АБОНЕНТСКИЙ ТЕЛЕМАТИЧЕСКИЙ ТЕРМИНАЛ CSM/УКВ МОДЕМОМ

Полезная модель к системам определения местоположения подвижных объектов (транспортных средств, людей, животных) по сигналам космических навигационных систем и их мониторинга с целью контроля и слежения за их перемещением, а так же получения информации от установленных на подвижном объекте датчиков.
Область применения охватывает сферы, связанные со слежением за курьерскими доставками или перевозками ценных грузов, диспетчеризации общественного или специального автотранспорта, системы охраны личного транспорта, любительский туризм, геологические экспедиции, системы поиска угнанных автомобилей и др.
Из уровня техники известны:
1) Абонентский терминал (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2351074 С2, опубл. 27.03.2009), обеспечивающий двустороннюю связь между абонентами в режиме голосовой связи и передачи сообщений в зоне обслуживания сотовых сетей связи региона и в режиме передачи сообщений на всей территории региона.
2) Абонентский терминал (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 51433 U1, опубл. 10.02.2006), для обеспечения общественной безопасности, дистанционного мониторинга состояния объектов, информации и охраны фирм, комплксов, банков, помещений и управления параметрами объектов технических систем.
3) Телематический модуль системы мониторинга транспортных средств (см. патент Российской Федерации на полезную модель RU 65658 U1, опубл. 10.08.2007), предназначенный для использования в составе телематической системы в качестве абонентского оборудования, устанавливаемого на транспортное средство. За счет возможности использования, как приемника ГЛОНАСС, так и приемника GPS, обеспечивает более качественный мониторинг местоположения транспортного средства и его параметров.
Недостатками вышеуказанных известных из уровня техники абонентских терминалов являются:
- невысокая надежность автономного функционирования абонентского терминала при его работе от встроенного аккумулятора;
- отсутствие возможности экономии энергопотребления абонентского терминала при нахождении абонентского терминала в неподвижном состоянии;
- отсутствие возможности дистанционного принудительного включения/выключения энергосберегающего режима пользователем, независимо от того находится отслеживаемый объект в движении, или неподвижен.
Задачей заявленной полезной модели является устранение вышеперечисленных недостатков известных из уровня техники абонентских терминалов.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности связи, а также снижение денежных затрат на отслеживание мобильного объекта.
Применение телематического терминала позволит:
- увеличить эффективность контроля и оперативность;
- повысить автоматизацию процессов реагирования и взаимодействия;
- повысить уровень безопасности отслеживаемого подвижного объекта.
Использование GPRS-технологии, позволяющей осуществлять пакетную передачу данных посредством GSM-связи, значительно снижает денежные затраты на отслеживание мобильного объекта.
Заявленный абонентский телематический терминал с GSM/УКВ модемом предоставляет субъекту (пользователю), имеющему в своем распоряжении устройство мониторинга и специальное программное обеспечение (ПО), навигационную информацию о подвижном объекте с установленным на него навигационным оборудованием (телематическим терминалом) в любой момент времени. Предоставление навигационной информации, отображаемой на электронной карте местности, происходит с использованием ресурсов сети Интернет и телематического сервера как без посредничества диспетчерских служб, так и с их задействованием.
Поставленная задача решается тем, что в абонентском телематическом терминале с GSM/УКВ модемом используются следующие технические решения:
- использование для обеспечения энергосберегающего режима схемы интеллектуального коммутатора питания (ИКП) с усовершенствованным алгоритмом работы, позволяющим отключать питающее напряжение абонентского терминала в случае длительной неподвижности отслеживаемого объекта и включать его по возобновлению движения подвижного объекта, при этом дополнительно предусмотрена возможность дистанционного включения/отключения энергосберегающего режима по команде от телематического сервера;
- использование взаимодействия абонентского терминала с телематическим сервером по каналу GSM/УКВ-связи для проведения периодического тестирования абонентского терминала, установленного на подвижном объекте, и получения достоверных сведений о его работоспособности с автоматической записью результатов тестирования в журнал событий;
- реализация возможности получения пользователем информации о состоянии датчиков, подключенных к абонентскому терминалу с помощью отправки пользователем управляющих команд на телематический сервер.
