МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ТЕРМИНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ТЕЛЕМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ДЛЯ СЕРВИСА КРАТКОСРОЧНОЙ АРЕНДЫ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Полезная модель относится к системам связи, в частности к терминальному устройству телематической системы, предназначенной для диспетчеризации и мониторинга подвижных объектов, и может быть использовано в системах защиты и поиска транспортных средств (ТС), контроля и управления пассажирскими перевозками, контроля за несанкционированным проникновением в транспортное средство и реализации дистанционного управления ТС, используемого в сервисе краткосрочной аренды ТС Car Sharing.
В настоящее время существует большое количество устройств и систем, предназначенных для мониторинга подвижных объектов, имеющие следующий набор основных функций: передача по эфиру в диспетчерский центр (ДЦ) телематической системы по запросу или по событию информации о состоянии объекта, получаемой с помощью внешних датчиков и информацию о параметрах движения подвижного объекта; прием по эфиру из ДЦ и исполнение команд управления системами объекта; обмен информацией с частными абонентами сети связи, используемой телематической системой; установление голосового соединения с оператором ДЦ или другим абонентом, причем одной из основных задач является определение местоположения объекта при помощи встроенного приемника сигналов спутниковых навигационных систем (СНС), таких как GPS (США) или ГЛОНАСС (Россия).
Устройства, используемые в системах мониторинга подвижных объектов позволяют управлять исполнительными устройствами ТС, подключенными к блокам ввода-вывода терминальных устройств и идентифицировать водителя ТС, либо с помощью дополнительных устройств, например, брелоков или электронных ключей Touch Memory, либо при помощи отправки соответствующих команд управления с ДЦ посредством канала связи.
Известно устройство оценки качества вождения транспортного средства, представляющее собой вычислительное средство, выполненное в виде абонентского терминала, содержащего средство навигации и связи, к которому подключен датчик регистрации колебаний корпуса транспортного средства в вертикальной плоскости, а в блок памяти абонентского терминала записан диапазон допустимых величин ускорения и колебаний корпуса транспортного средства в вертикальной плоскости, при этом абонентский терминал выполнен с возможностью сравнения величин ускорения и колебаний корпуса транспортного средства в вертикальной плоскости с соответствующим диапазоном допустимых значений, записи результатов сравнения по ускорению и колебаниям корпуса транспортного средства в вертикальной плоскости в блок памяти и/или передачи в диспетчерский пункт сведений о несовпадении определенных значений ускорения и величин колебания корпуса транспортного средства в вертикальной плоскости с соответствующим диапазоном допустимых значений, в котором датчик регистрации колебаний корпуса транспортного средства выполнен в виде интегрального трехосевого акселерометра с возможностью определения величин колебаний корпуса транспортного средства в вертикальной плоскости и величин ускорения транспортного средства, как отрицательных, так и положительных, по двум остальным осям, причем устройство оценки качества вождения транспортного средства дополнительно содержит модуль идентификации водителя транспортного средства (Патент РФ №124963 МПК G07C 5/08).
Заявленное устройство позволяет идентифицировать водителя ТС при помощи ключа Touch Memory. Воспользоваться транспортным средством, зарегистрированным посредством терминального устройства, установленного в нем, в сервисе краткосрочной аренды ТС Car Sharing, может любой пользователь сервиса, однако идентификация водителя при помощи ключа Touch Memory не позволяет реализовать требуемой универсальности в идентификации водителя ТС.
Известен бортовой комплекс для системы сопровождения и управления наземными транспортными средствами, содержащий навигационную антенну, навигационный приемник с процессором, антенну и приемопередатчик сотовой связи с процессором, бортовые подсистемы, включающие как минимум датчик включения/выключения зажигания и устройство звуковой сигнализации, энергонезависимую память и бортовой контроллер, связанный соответствующим образом с перечисленными блоками и содержащий микропроцессорный элемент с блоком контроля его функционирования, вход которого подключен к одному из выходов микропроцессорного элемента, а выход связан со входом СБРОС микропроцессорного элемента, причем бортовой комплекс для системы сопровождения и управления наземными транспортными средствами дополнительно снабжен радиобрелоком, а бортовой контроллер радиоприемником и блоком формирования охранного кода, который своим входом через радиоприемник и радиоканал связан с радиобрелоком, а выходами подключен к дополнительным входам микропроцессорного элемента (Патент РФ №35677 МПК G08G 1/00).
