МОБИЛЬНЫЙ НАВИГАЦИОННЫЙ ТЕРМИНАЛ

Полезная модель относится к сигнальным устройствам, используемым в навигационных системах регулирования движения транспортных средств для определения их местонахождения, в системах тревожной сигнализации, передачи измеряемых величин, управляющих и подобных сигналов с использованием систем радио и телефонной связи, и может быть использована в составе диспетчерских систем управления патрульными службами, таксопарками, маршрутными транспортными средствами, контроля перемещения и состояния, систем восстановления маршрута, систем дистанционного сопровождения обеспечения безопасности автомашин и их поиска в случае угона, комплексного обеспечения безопасности.
Известны мобильные навигационные терминалы, используемые в составе системы охраны, защиты и мониторинга транспортного средства (RU 2250844 С1, 5 МПК В60R 25/00, G08В 25/10, опубл. 2005.04.27) /1/, системы определения местонахождения подвижных объектов (RU 2302698 С2, 5 МПК Н04В 7/26, G08В 26/00, G08В 25/00, опубл. 2007.02.20) 111, в системе местоопределения и диспетчеризации мобильных бригад скорой помощи (RU 2278418 С2, 5 МПК G08G 1/123, опубл. 2006.06.20) /3/.
В системе /1/ навигационный терминал (блок) содержит только приемник сигналов радионавигационной системы глобального спутникового позиционирования GPS (Global Positioning System) NAVSTAR и/или ГЛОНАСС. Дополнительно система /1/ содержит модуль (приемопередатчик) GSM/GPRS, выполненный с возможностью работы в глобальной системе мобильной связи GSM (Global System for Mobile Communication) и
технологии пакетной передачи данных GPRS (General Packet Radio Service), связанный с радиомодемом, и абонентский приемник, являющийся терминалом пейджинговой связи, и охранно-противоугонную подсистему, связанную с навигационным терминалом, радиомодемом и терминалом пейджинговой связи. Навигационный терминал принимает радионавигационные сигналы от спутников одной из систем глобального позиционирования NAVSTAR и/или ГЛОНАСС и передает в процессорный блок управления охранно-противоугонной системы. Эти данные совместно с другой информацией передаются через радиомодем в диспетчерский пульт.
В системе /2/ навигационный терминал (блок сигнализации) содержит приемник сигналов радионавигационной системы глобального спутникового позиционирования ГЛОНАСС, радио приемо-передающий блок и блок кодирования. Навигационный терминал принимает радионавигационные сигналы от спутников системы ГЛОНАСС и передает ее посредством радио приемо-передатчика на промежуточные приемные станции и далее на диспетчерский промежуточный пульт, который в свою очередь передает их далее.
В системе /3/ функцию навигационного терминала выполняет бортовой комплекс, содержащий приемную антенну и приемник сигналов радионавигационной системы глобального спутникового позиционирования NAVSTAR, и отдельно радиостанцию, блок сопряжения, микропроцессор, датчики дополнительной информации и дисплей. Посредством антенны приемник принимает радионавигационные сигналы от спутников системы NAVSTAR, обрабатывает и передает на микропроцессор, который передает их совместно с обработанными сигналами с внешних датчиков в радиостанцию и далее на диспетчерский пульт.
Известные навигационные устройства работают только в составе строго определенных сложных программно-аппаратных систем и комплексов, и не выполняют измерение сигналов от аналоговых датчиков, используемых в
электрооборудовании транспортных средств, что снижает функциональные возможности навигационного терминала, и следовательно всей системы мониторинга и диспетчеризации.
Навигационные терминалы систем /2/ и /3/ принимают радионавигационные сигналы только от одной из систем глобального спутникового позиционирования, что не позволяет оперативно выбирать действующую систему - NAVSTAR или ГЛОНАСС. Кроме того, приемо-передача служебной информации осуществляется только в составе с дополнительно устанавливаемыми ретрансляторами, что усложняет систему в целом.
В известном мобильном навигационном терминале (RU 68822 U1, 5 МПК Н04В 1/38, Н04М 11/00, опубл. 2007.11.27) /4/ осуществляется прием радионавигационных сигналов от двух систем глобального спутникового позиционирования NAVSTAR и/или ГЛОНАСС. Мобильный навигационный терминал содержит стабилизатор электропитания на 3,3 В, совмещенный NAVSTAR/ГЛОНАСС приемник, выполненный с возможностью одновременной работы с глобальной системой позиционирования NAVSTAR и глобальной навигационной спутниковой системой ГЛОНАСС, преобразователь уровня RS-232, предназначенный для преобразования логических уровней в уровни интерфейса RS-232, микроконтроллер, спутниковый модем, разъем подключения NAVSTAR/ГЛОНАСС антенны, первый порт ввода-вывода подключения питания и персонального компьютера, второй порт ввода-вывода коммутации с внешними исполнительными устройствами и аналоговыми и цифровыми датчиками, и третий порт ввода-вывода для программирования микроконтроллера.