Абонентский телематический терминал с GSM/УКВ модемом (далее по тексту - абонентский терминал) обеспечивает точную навигацию и надежное функционирование за счет использования мощного вычислительного ядра, высокоинформативного графического интерфейса и расширенной справочной системы программного обеспечения, встроенной базы навигационных данных. Кроме этого, стабильность показателей качества функционирования в условиях эксплуатации обеспечивается за счет использования в конструкции абонентского терминала технологической платформы, основными компонентами которой являются:
- малогабаритный экономичный модуль навигационного приемника, имеющего 24 программно переключаемых универсальных радиоканала для приема сигналов навигационных систем ГЛОНАСС/GPS и работающего по всем навигационным космическим аппаратам этих систем, находящимся в зоне радиовидимости;
- механический трех-осевой акселерометр (вместе с необходимым программным обеспечением), позволяющий независимо от сигналов навигационного приемника определять наличие и отсутствие движения отслеживаемого объекта. Таким образом, благодаря этому свойству акселерометра, в случае продолжительной неподвижности отслеживаемого объекта навигационный приемник может быть выключен для экономии энергии. Последующее включение навигационного приемника произойдет по сигналу акселерометра о начале движения отслеживаемого объекта;
- технологии использования литий-полимерных аккумуляторов с максимально достижимой на сегодняшний день удельной плотностью энергии.
Заявленный абонентский телематический терминал обеспечивает выполнение следующих функций:
- определение координат и параметров движения подвижного объекта по сигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS;
- контроль нахождения подвижного объекта в заранее установленной зоне или передвижения по заранее определенному маршруту.
Определение координат и параметров движения подвижного объекта возможно в следующих режимах работы:
- режим «он-лайн» - ежеминутного определения местоположения объекта;
- режим автоматической передачи данных об определенном местоположении через заданный (настраиваемый) интервал времени от 30 секунд до 1 часа;
- режим определения координат и параметров движения по запросу пользователя (субъекта).
Для управления режимами работы абонентского терминала, а так же с целью проведения дополнительных настроек, обеспечивается отработка специальных команд, посылаемых на абонентский терминал по протоколу обмена данными TCP/IP.
Абонентский терминал обеспечивает светодиодную индикацию следующих режимов работы:
- устойчивый прием навигационных данных;
- неустойчивый прием навигационных данных;
- отсутствие регистрации изделия в GSM-сети;
- наличие регистрации абонентского терминала в GSM-сети при отсутствии связи с телематическим сервером;
- наличие регистрации абонентского терминала в GSM-сети при наличии связи с телематическим сервером.
Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняется в дальнейшем чертежами, на которых показано следующее:
Фиг.1 - функциональная схема заявленного абонентского телематического терминала, где:
1 - космические аппараты навигационных систем ГЛОНАСС/GPS;
2 - абонентский терминал;
3 - антенна ГЛОНАСС/GPS;
4 - плата управляющего контроллера;
5 - литий-полимерный аккумулятор;
6 - светодиодные индикаторы;
7 - GSM-антенна;
8 - средства обеспечения GPRS-обмена (GSM-оператор);
9 - сеть Интернет;
10 - ноутбук/персональный компьютер (ПК);
11 - карманный персональный компьютер (КПК);
12 - телематический сервер;
13 - трех-осевой механический акселерометр;
14 - flash-память;
15 - приемник ГЛОНАСС/GPS;
16 - GSМ/УКВ модем;
17 - управляющий микроконтроллер;
18 - технологические входы/выходы;
19 - интеллектуальный коммутатор питания;
20 - блок таймеров;
21 - шина данных.
