МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ТЕРМИНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ТЕЛЕМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к системам связи, в частности к терминальному устройству телематической системы, предназначенной для диспетчеризации и мониторинга подвижных или стационарных объектов, и может быть использована в системах защиты и поиска транспортных средств, контроля и управления грузовыми и пассажирскими перевозками, контроля за несанкционированным проникновением в транспортное средство и т.п.
Многофункциональное терминальное устройство телематической системы, устанавливаемое на подвижный или стационарный объект, работает по принципу передачи по эфиру в диспетчерский центр (ДЦ) телематической системы по запросу или по событию информации о состоянии объекта, получаемой с помощью внешних датчиков и информации о местоположении и параметрах движения подвижного объекта, приема по эфиру из ДЦ и исполнения команд управления системами объекта. Устройство также может обмениваться информацией с частными абонентами сети связи, используемой телематической системой. Кроме того, устройство позволяет установить голосовое соединение с оператором ДЦ или другим абонентом.
Известен контроллер терминального устройства телематической системы содержащий микроконтроллер, модуль ввода сигналов, содержащий электрически взаимосвязанные с микроконтроллером узел ввода дискретных сигналов и узел ввода аналоговых сигналов тока, модуль вывода сигналов, содержащий электрически взаимосвязанные с микроконтроллером узел вывода дискретных сигналов релейного типа, узел интерфейса, содержащий электрически взаимосвязанный с микроконтроллером первый внешний последовательный порт, а также электрически взаимосвязанные с микроконтроллером модуль сотовой связи и электрически взаимосвязанный с ним узел аудиоинтерфейса, модуль энергонезависимой памяти, часы реального времени и шину электропитания, узел индикации работы контроллера, причем, модуль ввода сигналов содержит электрически взаимосвязанные с микроконтроллером узел ввода аналоговых сигналов напряжения, а также узел ввода аналоговых резистивных сигналов, модуль вывода сигналов содержит электрически взаимосвязанный с микроконтроллером узел вывода дискретных сигналов типа «открытый коллектор», а также узел вывода аналоговых сигналов, узел интерфейса содержит электрически взаимосвязанный с микроконтроллером второй внешний последовательный порт (патент РФ №48423 МПК G08B 25/08).
Недостатком предложенного контроллера терминального устройства телематической системы является исключение возможности определения местоположения объекта, на котором размещен контроллер, в следствии отсутствия блока навигационного приемника.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является многофункциональное терминальное устройство телематической системы, содержащее микроконтроллер, электрически взаимосвязанный с навигационным приемником, к которому подключена первая антенна; приемопередатчик, к которому подключены вторая антенна и узел аудиоинтерфейса; узел ввода-вывода; шину электропитания, при этом, оно снабжено узлом интерфейса CAN, а, так же, введен узел интерфейса для связи с внешним приемопередатчиком; узел энергонезависимой памяти данных; узел беспроводного интерфейса Bluetooth, к которому подключена третья антенна; узел энергонезависимой памяти данных; узел беспроводного интерфейса Bluetooth, к которому подключена третья антенна; электрически взаимосвязанные с микроконтроллером; а узел ввода-вывода предназначен для сопряжения с датчиками дискретного и аналогового типов и исполнительными устройствами (патнетр РФ №39963 МПК G08B 25/08).
Недостатком предложенного многофункционального терминального устройства телематической системы является ограниченные функциональные возможности устройства.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в увеличение функциональных возможностей многофункционального терминального устройства телематической системы.
Технический эффект от использования заявленного технического решения состоит в расширении возможностей многофункционального терминального устройства телематической системы связи с дополнительными устройствами при помощи различных интерфейсов, увеличении внутренней памяти и реализации дополнительных функций, таких как “безопасное вождение” и т.п.