Заявленное устройство позволяет идентифицировать водителя ТС при помощи радиобрелока, однако для реализации указанной идентификации устройство дополнительно оснащено радиоприемником и блоком формирования охранного кода, что усложняет его конструкцию и усложняет алгоритм работы устройства.
Так же известно многофункциональное терминальное устройство телематической системы (МТУТС), содержащее микроконтроллер, электрически взаимосвязанный с шиной электропитания; навигационным приемником, к которому подключена первая антенна; приемопередатчиком, к которому подключены вторая антенна и узел аудио-интерфейса; узлом ввода-вывода; узлом энергонезависимой памяти данных; узлом диагностики; узлом индикации работы устройства; встроенным аккумулятором и узлом контроля зарядки встроенного аккумулятора, электрически связанным со встроенным аккумулятором, узел инерциальной навигации, электрически связанный с микроконтроллером, и состоящий из трехосевого интегрального цифрового акселерометра, шины данных и трехосевого интегрального цифрового гироскопа, причем, трехосевой интегральный цифровой акселерометр и трехосевой интегральный цифровой гироскоп электрически связаны с микроконтроллером через шину данных (Патент РФ №114200 МПК G08B 25/00). Это устройство выбрано в качестве прототипа.
Заявленное устройство контролирует большее количество параметров транспортного средства, в том числе параметры передвижения транспортного средства, получаемые узлом инерциальной навигации, однако идентификация водителя и возможность управления исполнительными устройствами, подключенными к блоку ввода-вывода терминального устройства, реализовано только путем отправки соответствующей команды по каналу связи из диспетчерского центра.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в реализации возможности идентификации водителя телематическим устройством транспортного средства и управления исполнительными устройствами транспортного средства при помощи мобильных устройств посредством канала беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1) АТ-командами приемопередатчика терминального устройства.
Технический эффект от использования заявленного технического решения состоит использовании указанного технического решения для идентификации водителя и управления исполнительными устройствами транспортного средства в сервисе краткосрочной аренды транспортных средств Car Sharing.
Указанная задача решается и технический результат достигается за счет того, что в многофункциональном терминальном устройстве телематической системы, используемом для сервиса краткосрочной аренды транспортных средств, состоящем из микроконтроллера, электрически взаимосвязанного с шиной электропитания; навигационным приемником, к которому подключена первая антенна; приемопередатчиком, к которому подключены вторая антенна и узел аудио-интерфейса; узлом ввода-вывода; узлом энергонезависимой памяти данных; узлом диагностики; узлом индикации работы устройства; встроенным аккумулятором; узлом контроля зарядки встроенного аккумулятора, электрически связанным со встроенным аккумулятором, и узлом инерциальной навигации, состоящий из трехосевого интегрального цифрового акселерометра и трехосевого интегрального цифрового гироскопа; приемопередатчик выполнен с возможностью обмена данными и командами в полнодуплексном режиме с мобильными устройствами, зарегистрированными в сервисе краткосрочной аренды транспортных средств, посредством канала беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1), причем канала беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1) реализован самим приемопередатчиком, а управление исполнительными устройствами ТС, подключенными к узлу ввода-вывода, осуществляется АТ-командами приемопередатчика.
Многофункциональное терминальное устройство телематической системы, используемое для сервиса краткосрочной аренды транспортных средств содержит микроконтроллер, шину электропитания; навигационный приемник, к которому подключена первая антенна; приемопередатчик системы связи GSM (SMS, CSD, GPRS) к которому подключена вторая антенна; узел аудио-интерфейса; узел ввода-вывода; узел энергонезависимой памяти данных; узел диагностики; узел индикации работы устройства; встроенный аккумулятор; узел контроля зарядки встроенного аккумулятора; узел дополнительных интерфейсов и узел инерциальной навигации. Узел инерциальной навигации содержит трехосевой интегральный цифровой акселерометр и трехосевой интегральный цифровой гироскоп.
