Brevet FR2785112A1 — publié le 20000428

Balise embarquée, en particulier pour la gestion de flottes de véhicules. L'invention concerne la gestion de flottes de véhicules, et s'applique notamment à la localisation à distance de wagons. On dispose aujourd'hui de moyens de localisation performants et peu onéreux, comme le système de radionavigation dit "Global Positioning System"ou GPS. De mme, la téléphonie mobile a fait de grands progrès. Les gestionnaires de flottes de véhicules recherchent donc un moyen qui leur permette de connaître à distance la position de leurs différents véhicules, par transmission d'informations à un site central. Avec les moyens d'aujourd'hui, il devient possible d'équiper chaque véhicule, tel qu'un wagon, d'une balise embarquée capable de déterminer la position du wagon, et de transmettre celle-ci à distance, accompagnée le cas échéant d'autres informations. Cela suppose que la balise soit d'abord d'un coût suffisamment faible, ensuite munie d'un système fiable d'alimentation électrique autonome, et enfin susceptible d'tre protégée efficacement contre les dégradations et le vol. Mais il n'existe pas actuellement de solution totalement satisfaisante à cet égard. La présente invention vient donc améliorer la situation. On sait déjà réaliser une balise embarquée de transmission de données, comprenant une alimentation électrique autonome, un récepteur de radiolocalisation du genre GPS, un moyen de télécommunication du genre GSM ; on sait également munir cette balise d'une unité de gestion, interconnectée avec le récep- teur de radiolocalisation et avec le moyen de télécommunication, et agencée pour contrôler un état de veille et un état activé de ceux-ci, aux fins d'acquérir et de transmettre un site distant des données portant au moins sur la position de la balise. Selon une caractéristique de l'invention, la balise comprend en outre un détecteur de mouvement ; et l'unité de gestion, munie d'une horloge permanente, est agencée avec au moins un mode de travail ou scénario dans lequel elle active le détecteur de mouvement de façon répétée, tout en conditionnant au moins partiellement l'activation ultérieure du récepteur de radiolocalisation par le fait que les réponses du détecteur de mouvement indiquent un mouvement significatif du porteur de la balise. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 est un schéma de principe d'une balise embarquée ; -la figure 2 est une vue en perspective du boîtier de la balise ; -la figure 3 est un schéma synoptique d'un élément de la figure 1 (séquenceur) ; -la figure 4 est un logigramme du fonctionnement du récep- teur de radionavigation GPS de la balise de la figure 1 ; -la figure 5 est un logigramme du fonctionnement du dispositif de télécommunication GSM de la balise de la figure 1 ; et -la figure 6 est un logigramme du fonctionnement du sequen- ceur de la balise de la figure 1. Les dessins annexés comportent de nombreux éléments qui, pour l'essentiel, sont de caractère certain. En conséquence, ils pourront non seulement servir à mieux faire comprendre l'invention, mais aussi contribuer à la définition de celle-ci, le cas échéant. Les intervenants du fret ferroviaire doivent connaître l'emplacement de chacun de leurs wagons. Bien qu'ils sachent naturellement déjà le faire, il est apparu intéressant, en complément, de munir les wagons d'un récepteur GPS simple, et d'un téléphone portable opérant sur un système à messagerie, outils qui sont aujourd'hui disponibles à un coût suffisamment bas pour tre compatible avec l'application. Les wagons sont souvent à l'arrt dans des lieux difficiles à surveiller étroitement. Il faut donc prévoir en outre un système fiable d'alimentation électrique autonome, et une protection efficace contre les dégradations et le vol. Les alimentations à cellules solaires sont aujourd'hui bien au point. Et l'on sait les agencer pour éviter le vandalisme. Le principal problème est alors de faire fonctionner ensemble lesdits éléments, dans une balise embarquée qui demeure d'un coût compatible avec les besoins des gestionnaires de flottes de wagons. La Demanderesse a observé que le récepteur GPS est