МОБИЛЬНЫЙ ТЕРМИНАЛ

Полезная модель относится к телекоммуникационным устройствам, а именно мобильным терминалам, которые широко применяются для организации предоставления телематических услуг абонентам, для организации охранных комплексов подвижных и стационарных объектов, для организации мониторинга и управления технологическими процессами на подвижных и стационарных объектах.
Обычно телематический терминал представляет собой набор последовательно соединенных узлов: антенна, модем, микроконтроллер и навигационный узел. К модему подключены порт связи с персональным компьютером (например, RS-232 или USB) и порт ввода-вывода.
Известен наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению абонентский телематический терминал (патент на полезную модель № 38255 от 27.05.2004, заявка №2004106437 от 09.03.2004). Указанный терминал содержит внешнюю GSM антенну, связанную с базовой станцией, внутреннюю антенну, внешнюю GPS антенну, связанную со спутниками, модем, микроконтроллер, навигационный узел, порт связи с персональным компьютером, порт ввода-вывода и узел управления электропитанием, переключатель, устройство контроля вскрытия корпуса и драйвер порта ввода-вывода, при этом первый вход-выход модема подключен к первому входу-выходу микроконтроллера, второй вход-выход микроконтроллера подключен к первому входу-выходу навигационного узла, второй вход-выход которого подключен к внешней GPS антенне, третий вход-выход микроконтроллера подключен к порту связи с персональным компьютером, четвертый вход-выход микроконтроллера подключен к узлу управления электропитанием, выход порта ввода-вывода подключен к пятому входу микроконтроллера, внутренняя антенна и внешняя GSM антенна подключены к первому и второму входу-выходу переключателя соответственно, третий вход-выход которого подключен к второму входу-выходу модема, а четвертый вход переключателя подключен к шестому выходу микроконтроллера, седьмой вход-выход которого подключен к устройству контроля вскрытия корпуса, а восьмой выход микроконтроллера подключен к входу драйвера порта ввода-вывода, выход которого подключен к входу порта ввода-вывода.
Недостатками устройства прототипа являются:
Устройство имеет недостаточный набор функций:
В устройстве используется порт связи с персональным компьютером, который позволяет подключать устройство только к персональному компьютеру и делает невозможным подключение к внешним контроллерам,
видеокамерам, системам охраны и прочим внешним устройствам, построенным на простых контроллерах.
В устройстве не предусмотрена возможность расширения функциональных возможностей с помощью подключаемого модуля расширений, использование которого могло бы увеличить вычислительные возможности или позволило бы выполнять параллельно две различные задачи. Наличие дополнительного внешнего модуля, который бы был согласован в своей работе с терминалом позволило бы сосредоточить основные (коммуникационные, охранные и навигационные) функции внутри терминала, а дополнительные задачи, которые могут быть специфическими в зависимости от области применения терминала, могут быть вынесены на дополнительный модуль, стыкуемый с терминалом.
В устройстве не предусмотрен голосовой интерфейс, что делает невозможным использование устройства для телефонных разговоров, например, для экстренной голосовой связи с аварийными службами или связи с диспетчером.
В устройстве не предусмотрена возможность производить конфигурирование устройства или считывание информации из него по радиоинтерфейсу, что доставляет неудобство в работе, т.к. требует подключения кабеля каждый раз, когда необходимо что-либо изменить в настройках устройства или считать информацию из него. Учитывая, что количество эксплуатируемых оператором терминалов может быть большим - это доставляет определенные неудобства.
Порт ввода/вывода, используемый в устройстве, имеет жестко назначенные входы/выходы и не позволяет гибко изменять количество входов или выходов, что усложняет оптимизацию одного и того же устройства для использования в различных областях техники;
Задачей создания полезной модели является расширение функциональных возможностей терминала.