Указанная задача решается и технический результат достигается за счет того, что в многофункциональном терминальном устройстве телематической системы (МТУТС), содержащем микроконтроллер, электрически взаимосвязанный с навигационным приемником, к которому подключена первая антенна; приемопередатчик, к которому подключены вторая антенна и узел аудио-интерфейса; узел ввода-вывода, предназначенным для сопряжения с датчиками дискретного и аналогового типов и исполнительными устройствами; шину электропитания; узел связи с CAN-шиной автомобиля; узел интерфейса для связи с внешним приемопередатчиком; узел беспроводного интерфейса, к которому подключена третья антенна и узел энергонезависимой памяти данных, причем узел ввода-вывода разделен на блок ввода, обрабатывающий дискретные сигналы с входов, три из которых способны работать в режиме подсчета количества импульсов или частоты; блок силовых выходов, предназначенный для управления внешними исполнительными устройствами и блок аналого-цифрового преобразователя, способного принимать и обрабатывать аналоговые и дискретные сигналы тока и напряжения от внешних устройств; узел связи с CAN-шиной автомобиля реализован на двух независимых CAN-интерфейсах, причем МТУТС содержит встроенный аккумулятор и узел индикации работы контроллера, электрически связанные с шиной питания и микроконтроллером; интерфейс USB, электрически связанный с микроконтроллером и предназначенный для обновления программного обеспечения и настройки конфигурации; блок контроля зарядки встроенного аккумулятора, электрически связанный с микроконтроллером и встроенным аккумулятором; блок диагностики, электрически связанные с микроконтроллером и два адаптера SIM-карт, электрически связанные с приемопередатчиком, при этом МТУТС содержит в любой комплектации следующие функциональные блоки: интерфейс RS-232, электрически взаимосвязанный с микроконтроллером и предназначенный для подключения спутникового модема, внешнего УКВ-передатчика или датчиков; интерфейс RS-485, электрически взаимосвязанный с микроконтроллером и предназначенный для подключения датчиков, фотокамеры и других устройств, реализующих обмен данными по вышеуказанному интерфейсу; сетевой интерфейс Ethernet, электрически взаимосвязанный с микроконтроллером и предназначенный для подключения стандартных видеокамер или подключения к локальной сети; дополнительный интерфейс USB, электрически взаимосвязанный с микроконтроллером и предназначенный для подключения интеллектуальных USB-ключей, FLASH-носителей или модемов беспроводной связи; дополнительный блок памяти, электрически взаимосвязанный с микроконтроллером и предназначенный для работы с картами памяти типа micro SD; цифровой акселерометр, электрически взаимосвязанный с микроконтроллером и предназначенный для реализации функции датчика удара или движения и функции безопасное вождение; узел аудиоинтерфейса выполнен с возможностью воспроизведения и записи аудиофайлов на карту памяти типа micro SD.
Сущность технического решения заключается в том, что реализация узла связи с CAN-шиной автомобиля на двух независимых CAN-интерфейсах позволяет считывать данные с вышеуказанных шин транспортного средства, которые в последнее время выпускают с двумя CAN-шинами. Введение интерфейса USB позволяет локально обновлять программное обеспечение микроконтроллера и настраивать конфигурацию МТУТС, а введение дополнительного интерфейса USB-host позволяет реализовать функцию идентификации водителя за счет использования интеллектуальных USB-ключей или запись/чтение данных на/с FLASH-носителей и осуществить обмен данными МТУТС с другими устройствами при помощи модема беспроводной связи. Встроенный аккумулятор позволяет обеспечить работоспособность МТУТС при отключении внешнего питания, причем использование блока контроля зарядки встроенного аккумулятора позволяет обеспечивать корректную зарядку аккумулятора, и, как следствие этого - увеличение времени автономной работы. Блок диагностики позволяет контролировать работоспособность МТУТС. Введение двух адаптеров SIM-карт позволяет избежать проблем предоставления услуг GSM, например, при нахождении в роуминге. Введение таких интерфейсов как RS-485, RS-232 и Ethernet позволяет значительно увеличить функциональность МТУТС за счет подключения к дополнительным устройствам или подключения к нему дополнительных датчиков. Введение цифрового акселерометра позволяет реализовать функции датчика удара или движения и функцию безопасное вождение.
Сравнение предложенной модели с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии критерию «новизна».
Предварительные испытания позволяют утверждать о возможности широкого промышленного использования.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства.