un gros consommateur d'énergie. En effet, chaque fois qu'il est réveillé", il doit refaire complètement ou quasi-complètement les opérations d'initialisation, de recherche de satellites"en vue", d'acquisition du synchronisme avec les codes pseudo-aléatoires des signaux GPS de ces satellites, et de poursuite de ces codes et, le cas échéant, des porteuses. Il faut en outre tenir compte de ce que la mesure GPS peut s'avérer ponctuellement impossible, dans certains cas. La Demanderesse a également observé que le meilleur compromis est obtenu lorsque l'alimentation électrique est assortie d'une batterie tampon, et dimensionnée pour permettre la pleine charge de la batterie pendant les saisons de bon ensoleillement (printemps et été), tandis que la batterie assure le passage des saisons de faible ensoleillement (automne et hiver) sans se décharger complètement. Pour obtenir ce résultat, sans devoir donner à 1'ensemble d'alimentation des dimensions prohibitives, la Demanderesse a porté son attention sur la consommation du récepteur GPS, comme on le comprendra ci-après. Sur la figure 1, la balise comprend un boîtier 1, conçu pour résister aux agressions. Ce boîtier (figure 2) est muni sur sa face arrière d'une plaque 9 articulée par une charnière 90 non démontable sans outillage spécial. C'est cette plaque qui sert à la fixation sur le wagon. On voit en 91 des ouïes d'aération. La balise comprend un séquenceur 2, auquel est ici incorporé un détecteur de mouvement. L'alimentation électrique comprend un photo-générateur 30 en technologie amorphe monté apparent en partie supérieure du boîtier 1, et connecté intérieurement une batterie, constituée de 1 ou 2 blocs de 6 Volts (de 8 Ah par exemple), suivie d'un convertisseur de tension 31, qui alimente l'ensemble restant, selon les tensions plus basses nécessaires à chaque organe. En 4 est illustré un récepteur GPS opérant en code C/A, avec une précision standard (100 m). On utilise par exemple le récepteur TRIMBLE référencé LASSEN SK8 (option"température étendues), ou un modèle équivalent. Ce récepteur utilise une antenne 41. Dans le mode de réalisation illustré, il est prévu un coupleur 40, et une autre antenne 42 optionnelle, à monter de l'autre côté du wagon. En 5 est illustré un module téléphonique GSM ou équivalent, avec son antenne 51. On peut prendre un module GSM SIEMENS réfdrencé"Cellular Engine A1". Dans un mode de réalisation avantageux, on place en partie supérieure du boîtier, à côté du photo-générateur 30, une antenne mixte GPS/GSM 45, qui mesure environ 3 cm. De telles antennes sont vendues par exemple par la société allemande HIRSCHMANN. Enfin, il est prévu une interface 60, avec fonction de conversion analogique-numérique, vers un passage arrière (non représenté) accessible seulement à travers la plaque 9 ou après ouverture de la charnière du boîtier 1. Ce passage arrière permet de recevoir les signaux de capteurs du wagon, ou bien la connexion à un poste de test, du genre ordinateur portable. Le séquenceur (figure 3) comprend une horloge permanente temps réel 20 (ou RTC, pour Real Time Clock), accompagnée de mémoires flash 21 pour les paramètres reconfigurables, reliées au microcontrôleur 22 par un bus de type I2C. A travers une jonction OU, 1'horloge 20 est capable d'engendrer des interruptions (ou ordres de réveil) appliquées à un microcontrôleur 22, muni en 24 d'un circuit comportant une mémoire vive, une mémoire morte et un gestionnaire d'entrées/sorties (I/O). Le microcontrôleur 22 est également connecté à des interfaces 25 de la carte séquenceur, qui vont d'une part vers les interfaces externes 60 pour le poste de test (PC) et/ou les capteurs externes, d'autre part vers les modules GPS et GSM, qui, vus du séquenceur, sont considérés comme des capteurs. Le poste de test peut lui aussi produire une interruption, qui est alors appliquée au microcontrôleur 22 par la jonction OU 26. Ici, le capteur de mouvement 23 fait partie de la carte séquenceur. Vu du microcontrôleur, il est également considé- rés comme un capteur. Ce détecteur est par exemple le modèle de la Société MURATA référencé PKS1-4A10. La figure 4 illustre le mode de