Микроконтроллер может быть выполнен, например, на микросхеме однокристального микроконтроллера ST32F407IGH6 (компании STMicroelectronics).
Навигационный приемник 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/ГЛОНАСС модели SIM68M (компании SIMCom) или L76 (компании Quectel).
Узел индикации состояния устройства может быть выполнен, например, в виде светодиодных индикаторов.
Значения ускорений в трех ортогональных плоскостях измеряются с помощью трехосевого интегрального цифрового акселерометра, который может быть выполнен, например, на микросхеме LIS331HH (компании STMicroelectronics), которая создана на базе современной микромашиной технологии и содержит три чувствительных элемента, позволяющих непосредственно преобразовывать силу, прикладываемую к подвижной части чувствительного элемента, в электрический сигнал. Поскольку вся система измерения и обработки сигналов выполнена на едином кристалле, все погрешности и потери присущие механическим акселерометрам сведены к минимуму, что в свою очередь, позволяет получать данные об ускорении с высокой точностью.
Значение ортогональной составляющей угловой скорости определяют при помощи трехосевого интегрального цифрового гироскопа, который может быть выполнен, например, на базе микросхемы L3G3200D (компании STMicroelectronics). Принцип работы указанного гироскопического датчика схож с принципом работы упомянутого ранее трехосевого интегрального цифрового акселерометра, поскольку он так же выполнен с помощью микромашиной технологии.
Приемопередатчик может быть выполнен, например, в виде встраиваемого модема GSM модели М66 (компании Quectel).
Приемопередатчик обеспечивает прием/передачу данных посредством коротких сообщений (SMS), в режиме прямого соединения, в режиме GPRS, а также голосовое соединение в системе сотовой связи стандарта GSM и обмен данными и командами в полнодуплексном режиме с мобильными устройствами (планшеты, смартфоны, работающие на операционных системах Android, iOS), зарегистрированными в сервисе краткосрочной аренды транспортных средств, посредством канала беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1) АТ-командами приемопередатчика.
МТУ ТС 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, например, по эфиру посредством приемопередатчика, либо локально по средством USB-интерфейса, входящего в состав узла дополнительных интерфейсов. В дальнейшем, изменение параметров конфигурирования может осуществляться в процессе работы МТУТС вышеуказанными способами и АТ-командами приемопередатчика посредством канала беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1).
МТУТС устанавливается на подвижном объекте и может подключаться к его бортовой сети, а также имеет встроенный аккумулятор.
Навигационный приемник принимает сигналы от навигационных спутников глобальной спутниковой системы позиционирования и ежесекундно вычисляет текущие координаты, скорость, направление движения и высокоточное время. Вычисляемые приемником данные поступают в микроконтроллер, который согласно загруженной в ПЗУ программе может записывать эти данные в узел 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 ТС 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 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 CSD (Circuit Switched Data) или GPRS. Формат представления сообщений и порядок обмена сообщениями определяется правилами, принятыми для телематической системы.
Управление режимами работы приемопередатчика, обработка входящих и формирование исходящих сообщений осуществляются микроконтроллером.
Узел индикации состояния устройства в процессе работы МТУТС отображает текущее состояние МТУТС.
При обнаружении срабатывания одного из датчиков, подключенных к узлу ввода-вывода, микроконтроллер формирует соответствующее исходящее сообщение и передает его посредством приемопередатчика или дополнительного приемопередатчика, подключенного к узлу дополнительных интерфейсов, в ДЦ или заданному абоненту.
Со стороны ДЦ или абонента в МТУТС может поступить команда на активацию или деактивацию определенного исполнительного устройства, подключенного к узлу ввода-вывода. 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 через узел аудио-интерфейса подключаются микрофон и телефон (динамик).
Узел энергонезависимой памяти данных позволяет сохранять, помимо данных, получаемых от навигационного приемника, 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 быть размещены описания задаваемых маршрутов или географических зон, с помощью которых можно контролировать перемещение ТС.
