交巡警移動(dòng)勤務(wù)終端的研究與設(shè)計(jì)

劉洋

（重慶市公安局北碚區(qū)分局交巡警支隊(duì) 重慶 400070）

目前交巡警執(zhí)行勤務(wù)時(shí)使用的設(shè)備功能單一，為保證勤務(wù)正常開展，必須攜帶多種設(shè)備，并且大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備都不具備實(shí)時(shí)通信功能，較難以有效及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和制止預(yù)謀和潛在犯罪。因此交巡警勤務(wù)迫切地需要一款集成多種功能的在線移動(dòng)勤務(wù)終端，震懾潛在犯罪分子，提高勤務(wù)執(zhí)法效率。

1 系統(tǒng)功能

交巡警勤務(wù)終端基于嵌入式ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F107VC平臺(tái)，具有高性能、低成本、低功耗等特點(diǎn)。終端主要有常用信息查詢、交通信息查詢、身份核查、GPS定位、酒精測(cè)試等功能，通過(guò)GPRS-DTU模塊接入網(wǎng)絡(luò)并與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)或服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢、數(shù)據(jù)更新等。

1.1 GPS定位功能

交巡警移動(dòng)勤務(wù)終端集成了GPS模塊，不僅可以實(shí)現(xiàn)GPS授時(shí)、定位、軌跡記錄功能，還可以將定位信息與身份核查、酒精測(cè)試相結(jié)合，可對(duì)特定人員進(jìn)行軌跡分析，提高證據(jù)可驗(yàn)證性。

1.2 酒精測(cè)試

酒后駕駛具有嚴(yán)重的社會(huì)危害性。大量統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果表明，如果被測(cè)者深呼氣后以中等力度呼氣達(dá)3秒以上，這時(shí)呼出的氣就是從肺部深處出來(lái)的氣體，此時(shí)呼氣中的酒精含量與血液中的酒精含量有如下關(guān)系：血液酒精濃度（mg/L）=呼氣酒精濃度（mg/L）×2 200，因此目前主要通過(guò)采集人體呼出的氣體來(lái)檢測(cè)血液里酒精含量以初步判斷駕駛員是否有酒駕行為。

圖1 系統(tǒng)功能框圖Fig.1 Block diagram of system functions

交巡警勤務(wù)終端使用的燃料電池型酒精傳感器MQ-3，該傳感器具有靈敏度高、線性度好驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。MQ-3上電壓與吸入酒精氣體濃度關(guān)系表達(dá)式如下：

在上式中ΔV為傳感器電壓變化，R為摩爾氣體常數(shù)，T為工作溫度，F(xiàn)為法拉第常數(shù)（96485c），P為吸入酒精的分壓。

因此由（1）式可得出：在保證一定壓力值條件下，酒精傳感器MQ-3的輸出電壓變化近似與酒精濃度呈線性關(guān)系，且為了達(dá)到一定的反應(yīng)速率，應(yīng)保證較高的溫度。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)配備壓力傳感器和溫度傳感器[1]。

1.3 身份核查

身份證核查是公安機(jī)關(guān)確定可疑人員真實(shí)身份的重要途徑，是打擊和預(yù)防犯罪、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定的重要手段。

二代身份證是符合ISO14443 TYPE B標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式IC卡，交巡警勤務(wù)終端通過(guò)內(nèi)嵌的專用身份證安全控制模塊（SAM）以無(wú)線傳輸?shù)姆绞脚c第二代居民身份證內(nèi)專用芯片安全核驗(yàn)認(rèn)證后將芯片內(nèi)的個(gè)人信息資料解讀和對(duì)應(yīng)輸出顯示[2]，由執(zhí)法人員目測(cè)核實(shí)，并可將身份信息發(fā)送到遠(yuǎn)端服務(wù)器進(jìn)行比對(duì)。確認(rèn)核查人員的真實(shí)身份和相關(guān)信息。

1.4 車輛查詢

在交巡警勤務(wù)中經(jīng)常需要進(jìn)行車輛信息查詢，如車輛違規(guī)信息、車主信息、套牌車輛、盜搶車輛信息等，使用交巡警勤務(wù)終端，將車輛特征如車牌號(hào)、車輛識(shí)別號(hào)等信息直接發(fā)送到遠(yuǎn)端服務(wù)器，通過(guò)遠(yuǎn)端服務(wù)器查詢比對(duì)并反饋結(jié)果，以提高執(zhí)法效率。

1.5 常用信息查詢

常用信息查詢包括了以TXT文件和BMP文件存儲(chǔ)在SD卡上的各種法律法規(guī)、急救知識(shí)、交通事故責(zé)任快速認(rèn)定、協(xié)查通緝等信息便于在執(zhí)行勤務(wù)中快速查詢。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

交巡警移動(dòng)勤務(wù)終端交巡警勤務(wù)終端的硬件分為核心部分和外圍設(shè)備兩部分。核心部分為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)平臺(tái)，外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)各種擴(kuò)展功能，并可根據(jù)需要自由裁剪。系統(tǒng)原理圖如圖2所示（實(shí)線框中為核心部分，虛線框中為外圍設(shè)備）。