Недостатками известного терминала являются:
1. осуществление приемо-передачи служебной информации с диспетчерского пульта посредством только спутниковой связи, что увеличивает затраты на обслуживание системы мониторинга и
диспетчеризации;
2. отсутствие запоминания служебной информации при длительных нарушениях связи с диспетчерским пультом, что приводит к потере служебной информации;
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является мобильный навигационный терминал (RU 68824 U1, 5 МПК Н04В 1/38, Н04М 11/00, G08В 25/10, опубл. 2007.11.27) /5/, принимаемый за прототип. Мобильный навигационный терминал осуществляет прием радионавигационных сигналов от двух систем глобального спутникового позиционирования NAVSTAR и/или ГЛОНАСС. В терминале для приемо-передачи служебной информации использована система радиосвязи GSM, которая является менее затратной в обслуживании.
Терминал содержит содержит первый стабилизатор электропитания на 4,5 В, второй стабилизатор на 3,3 В, GSM/GPRS модуль (модем), совмещенный NAVSTAR/ГЛОНАСС приемник, преобразователь уровня RS-232, микроконтроллер, разъем подключения NAVSTAR/ГЛОНАСС антенны, первый порт ввода-вывода подключения питания и персонального компьютера, второй порт ввода-вывода коммутации с внешними исполнительными устройствами и аналоговыми и цифровыми датчиками, третий порт ввода-вывода для программирования микроконтроллера и два считывателя SIM-карт (Subscriber Identification Module), предназначенных для считывания данных находящихся в памяти SIM-карт, которые необходимы для аутентификации мобильного навигационного терминала в GSM сети.
Недостатками устройства - прототипа являются:
1. отсутствие запоминания служебной информации при длительных нарушениях связи с диспетчерским пультом, что приводит к потере служебной информации;
2. отсутствие возможности подключения дополнительного
аккумулятора, как средства аварийного электропитания, что снижает надежность функционирования навигационного терминала;
3. отсутствие возможности подключения навигационного терминала к стандартной шине данных CAN (Control Area Network), которая реализована в современных автомобилях и осуществляет приемо-передачу сигналов от узлов и датчиков в центральный блок управления автомобиля;
4. отсутствие функции речевой связи между диспетчерским пультом и местом установки мобильного навигационного терминала, что необходимо при аварийных и экстренных ситуациях на подвижном объекте.
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью является реализация функции речевой связи между абонентом навигационного терминала и диспетчерским пультом, исключение потери служебной информации за счет ее запоминания при нарушении связи с диспетчерским пультом, расширение функциональных возможностей за счет реализации дополнительного порта ввода-вывода подключения к стандартной шине данных CAN, дополнительного порта ввода/вывода RS-232/RS-485, обеспечение измерения аналоговых сигналов от различных датчиков расположенных на подвижном объекте (температуры, давления, расхода топлива), за счет введения функции переключения диапазонов измеряемых напряжений.
Указанные технические результаты достигаются тем, что мобильный навигационный терминал содержит два стабилизатора электропитания, один из которых обеспечивает выходное напряжение 3,3 В, GSM/GPRS модуль, совмещенный NAVSTAR/ГЛОНАСС приемник, преобразователь уровня RS-232, микроконтроллер, разъем подключения GSM антенны, разъем подключения NAVSTAR/ГЛОНАСС антенны, порт ввода/вывода предназначенный для программирования микроконтроллера, считыватель SIM-карты, блок антистатической защиты, предназначенный для предотвращения повреждения SIM-карт в момент установки/извлечения в/из считывателя SIM-карт, коммутатор каналов.