Многофункциональное терминальное устройство телематической системы содержит микроконтроллер 1, навигационный приемник 2, приемопередатчик 3 системы связи GSM (SMS, DATA, GPRS), узел 4 аудиоинтерфейса, узел 5 ввода-вывода, который состоит из блока ввода 6, обрабатывающего дискретные сигналы с входов, три из которых способны работать в режиме подсчета количества импульсов или частоты; блока силовых выходов 7, предназначенный для управления внешними исполнительными устройствами и блока аналого-цифрового преобразователя 8, способного принимать и обрабатывать аналоговые и дискретные сигналы тока и напряжения от внешних устройств, узел интерфейса CAN 9, узел беспроводного интерфейса 10, работающего на частоте 24 Гц, узел энергонезависимой памяти данных 11, встроенный аккумулятор 12 и блок контроля зарядки встроенного аккумулятора 13, узел индикации работы контроллера 14, интерфейс USB 15 для обновления программного обеспечения и настройки конфигурации, блок диагностики 16, два адаптера SIM-карт 17, интерфейс RS-232 18 электрически взаимосвязанный с микроконтроллером 1 и предназначенный для подключения спутникового модема, внешнего УКВ-передатчика или датчиков, интерфейс RS-485 19 электрически взаимосвязанный с микроконтроллером 1 и предназначенный для подключения датчиков, фотокамеры и других устройств, реализующих обмен данными по вышеуказанному интерфейсу, сетевой интерфейс Ethernet 20 электрически взаимосвязанный с микроконтроллером 1 и предназначенный для подключения стандартных видеокамер или подключения к локальной сети, дополнительный интерфейс USB-host 21 электрически взаимосвязанный с микроконтроллером 1 и предназначенный для подключения интеллектуальных USB-ключей, FLASH-носителей или модемов беспроводной связи, дополнительный блок памяти 22 электрически взаимосвязанный с микроконтроллером 1 и предназначенный для работы с картами памяти типа micro SD, цифровой акселерометр 23 электрически взаимосвязанный с микроконтроллером и предназначенный для реализации функции датчика удара или движения и функции безопасное вождение.
К узлу 4 аудиоинтерфейса могут подключаться микрофон и телефон (динамик).
Узел интерфейса CAN 9 выполнен в виде двух независимых интерфейсов CAN, посредством которых может подключаться к внешним магистрали CAN транспортного средства.
Микроконтроллер 1 может быть выполнен, например, на микросхеме однокристального микроконтроллера LPC2478 (компании NXP).
Навигационный приемник 2 обеспечивает определение координат и других навигационных параметров, а также точного времени по сигналам спутниковой радионавигационной системы GPS или ГЛОНАСС. Навигационный приемник может быть выполнен, например, в виде встраиваемого модуля приемника GPS модели IT500 (компании Fastrax) или А1084 (компании TYCO).
Приемопередатчик 3 обеспечивает прием/передачу данных посредством коротких сообщений (SMS), в режиме прямого соединения, в режиме GPRS и 3G, а также голосовое соединение в системе сотовой связи стандарта GSM. Приемопередатчик 3 может быть выполнен, например, в виде встраиваемого модема GSM модели SIM300C (компании SIMCOM).
Цифровой акселерометр 24 может быть выполнен, например на микросхеме MMA7450L (компании FREESCALE).
Многофункциональное терминальное устройство телематической системы работает следующим образом
Вначале производится конфигурирование устройства, т.е. программная настройка режимов работы различных узлов и настройка выполняемых функций. При конфигурировании также осуществляется настройка на совместную работу с диспетчерским центром (ДЦ) телематической системы и другими абонентами. Конфигурирование может выполняться через узел 15 интерфейса внешнего приемопередатчика или по эфиру (посредством приемопередатчика 3). В дальнейшем, изменение параметров конфигурирования может осуществляться в процессе работы устройства вышеуказанными способами.
МТУТС устанавливается на подвижном объекте и может подключаться к его бортовой сети, а также имеет встроенный источник питания.
Навигационный приемник 2 принимает сигналы от навигационных спутников глобальной спутниковой системы позиционирования и ежесекундно вычисляет текущие координаты, скорость, направление движения и высокоточное время. Вычисляемые приемником 2 данные поступают в микроконтроллер 1, который согласно загруженной в ПЗУ программе может записывать эти данные в узел 11 энергонезависимой памяти данных («черный ящик») или использует их при формировании сообщения для передачи в ДЦ или заданному абоненту с периодичностью указанной в конфигурации или по какому либо событию (под событием понимается срабатывание датчика, начало движения транспортного средства без снятия его с охраны и т.п.). Кроме того, навигационные данные могут быть использованы с целью слежения за перемещением подвижного объекта относительно задаваемых из ДЦ маршрута или географических зон.
Приемопередатчик 3 обеспечивает прием сообщений из ДЦ или от абонента, передачу сообщений в ДЦ или заданному абоненту и голосовую связь с оператором ДЦ или абонентом. Обмен сообщениями может осуществляться по каналам передачи коротких сообщений (SMS), в режиме прямого соединения (Data Transfer) или GPRS. Формат представления сообщений и порядок обмена сообщениями определяется правилами, принятыми для телематической системы.
Управление режимами работы приемопередатчика 3, обработка входящих и формирование исходящих сообщений осуществляются микроконтроллером 1.
