端和固定基站两部分构成的。 移动终端和固定基站互相通信。移动终端不具备路由功能，基站负责路由和交换功能。基站充当接入有线网络的网关。\n[0004] 移动节点需配备无线网网卡，移动节点通过接入点与固定网络连接，WLAN工作在链路层，对网络层透明，对网络层来说WLAN是一个单跳网络。\n[0005] 所以这种组网方式有一定的局限性，表现如下：1.固定网络中主机位置基本不变；2.固定网络结构一般比较复杂。3.WLAN、红外网络都是单跳网络；4.移动终端的所有通信都要经过接入点进行，造成电池能量和网络带宽资源的浪费；没有外网的情况下。而且现有移动终端即使通过无线路由连接后组成的局域网，它们相互之间也无法进行数据传送。5.在特殊环境（空旷）、临时会议、紧急情况使用时：（1）、要考虑接入网络服务商所需的时间和成本；（2）、现有服务和架构的性能或者能力；（3）、用户可远离网络基础设施而保持与网络的连接。\n发明内容\n[0006] 本实用新型针对上述存在的问题，为了节省时间和资源，尤其在特殊的空旷环境、临时会议、紧急情况下能利用无线局域网组成的自组网为使用者带来方便，而发明了一种数据收集传送实时更新的自组网终端设备。\n[0007] 车载型或手持型自组网终端设备，可与设备执行相同空中接口协议的同类设备自动组建通信网络。在网络信号覆盖区，设备开机进入系统平台后，自动完成网络连接；设备从网络信号盲区进入覆盖区后能自动的快速恢复网络连接；设备能自动切换到网络信号比较好的AP。网内各终端可进行全双工式语音和数据通信，或作为其它同类设备的信号传输中继，如图2所示。\n[0008] 本实用新型的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的：一种自组网终端设备，包括主控平台、外围设备、天线，所述主控平台包括主控单元、接口单元、按键单元，主控单元设置有处理器、存储器，以及用于控制外围硬件设备以实现其功能的应用软件，其特征在于，所述应用软件包括以下模块：MESH无线接入模块、GPS模块、网络控制器、电源管理模块、USB接口芯片、音频处理模块；\n[0009] 所述外围设备包括：无线接入设备、GPS设备、键盘、屏幕、以太网设备、USB设备、电源管理设备、视频图像采集设备、音频输入输出设备；\n[0010] 所述接口单元包括：屏幕接口、键盘接口、功能键接口、音频输入输出接口、视频图像采集接口、与MESH无线接入模块和CPS模块相连的天线接口、与网络控制器相连的以太网接口、与电源管理模块相连的电源接口、与USB接口芯片相连的USB接口；\n[0011] 所述的外围设备通过所述的接口单元与主控单元连接。\n[0012] 上述的主控平台采用主频600MHz以上、支持浮点运算、带图形加速的ARM核心芯片，RAM，以及NAND FLASH存储器，支持中文显示和手写输入。\n[0013] 作为优选，所述天线包括GPS天线、2.4G天线，其中，GPS天线与GPS模块连接，\n2.4G天线与MESH无线接入设备连接。\n[0014] 作为优选，所述按键单元包括音量控制键、多个功能键、PTT键、应急按钮。\n[0015] 作为优选，所述自组网终端设备分为车载型终端设备和手持型终端设备；其中车载型终端设备包括自组网终端设备主体、用于安装自组网终端设备主体的固定座、车载GPS天线、车载2.4G天线、手咪、车载USB摄像头、USB数据线、车载电源线、音频输出线。\n[0016] 作为优选，手持型终端设备包括自组网终端设备主体、天线、电池、充电器、USB数据、电源线。\n[0017] 综上所述，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：\n[0018] 1、自组网终端设备的优点。\n[0019] a、无中心化和节点之间的对等性。Adhoc网络是一个对等性网络，网络中所有节点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点（Infrastructureless，不依赖于固定的网络设施）。网络节点既是终端，也是路由器，当某个节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点（普通节点）的多跳转发（Multi-hopDistributed）。