Поставленная задача достигается с помощью признаков, указанных в формуле полезной модели, общих с прототипом, таких как мобильный терминал, содержащий внешнюю GSM антенну, связанную с базовой станцией, внутреннюю антенну, внешнюю GPS антенну, связанную со спутниками, модем, микроконтроллер, навигационный узел, узел управления электропитанием и переключатель антенн, при этом внутренняя антенна и внешняя GSM антенна подключены к первому и второму входу-выходу переключателя антенн соответственно, третий вход-выход которого подключен к первому входу-выходу модема, а четвертый вход переключателя антенн подключен к первому выходу микроконтроллера, при этом второй вход-выход модема подключен ко второму входу-выходу микроконтроллера, третий вход-выход микроконтроллера подключен к первому входу-выходу навигационного узла, второй вход-выход которого
подключен к внешней GPS антенне, четвертый вход-выход микроконтроллера подключен к узлу управления электропитанием, и отличительных существенных признаков, таких как в мобильный терминал дополнительно введены универсальный порт ввода/вывода, внешний порт RS-232, аудио интерфейс, радиомодуль, переключатель порта, внутренний порт RS-232 и внутренняя радиоантенна, причем пятый вход-выход микроконтроллера подключен к входу-выходу универсального порта ввода-вывода, шестой вход-выход микроконтроллера подключен к входу-выходу внешнего порта RS-232, седьмой вход-выход микроконтроллера подключен к первому входу-выходу переключателя порта, второй вход-выход которого подключен к первому входу-выходу радиомодуля, третий вход-выход переключателя порта подключен к первому входу-выходу внутреннего порта RS-232, второй вход-выход которого связан с модулем расширения, второй вход-выход радиомодуля подключен к внутренней радиоантенне, а третий вход-выход модема подключен к входу-выходу аудио интерфейса.
Таким образом, техническим результатом данной полезной модели является расширение функциональных возможностей за счет введения универсального порта ввода/вывода, внешнего порта RS-232, аудио интерфейса, радиомодуля, переключателя порта, внутреннего порта RS-232 и внутренней радиоантенны и связей между ними.
Указанные выше признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование существенных признаков в средстве того же назначения как заявленная полезная модель в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков, с общими, известными, обеспечивает решение поставленной задачи - расширение функциональных возможностей мобильного терминала.
Полезная модель поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его, примера реализации и прилагаемыми чертежами: на фиг.1 показана структурная схема мобильного терминала.
Мобильный терминал 1, содержит (фиг.1) внешнюю GSM антенну 2, связанную с базовой станцией 3, внутреннюю GSM антенну 4, внешнюю GPS антенну 5, связанную со спутниками 6, модем 7, микроконтроллер 8, навигационный узел 9, узел управления электропитанием 10 и переключатель антенн 11.
Внутренняя GSM антенна 4 и внешняя GSM антенна 2 подключены к первому и второму входу-выходу переключателя антенн 11 соответственно, третий вход-выход которого подключен к первому входу-выходу модема 7, а четвертый вход переключателя антенн 11 подключен к первому выходу микроконтроллера 8, второй вход-выход модема 7 подключен ко второму входу-выходу микроконтроллера 8, третий вход-выход микроконтроллера 8 подключен к первому входу-выходу навигационного узла 9, второй вход-
выход которого подключен к внешней GPS антенне 5, четвертый вход-выход микроконтроллера 8 подключен к узлу управления электропитанием 10. В терминал 1 дополнительно введены универсальный порт ввода-вывода 12, внешний порт RS-232 13, аудио интерфейс 14, радиомодуль 15, переключатель порта 16, внутренний порт RS-232 17 и внутренняя радиоантенна 18.
Пятый вход-выход микроконтроллера 8 подключен к входу-выходу универсального порта ввода-вывода 12, шестой вход-выход микроконтроллера 8 подключен к входу-выходу внешнего порта RS-232 13, седьмой вход-выход микроконтроллера 8 подключен к первому входу-выходу переключателя порта 16, второй вход-выход которого подключен к первому входу-выходу радиомодуля 15, третий вход-выход переключателя порта 16 подключен к первому входу-выходу внутреннего порта RS-232 17, второй вход-выход которого связан с модулем расширения, второй вход выход радиомодуля 15 подключен к внутренней радиоантенне 18, а третий вход-выход модема 7 подключен к входу-выходу аудио интерфейса 14.
Вышеописанный мобильный терминал работает следующим образом. Радиосигнал от базовой станции 3 поступает на внешнюю GSM антенну 2 и внутреннюю GSM антенну 4. Исходное положение переключателя антенн 11 обеспечивает прохождение сигнала от внешней GSM антенны 2 на вход модема 7. В случае неисправности или преднамеренного разрушения внешней GSM антенны 2 переключатель антенн 11 обеспечивает прохождение радиосигнала от модема 7 через внутреннюю антенну 4 к базовой станции 3, что позволяет мобильному терминалу посылать сообщение абоненту о нештатной ситуации. Управление работой переключателя антенн 11 выполняет микроконтроллер 8 на основе сообщения модема 7 о наличии сигнала на его входе.