travail selon lequel le séquenceur pilote le récepteur GPS 4. Après l'étape initiale de réveil 400, un test 402 vérifie que les almanachs GPS sont suffisamment récents. Dans le cas contraire, on en prend de nouveaux en 404. Ensuite, on teste l'antenne en 406 (le récepteur TRIMBLE précité comporte un tel test), avec passage en alarme 408 si le test échoue. Ce mode alarme peut tre traité de différentes manières, dont l'envoi forcé d'un message spécial au site central. On passe ensuite au fonctionnement GPS proprement dit. En 410, on demande une mesure au récepteur GPS (complète, c'est à dire avec acquisition et poursuite temporaire du code C/A). On obtient en 412 une mesure, à savoir la position de la balise et l'heure, ainsi qu'une indication de qualité. Si la qualité est insuffisante, les étapes 416 et 418 font réitérer N fois les étapes 412 et 414. En cas d'échec persistant, une nouvelle heure de réveil GPS est fixée en 420 et le module GPS est mis en sommeil en 430. Dans le cas normal, l'étape 422 stocke les données mesurées, et le module GPS est mis en sommeil en 430. Le séquenceur 2 (ou unité de gestion) est agencée pour recaler son horloge permanente (ou RTC) 20 d'après l'heure fournie par le récepteur GPS 4. La figure 5 illustre le mode de travail selon lequel le séquenceur pilote le module téléphonique 5, du type GSM/SMS, capable de travailler en numérique avec émission de messages brefs (Short Message System), et, en sens inverse, service de messagerie. Après l'étape initiale de réveil 500, l'étape 502 tente d'établir une connexion au réseau. En cas d'échec, les étapes 504 et 506 font que la tentative est répétée N fois. En cas d'échec persistant, on reprogramme l'heure de réveil en 508, puis on met en sommeil en 540. Après connexion, le test 510 détermine si le réveil est pour appel de la messagerie (MT) ou pour l'envoi d'un message (MO). Dans le premier cas, les étapes 512 et 514 lisent et stockent les messages, et l'on va à la mise en sommeil 540. Dans le second cas, l'envoi d'un message est effectué en 522 vers le numéro de téléphone programmé d'un site central. Si le test 524 détermine que la transmission est réussie, on va la mise en sommeil 540. Sinon les étapes 526 et 528 autorisent N tentatives, après quoi, en cas d'échec persistant, on fixe en 530 une nouvelle heure de réveil (GSM), et l'on va à la mise en sommeil 540. Le nombre de tentatives N est à chaque fois paramétrable sélectivement, au niveau du séquenceur. La figure 6 illustre le mode de travail de base, ou programme principal, du microcontrôleur du séquenceur 2. Il peut découler de trois événement ou interruptions différents, qui réveillent le séquenceur. Chaque balise est munie en mémoire d'un mode de travail ou scénario, dont la base est une liste de capteurs (capteurs signifie tous les organes à'réveiller'). A un moment donné, en regard de chaque capteur, la liste comprend la prochaine heure de réveil fixée, mais réajustable, pour le capteur concerné et une grandeur logique d'état (ou variable d'état, ou encore drapeau (en anglais"flag")) indiquant si le traitement lié à l'heure de réveil a été effectué ou non. Le scénario contient aussi d'autres règles, et notamment la périodicité (plus généralement la loi temporelle) fixée comme base pour le réveil de chacun des capteurs. A un moment donné, l'horloge 20 surveille l'heure de réveil la plus proche, sur 1'ensemble des capteurs du scénario. En 200, le réveil est dû à 1'horloge 20, qui vient d'atteindre cette heure de réveil la plus proche". C'est le mode courant. En 202, on parcourt la liste des capteurs impliqués dans le scénario, ce qui fournit en 204 la liste des capteurs à activer, d'après la comparaison entre l'heure courante et les prochaines heures de réveil respectives de ces capteurs (heure de réveil inférieure ou égale à l'heure courante, avec des tolérances appropriées). Deux modes de fonctionnement peuvent tre envisagés. Dans un premier mode, les heures de réveil des différents capteurs sont choisies suffisamment éloignées les unes des autres pour que le traitement complet du capteur devant tre réveillé le premier soit terminé avant que le réveil