\n[0020] b、自 发 现（Self-Discovering）、自 动 配 置（Self-Configuring）、自 组 织（Self-Organizing）、自愈（Self-Healing）。Adhoc网络节点能够适应网络的动态变化，快速检测其它节点的存在和探测其他节点的能力集，网络节点通过分布式算法来协调彼此的行为，无需人工干预和任何其它预置的网络设施，可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。由于网络的分布式特征、节点的冗余性和不存在单点故障点，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性和健壮性。\n[0021] c、具有无需架设网络设施、可快速部署以及抗毁性强等特点，将成为数字化战场的首选技术。\n[0022] d、至偏远野外、科考、矿山作业以及边远地区执行任务，或者遇紧急场合、自然灾害等，对突发状况、抢险救灾提供支持。\n[0023] 2、采用本实用新型能达到以下几点效果：\n[0024] a、实现终端设备之间相互的语音通信、短信息相动：同一网络内的终端设备间可以进行语音通信、短信息收发，包含广播、群组、点对点几种方式。\n[0025] b、实现终端设备之间相互的视频通信：车载机通过USB接口外接摄像头，手持机内置摄像头。\n[0026] c、实现终端设备之间相互的GPS定位：终端设备从内置GPS模块获取自身位置信息后，将位置、时间和车辆编号或人员编号等信息一同发送给指定终端；同时，车载机可接收指定终端发送来的车辆违章信息并直接在显示屏上提示。\n附图说明\n[0027] 图1是自组网的示意图；\n[0028] 图2是本实用新型的原理框图；\n[0029] 图3是本实用新型主控单元的示意图；\n[0030] 图4是电源管理电路图；\n[0031] 图5是车载型接口单元示意图；\n[0032] 图6是手持型接口单元示意图；\n[0033] 图7是本实用新型软件中包含的驱动功能模块框图。\n具体实施方式\n[0034] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。\n[0035] 实施例1：\n[0036] 车载型终端设备，包括自组网终端设备主体、用于安装自组网终端设备主体的固定座、车载GPS天线、车载2.4G天线、手咪、车载USB摄像头、USB数据线、车载电源线、音频输出线。\n[0037] 如图2所示，自组网终端设备主要由主控平台CPU、外围设备、天线组成；其中，外围设备包括：无线接入设备、GPS模块、触摸屏、键盘、Ethernet设备、USB设备、电源管理设备、电池、视频图像采集设备、音频输入输出设备；天线包括GPS天线和2.4G天线。\n[0038] 所述的无线接入设备、GPS模块、触摸屏、键盘、Ethernet设备、USB设备、电源管理设备、电池、视频图像采集设备、音频输入输出设备均与主控平台CPU连接；GPS天线与GPS模块连接，2.4G天线与无线接入设备连接。\n[0039] 自组网从各个外围输入设备采集音频、视频、按鍵、GPS数据、MESH（Mesh网络即“无线网格网络”,它是一个无线多跳网络，是由ad hoc网络发展而来，是解决“最后一公里”问题的关键技术之一。在像下一代网络演进的过程中，无线是一个不可或缺的技术。无线mesh可以与其它网络协同通信。是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。）网络数据等信息，并在微处理器中进行相应数据计算处理，最后将结果输出各类输出设备——如喇叭、显示屏、MESH无线接入设备等，如在语音通信中，应用软件采集到PTT（一键通（Push-to-Talk）功能是一种全新的移动技术，可以快速地进行“一对一”或者“一对多”通话，就像使用对讲通话机一样。这一功能适合需要频繁中间联系的小型和中型企业以及需要同朋友和家人聊天的个人用户）按键输入后，控制音频设备对麦克风采集到的语音信号进行采样编码压缩，再送入MESH无线接入设备处理后经天线辐射出去；同时天线也接收其它终端发来的语音数据，经MESH无线接入设备按接口协议转化成应用软件可识别的数据，应用软件再控制音频设备对其解压解码放大等处理后，送入喇叭转化成声音。