Согласно полезной модели он содержит разъем входного резервного напряжения питания 3,4-4,5 В, запоминающее устройство (ЗУ), преобразователь логических сигналов в уровни сигналов интерфейса RS-232/RS-485 и уровни сигналов стандартной шины данных CAN, порт ввода/вывода RS-232/RS-485 и порт ввода/вывода CAN, блок входных аналоговых сигналов, переключатель диапазонов измерений, операционный усилитель (ОУ), блоки счетных дискретных сигналов, входных и выходных дискретных сигналов, блок питания NAVSTAR/ГЛОНАСС антенны, блок речевой связи и порт вывода NMEA (National Marine Electronics Association) стандартного интерфейса и протокола обмена данными между электронными устройствами. При этом, первый выход разъема входного напряжения питания подключен к неинвертирующему входу ОУ, выход которого подключен к измерительному входу микроконтроллера, а второй выход разъема входного напряжения питания подключен к входу питания стабилизатора напряжения 4,3 В, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом разъема входного резервного напряжения питания. Выходы питания стабилизатора напряжения 4,3 В и разъема входного резервного напряжения питания объединены в общую шину питания к которой подключены входы питания стабилизатора напряжения 3,3 В, коммутатора каналов, ЗУ, преобразователя сигналов, блока входных аналоговых сигналов, ОУ, блока питания антенны, преобразователя сигналов уровня RS-232, блока речевой связи, GSM/GPRS модуля и NAVSTAR/ГЛОНАСС модуля. Выход стабилизатора напряжения 3,3 В соединен с входом питания микроконтроллера, который соединен входом/выходом порта программирования, с ЗУ, коммутатором каналов, преобразователем сигналов, блоком входных аналоговых сигналов, блоками счетных дискретных сигналов, входных и выходных дискретных сигналов. Коммутатору каналов соединен последовательно с преобразователем сигналов уровня RS-232 и портом ввода/вывода RS-232, с выходом модуля
NAVSTAR/ГЛОНАСС, входом порта вывода NMEA и входом/выходом модуля GSM/GPRS, другие входы/выходы которого являются входами/выходами блока речевой связи, считывателя SIM-карты, блока антистатической защиты и разъема подключения GSM антенны. Выход блока питания антенны соединен через разъем подключения NAVSTAR/ГЛОНАСС антенны с входом NAVSTAR/ГЛОНАСС модуля.
Другое отличие состоит в том, что качестве ЗУ использовано перезаписываемое постоянно запоминающее устройство (ППЗУ).
В другом частном случае выполнения в качестве ЗУ использована энергонезависимая перезаписываемая полупроводниковая память (Flash).
На чертеже изображена функциональная схема заявляемого мобильного навигационного терминала.
Терминал содержит первый стабилизатор напряжения 1 постоянного тока 4,3 В, подключенный входом питания к входному разъему питания 2 с напряжением в диапазоне 7 В-35 В, и разъем входного резервного напряжения питания 3 на 3,4-4,5 В, подключенный выходом питания параллельно с выходом питания стабилизатора напряжения 1, а управляющим выходом к управляющему входу стабилизатора напряжения 1 для управления его выключением. Второй стабилизатор напряжения 4 на 3,3 В подключен своим входом к выходу стабилизатора напряжения 1, а выходом к входу питания микроконтроллера 5, который подключен к ЗУ 6, преобразователю сигналов 7, порту программирования микроконтроллера 8, коммутатору каналов 9, блоку входных аналоговых сигналов 10, который соединен с переключателем диапазонов измерений 11. К измерительному входу микроконтроллера 5 подключен выход ОУ 12, неинвертирующий вход которого подключен к входному разъему напряжения питания 2. Микроконтроллер 5 подключен к блоку входных дискретных сигналов 13, блоку выходных дискретных сигналов 14 и блоку счетных дискретных сигналов 15. Порт ввода/вывода RS-232/RS-48516 и порт ввода/вывода шины данных CAN 17 подключены к
преобразователю сигналов 7. GSM/GPRS модуль 18, модуль (приемник) NAVSTAR/ГЛОНАСС 19, и последовательно подключенные преобразователь сигналов 20 уровня RS-232 и порт 21 ввода/вывода RS-232 подключены к коммутатору каналов 9. Считыватель SIM-карты 22 подключен параллельно с блоком антистатической защиты 23 и GSM/GPRS модулем 18. Блок речевой связи 24 и разъем подключения GSM антенны 25 подключены к GSM/GPRS модулю 18. Вход модуля (приемнику) NAVSTAR/ГЛОНАСС 19 подключен к разъему подключения NAVSTAR/ГЛОНАСС антенны 26, а его выход соединен с портом вывода NMEA 27 и коммутатор каналов 9. Выход блока питания антенны 28 соединен с разъемом подключения NAVSTAR/ГЛОНАСС антенны 26, а своим входом с выходом стабилизатора напряжения 1.