du second capteur ne survienne. Dans un second mode, les heures de réveil des différents capteurs peuvent tre rapprochées. Lors du réveil, le parcours de la liste des capteurs permet de déterminer tous ceux qui doivent tre réveillés pendant la période de traitement complet du capteur devant tre réveillé le premier. Cela permet de placer dans le scénario, en correspondance des capteurs concernés des drapeaux (en anglais flag) qui vont permettre à l'unité de gestion (ou séquenceur) de les réveiller aux instant programmés. Le scénario est avantageusement mémorisé dans la mémoire flash 21. En 206 on active successivement les capteurs, par exemple le GPS puis le GSM en mode MT ("polling"). En 208, on stocke les données et on décide de l'envoi d'un message si elles sont significatives, en activant le GSM en mode MO. Après cela, on fixe en 270 une nouvelle heure de réveil de la RTC 20, et l'on va à la mise en sommeil 280. En 220, le réveil est dû à une interruption venant du poste de test (maintenance). Il peut y avoir en 222 dialogue avec ce poste, et re-paramétrage de toutes les grandeurs variables du programme du séquenceur, ou d'autres éléments ; ensuite, on fixe en 270 une nouvelle heure de réveil de la RTC, et l'on va à la mise en sommeil 280. Il peut y avoir en 232 un ensemble de tests, avec activation des capteurs en 234 ; à la fin, on va à la mise en sommeil 280. Il peut encore y avoir en 242 une simple lecture de données, après quoi on va à la mise en sommeil 280. En 260, le réveil est dû à un parasite, par exemple une forte impulsion électromagnétique. On vérifie l'heure en 262, puis on teste si cela se passe avant ou pendant une activation. Dans le second cas, une nouvelle heure de réveil est fixée en 266. On termine en allant à la mise en sommeil 280. Selon l'invention, la règle de réveil du détecteur de mouvement fixe pour celui-ci une cadence de mesures nettement supérieure à celle du récepteur GPS. Par exemple, le récep- teur GPS est prévu pour tre réveillé de 2 à 12 fois par jour (en mode spontané de la balise), alors que le détecteur de mouvement (très peu consommateur d'énergie) est réveillé à une cadence de 5 à 30 minutes par exemple. En admettant que le récepteur GPS est normalement réveillé toutes les 2 heures, et le détecteur de mouvement toutes les 5 minutes, on dispose de 24 mesures du détecteur de mouvement à l'échéance du réveil du récepteur GPS. Si ces 24 mesures sont négatives, c'est-à-dire indiquent l'immobilité du wagon, on omet le réveil du récepteur GPS, auquel on fixe une nouvelle heure de réveil. Il en est de mme si très peu de mesures du détecteur de mouvement sont positives, ou plus généralement si l'analyse statistique indique qu'un déplacement réel de la balise est peu probable, les mouvements détectés résultant de chocs, vibrations, ou autres ébranlements. L'ajustement du seuil à partir duquel on considère qu'il y a déplacement dépend du contexte, et en particulier du type de détecteur de mouvement utilisé. En cas de report du réveil GPS à l'heure Tgps (i+1), sa nouvelle heure de réveil peut tre fixée selon la règle de base du GPS, en Tgps (i+1), comme si la mesure omise avait été faite. On peut préférer travailler d'une autre manière en fixant une nouvelle heure plus proche (que Tgps (i+l)), elle aussi soumise au résultat de la détection de mouvement. Une autre variante consiste à décaler de proche en proche le réveil GPS jusqu'au prochain réveil du détecteur de mouvement, tout en omettant ce réveil GPS tant que la détection de mouvement est statistiquement négative. Pour certaines applications au moins, il est préférable de fixer une limite à ces omissions du réveil GPS, en faisant en sorte que le GPS soit réveillé au minimum une fois par jour ou tous les 2 jours. La balise décrite peut tre montée en bout ou sur le côté d'un wagon. Bien entendu, elle peut s'appliquer à d'autres types de véhicules ou d'objets mobiles, comme les camions, les remorques et semi-remorques, les barges fluviales, ou bien les conteneurs, par exemple. Sur un autre plan, on a décrit un système téléphonique du type GSM. On pourra, en variante, utiliser un système équivalent, comme