Фиг.2 - структурно-функциональная схема ИКП, где:
21 - Шина обмена данными с управляющим микроконтроллером
22 - Коммутатор питания
23 - Таймер отсутствия движения Т1
24 - Таймер ожидания подтверждения от сервера Т2
25 - Таймер энергосбережения Т3
26 - Таймер кратковременной работы Т4
27 - Таймер слежения за движением Т5
28 - Регистратор факта движения
Функциональная схема универсального абонентского телематического терминала с GSM/УКВ модемом, представленная на фиг.1, состоит из абонентского терминала (поз.2), в состав которого входят: плата управляющего микроконтроллера (поз.4), на которой расположены: управляющий микроконтроллер (поз.17), GSM/УКВ модем (поз.16), трех-осевой механический акселерометр (поз.13), flash-память (поз.14), приемник ГЛОНАСС/GPS (поз.15) интеллектуальный коммутатор питания (поз.19) с входящим в его состав блоком таймеров Т1÷Т5 (поз.20) и технологические входы/выходы (поз.18). Так же в состав абонентского терминала входят: литий-полимерный аккумулятор (поз.5), светодиодные индикаторы (поз.6), антенна ГЛОНАСС/GPS (поз.3), подключенная к радиочастотному входу приемника ГЛОНАСС/GPS (поз.15), GSM-антенна (поз.7), подключенная к радиочастотному разъему GSM/УКВ модема (поз.16). Выходы приемника ГЛОНАСС/GPS (поз.15) подключены к управляющему микроконтроллеру (поз.17), информационные выходы которого подключены к входам трех-осевого механического акселерометра (поз.13). Выходы GSM/YKB модема (поз.16) подключены к входам управляющего микроконтроллера (поз.17), информационные выходы которого подключены к flash-памяти (поз.14). Управляющий контроллер оборудован портом для его программирования, представляющем собой технологические входы/выходы (поз.18). Выходы литий-полимерного аккумулятора (поз.5) подключены к плате управляющего контролера, сигнальные выходы которой подключены к светодиодным индикаторам (поз.6).
Кроме абонентского терминала (поз.2) в состав также входят мининоутбук (поз.10) и карманный персональный компьютер (поз.11), имеющие доступ к сети Интернет (поз.9), к которой так же подключен телематический сервер (поз.12).
Принцип работы заявленного абонентского терминала основан на использовании принципа определения местоположения подвижного объекта по сигналам GNSS и проведения мониторинга подвижного объекта с использованием телематического сервера,
При подаче питающего напряжения от аккумулятора 5 на плату управляющего контроллера 4 навигационные сигналы от космических аппаратов навигационных систем ГЛОНАСС/GPS 1 принимаются приемной ГЛОНАСС/GPS антенной 3. С выхода антенны ГЛОНАСС/GPS 3 через антенный разъем навигационные сигналы поступают на малошумящий усилитель входных сигналов приемника навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS 15, где подвергаются усилению, затем на делитель мощности входных сигналов, где разделяются на два сигнала, один из которых поступает на вход радиочастотного модуля ГЛОНАСС, а другой на вход радиочастотного модуля GPS. В указанных модулях осуществляется формирование квадратурного сигнала путем умножения входного сигнала радиочастотного модуля на синусную и косинусную компоненты сигнала опорного генератора. Квадратурный сигнал фильтруется фильтром и усиливается усилителем с переменным коэффициентом усиления до уровня, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя. Усиленный сигнал подается на входы двухканального аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого получаются два потока оцифрованных отсчетов, соответствующих составляющим квадратурного сигнала. В приемнике ГЛОНАСС/GPS 15 происходит прием, преобразование, обработка сигналов ГЛОНАСС/GPS и выдача результатов решения навигационной задачи - навигационных параметров (времени, координат, вектора путевой скорости) подвижного объекта, на котором установлен абонентский терминал. При этом предусмотрены режимы приема навигационных сигналов как от двух космических навигационных систем (ГЛОНАСС/GPS), так и только от какой-либо одной систем по желанию пользователя. Выбор режима приема навигационных сигналов задается пользователем с помощью подачи на технологические входы абонентского терминала специальных команд управления.
Навигационные параметры передаются через асинхронный последовательный порт UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter - универсальный асинхронный приемопередатчик) ГЛОНАСС/GPS приемника на управляющий микроконтроллер 17 и далее через GSM/УКВ модем 16 и антенну GSM-связи 7 - на телематический сервер 12.
Связь абонентского терминала 2 с телематическим сервером 12 осуществляется по протоколу TCP/IP, обеспечивающему большую надежность, поскольку по этому протоколу производится проверка на наличие ошибок и обмен подтверждающими сообщениями. Данные пересылаются пакетами (ТСР-сегментами), которые состоят из заголовков TCP и данных. TCP-протокол обеспечивает надежное функционирование, потому что в нем используются контрольные суммы для проверки целостности данных и отправка подтверждений, чтобы гарантировать, что переданные данные приняты без искажений.
Использование GPRS-технологии, позволяющей осуществлять пакетную передачу данных посредством GSM-связи, значительно снижает денежные затраты на отслеживание мобильного объекта.