От входного разъема 2 напряжение питания поступает на вход стабилизатора напряжения 1 и преобразуется в выходное стабилизированное напряжение 4,3 В, которое поступает на питающие входы устройств 4, 6, 7, 9, 10, 12, 18, 19, 20, 24 и 28. Стабилизатор напряжения 4 обеспечивает питание 3,3 В для микроконтроллера 5. Блок питания 28 обеспечивает высоконадежным и малошумящим питанием подключенную к разъему 26 NAVSTAR/ГЛОНАСС антенну, которая улавливает и передает на NAVSTAR/ГЛОНАСС модуль 19 радиосигналы с видимых спутников системы NAVSTAR и/или ГЛОНАСС. Модуль 19 производит вычисление географических координат объекта и по стандартному протоколу NMEA передает информацию о местоположении, скорости и времени на коммутатор каналов 9 и на выходной порт 27, служащий для подключения внешних устройств. Микроконтроллер 5 посредством коммутатора 9 принимает информацию о местоположении, скорости и времени, и посредством преобразователя сигналов 7 принимает/передает информацию от портов 16 и 17, принимает сигналы от блоков 10, 13, 15, измеряет через ОУ 12 входное напряжение питания с разъема входного напряжения 2, по заданным
алгоритмам кодирует и сжимает всю полученную информацию. При этом, для обеспечения точности измерений величин аналоговых сигналов, переключатель диапазонов измерений 11 задает для блока входных аналоговых сигналов 10 один из диапазонов измеряемых напряжений: 0-5 В, 0-15 В или 0-30 В. Далее для передачи информации на диспетчерский пульт посредством коммутатора 9, микроконтроллер 5 передает сигналы или на вход преобразователя уровня RS-23220, или на вход GSM/GPRS модуля 18. Алгоритм управления блоком выходных дискретных сигналов 14 и портами 16 и 17 задают при программировании микроконтроллера 5 через порт 8, или оперативно дистанционно от диспетчерского пульта по выбранным каналам связи через GSM связь сигналами от GSM/GPRS модуля 18, или посредством радиостанции УКВ диапазона, или средствами спутниковой связи, подключенными к порту 21 ввода/вывода RS-232. Антенна 25 передает сигналы GSM сети на вход модуля 18, при этом, установленная в считыватель 22 SIM-карта определяет оператора GSM сети, а блок антистатической защиты 23 защищает линии, подключенные к считывателю 22. При нахождении навигационного терминала в зоне действия выбранной GSM сети модуль 18 обеспечивает, с использованием GPRS или службы коротких сообщений (SMS), отправку команд и сообщений от микроконтроллера 5 с информацией о местоположении и состоянии объекта, определяемого датчиками и внешними подключенными устройствами, и прием/передачу микроконтроллеру 5 служебных команд от диспетчерского пульта. В моменты нарушения связи с диспетчерским пультом микроконтроллер 5 осуществляет запись поступающей ему информации в ЗУ 6 с пометкой даты и времени, которая при запросе считывается и передается микроконтроллером 5 в GSM/GPRS модуль 18 и далее на диспетчерский пульт. Так же, микроконтроллер 5 осуществляет средствами ОУ 12 постоянный контроль входного питающего напряжения, при понижении которого до значения 6,5 В микроконтроллер 5 фиксирует и записывает в ЗУ
6 данное событие. После восстановления питания микроконтроллер 5 передает на диспетчерский пульт сообщение о прерывании питания. При выполнении заданных условий или событий микроконтроллер 5 отправляет сигнальное сообщение диспетчерскому пульту и по ответной команде с диспетчерского пульта передает команду GSM/GPRS модулю 18, который включает блок речевой связи 24, обеспечивающий речевую двунаправленную радиосвязь с выбранным абонентом в сети GSM.
Освоен серийный выпуск мобильного навигационного терминала, который используется в составе системы мониторинга и диспетчеризации на автомобилях грузоперевозчиков.
Источники информации:
1. RU 2250844 C1, 5 МПК В60R 25/00, G08В 25/10, опубл. 2005.04.27
2. RU 2302698 C2, 5 МПК Н04В 7/26, G08В 26/00, G08В 25/00, опубл. 2007.02.20
3. RU 2278418 C2, 5 МПК G08G 1/123, опубл. 2006.06.20
4. RU 68822 U1, 5 МПК Н04В 1/38, Н04М 11/00, опубл. 2007.11.27
5. RU 68824 U1, 5 МПК Н04В 1/38, Н04М 11/00, G08В 25/10, опубл. 2007.11.27 - прототип