\n[0040] 所述主控平台包括主控单元、接口单元、按键单元；主控单元设置有处理器、存储器，以及用于控制外围硬件设备以实现其功能的应用软件；在运行ANDROID 2.1操作系统的主控平台上，应用软件控制相应的硬件设备以实现各种功能。\n[0041] 此外，终端设备还为扩展软件提供运行平台和各类API接口，实现其特有功能。\n[0042] 1、主控单元是终端设备的核心，是实现设备功能的主体，兼容车载和手载两种机型。\n[0043] 主控单元的核心芯片采用ARM处理器，比如瑞芯微的RK2818芯片，其包含ARM9＋DSP＋GPU内核，主频达几百MHz以上，为640MHz，内置USB模块，支持GPS和摄像功能，支持全格式音频解码，以及720P以上高清视频，支持视频加速，低功耗，并支持ANDROID 2.1以上的系统。根据不同情况的需求，主控单元还可以配备至少1片NAND FLASH（HYNIX MLC \n16Gb 24BIT的即2GB闪存芯片）、以及至少1片或2片RAM内存（HYNIX MOBILE DDRII 2Gb即512MB 内存）。\n[0044] 如图3所示，所述主控单元包含以下模块：MESH无线接入模块、GPS模块、网络控制器、电源管理模块、USB接口芯片、音频处理模块。\n[0045] 1.1、无线接入设备采用MESH无线接入模块，MESH无线接入模块的主要功能是实现Maxtech mesh network protocol空中数据接口协议，自动建立、维护、更新路由信息，自动选择工作通道，将来自主控平台的数据进行封装，并选择最佳路由，经BPSK调制后馈送至天线发送出去；解调天线接收到的射频信号，并判断解调后的数据是否本机数据，若是则转化成一定格式的数据传递给主控电路以作处理，否则根据自建的路由信息进行转发。该模块采用标准MINI-PCIE控制接口和超微型高频低损耗天线接口。\n[0046] 1.2、GPS模块，采用适用于移动设备，低功耗的模块，比如SiRFstarIV GSD4t，能够在各种环境条件下，包括在偏僻的峡谷里或糟糕的室内环境，提供快速而准确的定位信息；\n可同时追踪48个卫星信道；水平定位精度<2.5m，热启动时间<1s；灵敏度高，147dBm (获取)，163dBm (追踪)。该模块可通过UART, SPI或I2C等方式与主芯片通信，简单易用。\n[0047] 1.3、ETHERNET控制器。\n[0048] 如果ARM微处理器芯片，比如瑞芯微的RK2818芯片未集成以太网功能，则需要外接ETHERNET控制器来实现，比如这里采用低功耗的DM9000芯片，其内部集成10/100M自适应收发器，自动协调功能将自动完成配置，最大限度地适合其线路带宽；具有通用的处理器接口，寄存器操作简单有效，有成熟的驱动程序支持，与处理器配合实现网络数据传输功能。 \n[0049] 1.4、音频处理模块。\n[0050] 音频处理电路由音频编解码器（比如TLV320ALC）、压缩/解压芯片（比如AMBE-2020）、驱动放大电路及其它外围电路构成。麦克风信号经RC滤波电路送入音频编解码器（比如TLV320ALC）进行采样编码后，再在压缩/解压芯片（比如AMBE-2020）中数据压缩，以减少语音通信过程中的数据量；音频输出的过程则相反，ARM微处理器将接收到的语音数据送入压缩/解压芯片（比如AMBE-2020）中解压，再经音频编解码器（比如TLV320ALC）译码、DA（数模转换）后产生的模拟信号送入放大电路，最后驱动喇叭产生声音。若ARM微处理器芯片集成音频编解码、压缩/解压功能则可省去该部分电路。\n[0051] 1.5、电源管理模块实现主控平台电源管理（比如采用MAX8671X芯片）。同时满足节电需求，还支持USB和DC输入，耐压达16V，输出5路稳定可调电压，还集成锂电池充电器，自动选择外部电源或电池供电，DC输入电流门限最高可达1A，USB输入电流可设置为100～\n500mA，同时具备过压保护、过热保护、充电状态指示等功能，应用框图如图4所示。