В случае, если связь с телематическим сервером 12 установить не удалось, происходит накопление поступающих от ГЛОНАСС/GPS приемника 15 навигационных параметров во внутренней энергонезависимой FLASH-памяти 14. При установлении связи с телематическим сервером 12 начинается передача накопленных во внутренней энергонезависимой FLASH-памяти 14 навигационных параметров о движении подвижного объекта на телематический сервер 12.
Передача навигационных параметров о движении подвижного объекта на телематический сервер 12 может происходить в одном из следующих режимов:
- режим «он-лайн» - ежеминутной отправки навигационных параметров о движении подвижного объекта;
- режим автоматической передачи навигационных параметров о движении подвижного объекта через заданный (настраиваемый) интервал времени от 30 секунд до 1 часа;
- режим передачи навигационных параметров о движении подвижного объекта по запросу пользователя.
Выбор режима передачи навигационных параметров задается пользователем с помощью подачи на технологические входы абонентского терминала 18 специальных команд управления.
Переданные с помощью GSM-связи посредством GPRS на телематический сервер 12 навигационные параметры подвижного объекта используются для отображения местоположения отслеживаемого объекта на электронной карте (на экране монитора ПК 10 пользователя).
Для индикации режимов работы абонентского терминала служат световые индикаторы.
Одновременно с описанным выше процессом работы навигационного приемника при подаче питающего напряжения на плату управляющего контроллера происходит включение и инициализация GSM/УКВ модема, проверка SIM-карты и регистрация абонентского терминала в GSM-сети. Соединение с телематическим сервером происходит по каналу GSM-связи с использованием GPRS-технологии.
Трех-осевой механический акселерометр абонентского терминала, независимо от сигналов навигационного приемника определяет наличие и отсутствие движения отслеживаемого объекта. В случае продолжительной неподвижности отслеживаемого объекта навигационный приемник для экономии энергии аккумулятора выключается. Выключение и последующее включение навигационного приемника при возобновлении движения отслеживаемого объекта происходит по команде интеллектуального коммутатора питания (ИКП), расположенного на плате управляющего контроллера.
Основными особенностями ИКП являются:
- возможность работы в одном из трех режимов пониженного потребления:
1) ждущий режим работы;
2) режим пониженного потребления энергии с работающими часами реального времени;
3) режим пониженного потребления энергии;
- возможность запуска из дежурного режима сигналом внешнего прерывания или сигналом от часов реального времени;
- наличие двух 32-разрядных и двух 16-разрядных таймеров;
- наличие сторожевого таймера;
- наличие мало-потребляющих часов реального времени с независимым питанием и отдельным входом тактирования;
- возможность программирования внутри системы (ISP) и внутри приложения (IAP) при помощи встроенной программы-загрузчика.
С помощью датчика движения, представляющего собой механический трехосный (XYZ) акселерометр с интегрированной электроникой, осуществляется определение состояния (покоя или движения), в котором находится изделие в данный момент.
При работе изделия автоматически ведется журнал изменений состояния изделия с временной привязкой. Текущие настройки и журнал работы хранятся во флэш-памяти Data Flash. Считывание журнала из Data Flash осуществляется через технологические входы/выходы (поз.18) при помощи специальной утилиты.
В журнале изменений состояния ИКП записывается дата, время и описание произошедшего события, в результате которого произошло изменение состояния ИКП.
Имеется несколько состояний работы ИКП:
1) Включение и выключение питания;
2) Включение питания по таймеру;
3) Включение по факту движения;
4) Выключение питания с подтверждением от сервера;
5) Выключение питания без подтверждения от сервера.
Таблица 1
Примерный вид журнала работы ИКП
Дата
Время
Событие
02.02.2009
11:10:20
выключение абонентского терминала с подтверждением от сервера
02.02.2009
12:23:20
включение абонентского терминала по факту движения
02.02.2009
18:34:13
выключение абонентского терминала без подтверждения от сервера
03.02.2009
02:34:13
включение абонентского терминала по окончанию таймера энергосбережения
03.02.2009
02:44:13
выключение абонентского терминала по окончанию таймера кратковременной работы
Применение заявленного абонентского телематического терминала с GSM/УКВ модемом позволит:
- увеличить эффективность контроля и оперативность;
- повысить автоматизацию процессов реагирования и взаимодействия;
- повысить уровень безопасности отслеживаемого подвижного объекта.