圖2 系統(tǒng)硬件原理圖Fig.2 Hardware schematic of system

2.1 核心部分

終端的核心部分是采用ST公司基于ARM Cortex-M3內(nèi)核推出的STM32F107VC微處理器芯片，該芯片具有豐富的外設(shè)，有價(jià)格低廉開發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。

終端核心部分使用了SPI FLASH和SD卡作為存儲(chǔ)器。SPI FLASH用于存儲(chǔ)一些不需要經(jīng)常修改的數(shù)據(jù)如字庫(kù)等。SD卡作為主存儲(chǔ)設(shè)備，用于海量存儲(chǔ)系統(tǒng)文件和各種數(shù)據(jù)。使用FAT16文件系統(tǒng)管理后，可以以文件格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，方便系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)通信和管理。

為了實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)界面，采用了320×240TFT彩色液晶顯示器和觸屏控制器，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)勤務(wù)終端基本輸入輸出功能。

終端通過(guò)UART端口經(jīng)過(guò)PL2303轉(zhuǎn)換成USB協(xié)議與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)調(diào)試、程序燒錄等功能[4]。

2.2 外圍設(shè)備

酒精測(cè)試模塊由酒精傳感器、氣壓傳感器、溫度傳感器和信號(hào)調(diào)理電路組成，信號(hào)調(diào)理電路將采集到的信號(hào)經(jīng)限幅、濾波等處理后送往微處理器ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

GPRS DTU模塊和GPS模塊使用UART端口與微處理器通信。

終端使用了韓國(guó)Jcom公司的C-370GPS模塊，該模塊基于SiRFstarIII GPS結(jié)構(gòu)，具有很高的靈敏度，模塊使用5 V供電，功耗約為44 mA，內(nèi)置了備用電池，支持“熱機(jī)”尋星，即終端在斷電后備用電池給GPS模塊供電，使終端開機(jī)后能極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)定位。

身份核查模塊由身份證安全控制模塊 （SAM）、讀卡芯片、接收/發(fā)送電路和天線組成[5]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

終端上電后成各種硬件初始化、文件系統(tǒng)加載、從GPS獲取初始時(shí)間，等初始化工作后，從SD卡中系統(tǒng)文件夾內(nèi)讀取以BMP格式存儲(chǔ)界面文件并顯示在液晶屏幕上，通過(guò)觸摸主界面圖標(biāo)以選擇使用不同的功能。

酒精測(cè)試功能，通過(guò)對(duì)呼出氣體的檢測(cè)，判斷被測(cè)者血液酒精含量，開機(jī)第一次使用時(shí)需要對(duì)傳感器預(yù)熱，以保證測(cè)試精度。如果確認(rèn)為醉酒或飲酒駕駛，將通過(guò)GPRS通信將相關(guān)信息發(fā)送到遠(yuǎn)端服務(wù)器登記，并可通過(guò)打印機(jī)打印處罰通知單[6]。

身份核查的主要方式為讀取二代身份證信息并將相關(guān)信息顯示實(shí)現(xiàn)人工比對(duì)，如需進(jìn)一步核查，將查詢條件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)端服務(wù)器查詢，并返回相關(guān)信息。

如果二代身份證內(nèi)電路失效，導(dǎo)致信息無(wú)法讀出也可通過(guò)手動(dòng)方式輸入查詢條件進(jìn)行查詢。

交通信息查詢分為機(jī)動(dòng)車信息查詢和駕駛?cè)诵畔⒑瞬椋ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)將查詢條件發(fā)送到遠(yuǎn)端服務(wù)器，并將返回相關(guān)信息。

圖3 軟件流程圖Fig.3 Flow chart of software

4 結(jié) 論

針對(duì)交巡警勤務(wù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的交巡警移動(dòng)勤務(wù)終端，使用了STM32F107VC嵌入式微處理器，將交巡警勤務(wù)相關(guān)功能通過(guò)GPRS-DTU通信模塊接入網(wǎng)絡(luò)，提升了勤務(wù)實(shí)時(shí)性，并具有便攜、擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可極大提高交巡警執(zhí)法效率。

[1]顧偉軍，史曉東，彭亦功.基于電化學(xué)原理的燃料電池型酒精傳感器技術(shù)與設(shè)計(jì) [C]//第八屆工業(yè)儀表與自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，北京：中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)，2007.

[2]黎妹紅，楊東凱，張其善.基于第二代身份證的無(wú)線手持式設(shè)備的研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2004（10）：61-62.

LI mei-hong，YANG Dong-kai，ZHANG Qi-shan.The research of the mobile device based on second-generation ID cards[J].Application of Electronic Technique，2004（10）：61-62.

[3]STMicroelectronics.STM32F107XXdatasheet[EB/OL].[2009-09].http：//cn.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/303544/STMICROELECTRONICS/STM32F107xx.html.

[4]Alientec.STM32 Dev-board User Guide.[EB/OL][2011-01-14]-http：//www.openedv.com/posts/downloadAttach/257.htm

[5]中華人民共和國(guó)公安部.GA450-2003.臺(tái)式居民身份證閱讀器通用技術(shù)要求.[S].北京.中華人民共和國(guó)公安部治安管理局，2003.

[6]中華人民共和國(guó)公安部.GA307-2001.呼出氣體酒精含量探測(cè)器[S].北京.中華人民共和國(guó)公安部交通管理局，2001.