\n[0052] 2、接口和按键单元：\n[0053] 主控单元包含多个接口，兼容手持和车载两种终端，如下：\n[0054] 键屏接口：包含触屏、键盘、5个功能键，PTT键、喇叭、麦克风接口。\n[0055] USB接口： 实现数据传输、音频IO、充电，支持USB设备，比如采用飞思卡尔的接口芯片MC34825，以满足上述需求。\n[0056] 以太网接口：主控单元上应包含以太网接口转接至车载型接口单元，以满足需求。\n[0057] 天线接口：包括GPS天线接口和2.4G天线接口，由于车载型与手持型采用的天线不同，设计中应考虑其接口兼容性。\n[0058] 电源接口：手持终端需要电池触点接口，车载终端需要DC电源输入接口。\n[0059] 摄像头接口：手持终端需配置与处理器相连的摄像头接口，车载终端则通过USB口连接。\n[0060] 2.1、车载型接口单元，本单元框图如图5所示： \n[0061] 车载型接口单元的主要功能是实现电源和各类IO口的转接，将车载主机内的主控单元连接至IO设备或对外物理接口上，主要包括：触屏、手咪、车载音箱、车载USB摄像头等；此外，本单元还包含了五个功能键、电源开关及指示灯。\n[0062] 触屏连接到触屏接口，手咪连接到手咪接口，车载音箱连接到标准音频接口，标准音频接口还与麦克风、喇叭接口相连，PTT接口与手咪接口相连。\n[0063] 显示屏：\n[0064] 根据客户需求，车载型终端采用7英寸、16：9触屏，手持型终端采用2.4英寸、\n240*320的OLED触屏，以保证强光下清晰可见；选用的两种屏接口应一致，以保证软硬件设计接口相同。(至少两种均要与CPU兼容，但设计难度增大)\n[0065] 手咪（车载）：\n[0066] 车载型终端需要外接手咪以实现音频的输入输出，手咪可直接外购，接口牢靠、可卡扣固定。\n[0067] 摄像头：\n[0068] 根据客户需求，车载型终端选用USB接口的车载摄像头，像素在300W以上，目前市场上此类产品较少，需外购定制，主要考虑车载安装与防雨问题。\n[0069] 电池：\n[0070] 两种终端可采用相同的电池，均为3.7V，2500mAh 锂离子充电电池，以保证终端设备待机时间要求。\n[0071] 实施例2：\n[0072] 手持型终端设备，包括自组网终端设备主体、天线、电池、充电器、USB数据、电源线；与实施例1相比，区别点在于：\n[0073] 1、手持型按键：\n[0074] 主控单元设置了音量控制键，PTT键，应急按钮，以满足手持型终端结构紧凑的特点。处理器接收到各按键信号后进行相应的处理。\n[0075] 2、手持型接口单元，本单元框图如图6所示：\n[0076] 手持型接口单元的主要功能是实现键盘、触屏、喇叭及麦克风的转接至主控单元上。 \n[0077] 3、触屏：\n[0078] 手持型终端采用2.4英寸、240*320的OLED触屏，以保证强光下清晰可见。\n[0079] 手持型与车载型终端选用的两种触屏接口应一致，以保证软硬件设计接口相同。\n[0080] 4、摄像头：\n[0081] 手持型终端的摄像头可选用目前手机上常用的摄像头，像素在300W以上，其接口应与CPU兼容。\n[0082] 5、充电器、各转接线：\n[0083] 手持终端需配备充电器，可采用直/座充一体式充电器，需要根据电池规格外购或定制。\n[0084] 软件设计：\n[0085] 1.总述\n[0086] 终端设备软件的主要功能是控制各种硬件设备进行采集数据、数据处理、输出信息，以实现设备的语音、视频、数据等通信功能，并提供设备参数设置，扩展应用等功能，主要包括系统架构、设备驱动、应用层软件和服务、接口协议、用户界面等。\n[0087] 2.系统架构\n[0088] 根据客户要求，终端设备采用Android 2.1操作系统。\n[0089] 3.系统驱动\n[0090] 3.1驱动功能模块框图\n[0091] 软件中包含的驱动功能模块框图如下图11所示，其中键盘、GPS、显示、网络、音频、USB可使用系统或开发平台已有的成熟驱动，而特殊功能键、PTT和MESH无线接入模块是自组网终端设备的自定义功能，需要重新开发驱动。\n[0092] 3.2 MESH无线接入模块\n[0093] MESH无线接入模块需根据客户方提供的接口协议进行定制开发，其模型可参考Wifi模块驱动。