la téléphonie par satellite, en cours d'implantation. Encore sur un autre plan, on a décrit des échanges de messages (ou données), mais il est clair que ces données (ou messages) pourront tre codés, l'unité de gestion devant alors posséder un module d'encodage/décodage pour pouvoir communiquer avec le site central de façon confidentielle. De mme, on a mentionné un récepteur GPS, mais on pourra utiliser d'autres systèmes de radionavigation comparables, comme par exemple le GLONASS ou le GNSS. Par ailleurs, on a décrit un photo-générateur d'un type particulier, mais il est clair que l'invention ne se limite pas à ce type de photo-générateur. D'autre part, on a décrit un détecteur de mouvement d'un type particulier, mais il est clair que l'invention ne se limite pas à ce type de détecteur. Enfin, on a décrit un mode d'alimentation autonome préférentiel, mais il est clair que l'invention ne se limite pas ace mode d'alimentation. On pourra ainsi utiliser une alimentation à piles couplée à une batterie et à un convertisseur, ou bien des moyens permettant de récupérer l'énergie du mouvement. Revendications 1. Dispositif formant balise embarquée de transmission de données, du type comprenant un récepteur de radiolocalisation (4), un moyen de télécommunication (5), une unité de gestion (2) interconnectée avec le récepteur de radiolocalisation et avec le moyen de télécommunication, et agencée pour contrôler un état de veille et un état activé de ceux-ci, aux fins d'acquérir et de transmettre à un site distant des données portant au moins sur la position de la balise, ainsi qu'un moyen d'alimentation électrique autonome (30-32) de ltensem- ble, caractérisée en ce que la balise comprend en outre un détecteur de mouvement (23), et en ce que l'unité de gestion (2), munie d'une horloge permanente (20), est agencée avec au moins un mode de travail ou scénario dans lequel elle active le détecteur de mouvement de façon répétée, tout en conditionnant au moins partiellement l'activation ultérieure du récepteur de radiolocalisation (4) par le fait que les réponses du détecteur de mouvement indiquent un mouvement significatif du porteur de la balise. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de gestion (2) est agencée pour recaler son horloge permanente (20) d'après l'heure fournie par le récepteur de radiolocalisation (4). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le détecteur de mouvement (23) est du genre accéléromètre à seuil. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur de mouvement (23) est du type à lame vibrante. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le récepteur de radiolocalisation (4) comprend un récepteur du type GPS opérant en mode C/A. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de gestion (2) comprend un séquenceur, capable d'opérer selon au moins un scénario, lequel comprend l'activation successive d'une pluralité de fonctions ou modules, ces fonctions comprenant le détecteur de mouvement (23), le récepteur de radionavigation (4), une fonction appel de messagerie du moyen de télécommunication (5), et une fonction appel de site du moyen de télécommunication (5), cette dernière conditionnée par l'existence d'un message à transmettre. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le séquenceur (2) possède une mémoire d'heure de réveil (21), et est agencé pour s'activer afin de mettre en ouvre un scénario lorsque l'heure de réveil est atteinte. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le séquenceur (2) est agencé pour s'activer également sur branchement d'un poste, tel qu'un micro-ordinateur, à des fins notamment de test ou de re-paramétrage. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le séquenceur (2) est agencé pour répondre à un réveil parasite par une vérification de 1'heure, suivie conditionnellement d'une re-programmation de la nouvelle heure de réveil. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit scénario est composé d'une liste de capteurs accompagnés chacun d'une heure de réveil réajus- table et d'une grandeur logique d'état indiquant si le traitement lié à l'heure de réveil a été effectué ou non.