Приемная часть модема 7 (на чертеже не показана) выполняет функции усиления и декодирования принимаемого от базовой станции 3 радиосигнала с целью преобразования его в формат, необходимый микроконтроллеру 8. Передающая часть модема 7 (на чертеже не показана) выполняет обратные преобразования.
Передача сообщений осуществляется путем установления соединения с абонентом сотовой сети связи или сети связи общего пользования и считыванием из памяти процессора заранее записанного в эту память голосового или текстового сообщения, которое соответствует текущему событию.
Для управления мобильным терминалом 1 из сотовой сети связи или сети связи общего пользования к микроконтроллеру 8 подключен двухтональный многочастотный приемник (DTMF - Dual Tone Multi Frequency) (на чертеже не показан), который принимает сигналы управления от телефонного аппарата, подключенного к сотовой сети связи или сети связи общего пользования. Телефонный аппарат через указанные сети соединяется с
мобильным терминалом 1 и передает коды сигналов управления набором цифр на клавиатуре телефонного аппарата.
Микроконтроллер 8 обеспечивает алгоритм работы мобильного терминала в соответствии с программой, заданной пользователем. В процессе исполнения программы он выполняет следующие функции:
1) инициализирует посылку коротких сообщений абоненту (или группе абонентов, указанных пользователем в программе конфигурации терминала) через сервис передачи коротких сообщений (SMS - Short Message Service) сотовых операторов связи или технологии пакетной коммутации в сетях подвижной связи (GPRS - General Packet Radio Service) в случае наступления событий, определяемых внешними датчиками (на чертеже не показаны);
2) инициализирует посылку голосовых сообщений заранее записанных в память микроконтроллера 8 пользователем абоненту (или группе абонентов, указанных пользователем в программе конфигурации мобильного терминала 1 в случае наступления событий, определяемых внешними датчиками (на чертеже не показаны);
3) обеспечивает переход мобильного терминала 1 из одного состояния в другое (например, из состояния «Охрана» в состояние «Тревога») в зависимости от наступления тех или иных событий (например, срабатывание внешних датчиков, достижение измеряемых внешними датчиками параметров предельных значений, изменение положения объекта, куда установлен мобильный терминал 1, за область допустимой зоны, заранее отмеченной на карте пользователем);
4) анализирует состояние внешних датчиков (на чертеже не показаны), подключенных к универсальному порту ввода-вывода 12;
5) анализирует команды управления, принятые мобильным терминалом 1 и инициализирует срабатывание исполнительных устройств (на чертеже не показаны), подключенных к универсальному порту ввода-вывода 12;
6) инициализирует выбор того или иного алгоритма заряда батареи узлом управления электропитания 10, в зависимости от состояния батареи электропитания (на чертеже не показана);
7) анализирует данные, поступающие от навигационного узла 9;
8) выбирает способы (GSM или GPRS) передачи сообщений базовой станции 3;
9) обеспечивает обмен данными с внешними устройствами, подключенными к мобильному терминалу 1 через внешний порт RS-232 13;
10) обеспечивает обмен данными с внешним устройством, например, компьютером через радиомодуль 15;
11) устанавливает определенное пользователем в программе конфигурации количество входов и выходов универсального порта ввода-вывода 12.
Внешний порт RS-232 13 служит для загрузки исполняемых программ и передаваемых мобильным терминалом 1 сообщений в микроконтроллер 8, а также для взаимодействия мобильного терминала 1 с внешними устройствами, например, для подключения видеокамеры (на чертеже не показана). Микроконтроллер 8 через внешний порт RS-232 13 обменивается данными с подключенным устройством, например, видеокамерой и в соответствии с алгоритмом работы обрабатывает эти данные (например видеоизображение) или обеспечивает их доставку через GPRS сервис сотового оператора на указанный пользователем адрес.
Вновь введенный внешний порт RS-232 13 в сочетании с микроконтроллером 8 позволяет осуществлять взаимодействие с множеством внешних устройств, таких как охранные системы, контроллеры, видеокамеры и др. и тем самым решает задачу полезной модели: расширение функциональных возможностей мобильного терминала 1.
Входные сигналы универсального порта ввода-вывода 12 транслируются на вход микроконтроллера 8. Входными сигналами универсального порта ввода-вывода 12 являются сигналы от внешних датчиков, подключенных к этому порту (на чертеже не показаны). Датчики могут быть как цифровыми, работающими по принципу «сработал - не сработал», так и аналоговыми. В этом случае микроконтроллер 8 определяет величину напряжения, формируемого аналоговым датчиком на соответствующем входе универсального порта ввода-вывода 11.