\n[0094] 4.应用层软件和服务\n[0095] 4.1 语音通信\n[0096] 语音通信功能作为设备的自动加载服务，在设备开机加载系统后开始运行，当接收到MESH无线接入设备送来的语音数据即进行处理并控制音频设备输出至喇叭；当检测到PTT按键信号时，即控制音频设备采集麦克风信号进行处理并通过MESH无线接入设备发送出去，同时也处理接收到的音频数据并输出声音。\n[0097] 4.2 短信息\n[0098] 短信息功能是设备的一个应用程序，需通过菜单选项启动运行，其界面和操作方式与手机短信基本一致。\n[0099] 4.3 视频通信\n[0100] 视频通信也是终端设备的一个应用程序，通过菜单选项或快捷键启动运行，启动之后可进行视频和语音通信，此时PTT键无效。\n[0101] 4.4 GPS定位\n[0102] GPS定位是设备自动加载服务，在设备开机加载系统后开始运行，定时从GPS模块中获取当前位置信息，并从MESH无线接入设备中转发指定点。\n[0103] 4.5 紧急通信\n[0104] 紧急通信功能也是设备自动加载服务，在设备开机加载系统后开始运行，一旦检测到紧急按钮信号，即从MESH无线接入设备广播紧急信息，而设备一旦接收到紧急信息，软件则在显示屏上给出提示。\n[0105] 4.6 参数设置\n[0106] 软件还允许设置例如接口语言、主题、显示字体、对比度、音量和MIC敏感度选择。\n昵称、我的群组、添加群组、广播、串行接口、传输速率、网络矩阵、消光模式、省电模式和技术模式等。\n[0107] 使用自组网、自组网终端设备能达到以下功能效果：\n[0108] 1.实现终端设备之间相互的语音通信：同一网络内的终端设备间可以进行语音通信，其中语音通信包含广播、群组、点对点几种方式。\n[0109] 通过按鍵或触屏从菜单选项中选定通信方式（广播、群组、点对点），按下PTT键后，即可通过内置或外置的麦克风和喇叭进行双向语音通信，松开PTT键后设备仍可接收他人语音信息并从手咪上的喇叭输出声音；音量大小可通过手持机上音量调节键或菜单选项调节。\n[0110] 2.实现终端设备之间的短信息相动：同一网络内的终端设备间可以进行短信息收发，包含广播、群组、点对点几种方式。终端设备从菜单选项选定通信方式（广播、群组、点对点），通过键盘（仅手持机）或触屏（手持机或车载机均可）输入信息内容后发送出去，接收端设备收到信息后可显示信息内容并回复。\n[0111] 3.实现终端设备之间相互的视频通信：车载机通过miniUSB接口外接摄像头，手持机内置摄像头，其像素在300万以上。当需要传输视频时，终端设备通过菜单选项启动视频上传功能，从摄像头采集现场情况（包括现场声音和图像），并实时传送至其它终端，此时PTT键无效。另外，手持机可通过语音/视频快捷键直接启动视频通信功能。\n[0112] 4.实现终端设备之间相互的GPS定位：终端设备从内置GPS模块获取自身位置信息后，将位置、时间和车辆编号或人员编号等信息一同发送给指定终端；同时，车载机可接收指定终端发送来的车辆违章信息并直接在显示屏上提示。\n[0113] 5.实现终端设备的紧急模式（手持机）：通过长按手持机上的紧急按钮可启动该模式。在此模式下，手持机将连续广播紧急告警信息，所有接收到紧急告警信息的设备直接在显示屏上提示；再次常按关闭紧急通信。此模式不影响正常语音通信。\n[0114] 6.实现终端设备的支持扩展应用：终端设备还支持扩展应用，可通过miniUSB接口拷贝应用软件并安装。它为应用软件提供运行平台和各类API接口，以供应用软件进行信号采集、数据处理、信号输出等，实现应用软件的自身功能，如航班查询、车辆调度等。\n[0115] 车载机还提供Ethernet网口，支持扩展与以太网相关的网络应用软件。\n[0116] 7.实现终端设备的监测功能：终端设备可实时监测电池剩余容量、GPS和MESH无线信号强度等工作参数。\n[0117] 8.实现终端设备的设备参数设置：终端设备提供“设置”菜单对设备自身工作参数进行设置。\n[0118] 文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。