Узел контроля зарядки встроенного аккумулятора представляет собой набор программно-аппаратных функций, обеспечивающих контроль состояния и заряд встроенного аккумулятора в соответствии с заложенным в ПЗУ микроконтроллера алгоритмом.
Согласно установленной в ПЗУ программе, микроконтроллер обеспечивает контроль за перемещением ТС относительно задаваемых географических зон и временных интервалов их прохождения или относительно задаваемого маршрута движения (в виде последовательности точек или векторов). Микроконтроллер получает от навигационного приемника текущие навигационные данные и точное текущее время и сравнивает их с описаниями географических зон или маршрута, размещаемыми в узле 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 в ДЦ или заданному абоненту.
В случае, когда количество спутников "видимых" навигационным приемником меньше трех, узел диагностики формирует команду микроконтроллеру на получение местоположения ТС от узла инерциальной навигации, используя при этом в качестве начальной точки отсчета последние достоверные координаты положения ТС, полученные от навигационного приемника.
В процессе движения ТС узел инерциальной навигации за заданные интервалы времени измеряет следующие параметры движения ТС, по которым выстраивается трехмерная картина траектории перемещения центра масс и изменения ориентации корпуса ТС относительно указанной траектории в трехмерном пространстве:
- три взаимно ортогональные составляющие ускорения, определяемые с помощью трехосевого интегрального цифрового акселерометра, выполненного, например, на базе микросхемы LIS331HH;
- три взаимно ортогональные составляющие угловой скорости, определяемые с помощью трехосевого интегрального цифрового гироскопа, выполненного, например, на базе микросхемы L3G3200D.
Путевую скорость, определяют по алгоритму, заложенному в ПЗУ микроконтроллера используя значение ускорения ТС и заданное значение интервала времени, по истечении которого микропроцессор опрашивает трехосевой интегральный цифровой акселерометра, причем одновременно с этим определяют ортогональную составляющую угловой скорости при помощи трехосевого интегрального цифрового гироскопа.
Цифровые сигналы, получаемые с помощью вышеуказанных измерителей, циклически с частотой, зависящей от заданной разрешающей способности, подаются через шину данных на входы микроконтроллера.
В случае, когда количество спутников "видимых" навигационным приемником составляет три и более, узел диагностики формирует команду микроконтроллеру на прекращение определения местоположения ТС от узла инерциальной навигации, и определение координат местоположения ТС от навигационного приемника.
При необходимости любой пользователь, зарегистрированный в сервисе краткосрочной аренды ТС Car Sharing, находясь в непосредственной близости от ТС (5-10 метров), может быть идентифицирован МТУТС при помощи мобильного устройства по канал беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1) и, подав соответствующую команду на МТУТС с предустановленного на мобильное устройство соответствующего программного обеспечения, воздействовать на исполнительное устройство транспортного средства, например, открыть центральный замок и снять автомобиль с охраны.
Канал беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1) выполнен внутри приемопередатчика. Активация и деактивация канала Bluetooth (IEEE 802.15.1), а также все управление по приему\передаче данных по этому каналу осуществляется специальным набором АТ-команд, которые входят в полный набор АТ-команд приемопередатчика, выполненного в виде встраиваемого модема GSM модели М66 (компании Quectel).
Канала беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1) может работать в следующих стандартизированных профилях: SPP и HFP. Профиль SPP используется для полнодуплексного обмена данными между МТУТС и мобильным устройством. Профиль HFP используется для обмена аудиоданными. При организации канала беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1) по профилю SPP, со стороны мобильного устройства (выступающего как «master») создается командный интерфейс с МТУТС (выступающего как «slave»). Набор команд, реакция МТУТС и ответы на них определяются разработчиками.
Пример идентификации водителя с МТУТС по каналу беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1) по профилю SPP.
Построенное таким образом многофункциональное терминальное устройство телематической системы, используемое для сервиса краткосрочной аренды транспортных средств позволяет реализовать возможность идентификации водителя телематическим устройством транспортного средства и управления исполнительными устройствами транспортного средства при помощи мобильных устройств посредством канала беспроводной связи Bluetooth (IEEE 802.15.1) АТ-командами приемопередатчика терминального устройства.