Все зоны действия сети GSM связи приемо-передатчика сообщений и голосовое соединение могут осуществляться через внешний приемопередатчик дополнительной системы связи, подключаемый к узлу 18 или 19.
Подключение МТУТС к датчикам дискретного типа (с дискретными выходами типа «сухой контакт») производится через узел 6, а к внешним датчикам аналогового типа (с изменяющимся выходным напряжением и током) - через узел 8. Исполнительные устройства подключаются к МТУТС через узел 7. Количество подключаемых датчиков дискретного и аналогового типов, исполнительных устройств, а также варианты технического исполнения узлов 6, 7 и 8 определяются конкретной реализацией МТУТС.
Узлы 6, 7 и 8 электрически взаимосвязаны с микроконтроллером 1, в который поступает вся информация от датчиков и который формирует сигналы управления исполнительными устройствами.
При настройке конфигурации МТУТС для датчиков и цепей питания задаются условия срабатывания (для датчиков дискретного типа - логическое состояние или его изменение, для датчиков аналогового типа и цепей питания - пороговые значения или диапазоны допустимых напряжений), а для исполнительных устройств - характеристики выходных сигналов. Измерение напряжений на аналоговых линиях и в цепях питания осуществляется аналого-цифровым преобразователем (на фиг.1 не показан), входящим в состав микроконтроллера 1.
Если на транспортном средстве, оборудованном МТУТС, имеется магистраль CAN, то МТУТС может быть подключен к ней посредством узла 9 интерфейса CAN с целью контроля состояний транспортного средства, а также для управления его системами.
При обнаружении срабатывания датчика или ситуации по цепи питания микроконтроллер 1 формирует соответствующее исходящее сообщение и передает его посредством приемопередатчика 3 или дополнительного приемопередатчика, подключенного к узлу 10 или 18, в ДЦ или заданному абоненту.
Со стороны ДЦ или абонента в МТУТС может поступить команда на активацию или деактивацию определенного исполнительного устройства. В этом случае МТУТС формирует для соответствующего исполнительного устройства сигнал управления, форма и длительность которого определена в конфигурации МТУТС.
Для осуществления голосового обмена к приемопередатчику 3 через узел 4 аудио-интерфейса подключаются микрофон и телефон (динамик).
Узел 11 энергонезависимой памяти данных позволяет сохранять, помимо данных, получаемых от навигационного приемника 2, информацию о текущих состояниях или нарушениях состояний датчиков и цепей питания, о поступивших из ДЦ или от абонента командах и других событиях, т.е. энергонезависимая память обеспечивает функции «черного ящика». Кроме того, в энергонезависимой памяти могут размещаться описания задаваемых маршрутов или географических зон, с помощью которых можно контролировать перемещение подвижного объекта.
Согласно установленной в ПЗУ программе, микроконтроллер 1 обеспечивает контроль за перемещением подвижного объекта относительно задаваемых географических зон и временных интервалов их прохождения или относительно задаваемого маршрута движения (в виде последовательности точек или векторов). Микроконтроллер 1 получает от навигационного приемника 2 текущие навигационные данные и точное текущее время и сравнивает их с описаниями географических зон или маршрута, размещаемыми в узле 11 энергонезависимой памяти данных. При обнаружении факта пересечения границы зоны или нарушения графика прохождения зоны (в зависимости от заданного критерия контроля), либо отклонения от маршрута, микроконтроллер формирует соответствующее сообщение и отправляет его через приемопередатчик 3 или внешний приемопередатчик, подключенный к узлу 10 или 18, в ДЦ или заданному абоненту.
Согласно установленной в ПЗУ программе, микроконтроллер 1 обеспечивает контроль за перемещением подвижного объекта по сигналом акселерометра 23, которые с заданной периодичностью отправляет данные об ускорении транспортного средства в процессор 1 и узел энергонезависимой памяти данных 11, и при превышении текущего значения ускорения заданного в конфигурации, МТУТС отправляет тревожное сообщение на ДЦ или заданному абоненту.
МТУТС обеспечивает прием/передачу данных с дополнительными устройствами, такими как: спутниковый модем, внешний УКВ-передатчик, фотокамера, видеокамера, при подключении их к соответствующему блоку интерфейса RS-232 18, RS-485 19 или Ethernet 20.
При накоплении большого числа путевой информации в энергонезависимой памяти 11, указанные данные могут быть сохранены на micro SD-карту дополнительного блока памяти 22.
Таким образом, построение многофункционального терминального устройства телематической системы вышеописанным образом позволяет расширить его функциональные возможности.