Выходные сигналы универсального порта ввода-вывода 12 формируются микроконтроллером 8 в соответствии с алгоритмом работы, определенным пользователем в программе конфигурации.
Универсальный порт ввода-вывода 12 под управлением микроконтроллера 8 позволяет варьировать количество выходов и входов, т.е. количество управляемых мобильным терминалом 1 исполнительных устройств и количество анализируемых датчиков, подключенных к универсальному порту вода - вывода 12 может быть изменено в соответствии с задачей, выполняемой мобильным терминалом 1 и тем самым решает задачу полезной модели: расширение функциональных возможностей мобильного терминала 1.
Навигационный узел 9 принимает сигналы на внешнюю GPS антенну 5 от спутниковой системы глобального позиционирования GPS 6 или ГЛОНАСС. Принимаемые сигналы им обрабатываются с целью вычисления координат, а координаты передаются микроконтроллеру 8 для произведения операций над этими координатами в соответствии с программой, хранящейся в памяти микроконтроллера 8. Координаты и результаты их обработки передаются через модем в виде SMS сообщений или по технологии GPRS на внутреннюю антенну 4 и внешнюю GSM антенну 2 и далее на базовую станцию 3.
Электропитание мобильного терминала 1 осуществляется от встроенной в него аккумуляторной батареи (на чертеже не показана), которая, в свою очередь, может заряжаться от внешнего источника питания (на чертеже не
показан). Контроль заряда аккумуляторной батареи, в зависимости от ее состояния, осуществляет узел управления электропитанием 10. Электропитание терминала 1 может осуществляться также непосредственно от внешнего источника электропитания.
Аудио интерфейс 14 служит для обеспечения телефонной связи мобильного терминала с абонентом (абонентами) сети сотовой связи или сети связи общего пользования. Сигналы от аудио интерфейса 14 поступают на модем 7, где происходит их кодирование и передача на базовую станцию 3 через переключатель антенн 11 и внешнюю GSM антенну 2 или внутреннюю GSM антенну 4. Входные сигналы аудио интерфейса проходят преобразования в обратном порядке. Установление связи через аудио интерфейс 14 может быть выполнено как при наступлении событий, описанных в конфигурации мобильного терминала, так и при нажатии на тревожную кнопку (на чертеже не показана), подключенную к универсальному порту ввода-вывода 12. Таким образом, применение аудио интерфейса дает новый вариант использования мобильного терминала 1, тем самым решает задачу полезной модели: расширение функциональных возможностей мобильного терминала 1.
Радиомодуль 15 служит для обмена информацией мобильного терминала 1 (например, для загрузки конфигурации) с внешним устройством, например, с компьютером. Принимаемый сигнал от внешнего устройства через внутреннюю радиоантенну 18 поступает на вход радиомодуля 15, где происходит его преобразование в формат, необходимый микроконтроллеру 8. Затем сигнал через переключатель порта 16 поступает на вход микроконтроллера 8. Передаваемый сигнал проходит преобразования в обратном порядке. Применение радиомодуля 15 предоставляет пользователю новый, более удобный способ изменения настроек и считывания информации, например о маршруте движения мобильного терминала 1, тем самым решает задачу полезной модели: расширение функциональных возможностей мобильного терминала 1.
Внутренний порт RS-232 17 служит для подключения модуля расширения, предназначенного для выполнения дополнительных задач или для ускорения выполнения основных задач мобильного терминала 1. Сигнал от модуля расширения поступает на вход внутреннего RS-232 порта 17 и через переключатель порта 16 передается на вход микроконтроллера 8. Передаваемый на модуль расширения сигнал проходит обратные преобразования. Таким образом, использование внутреннего порта RS-232 в сочетании с модулем расширения позволяет реализовать выполнение дополнительных задач или ускорить выполнение основных задач мобильного терминала 1, тем самым решает задачу полезной модели: расширение функциональных возможностей мобильного терминала 1.
Переключатель порта 16 предназначен для подключения радиомодуля 15 и внутреннего порта RS-232 17 к микроконтроллеру 8, что позволяет использовать один вход-выход микроконтроллера для подключения и радиомодуля 15 и внутреннего порта RS-232 17. Это обстоятельство является
важным в силу ограниченного количества входов - выходов микроконтроллера 8.
Изготовление мобильного терминала, изображенного на фиг.1, осуществляют с использованием специализированных микросхем. Переключатель антенн 11 выполнен с использованием микросхемы AS 193-73 фирмы Skyworks. Модем 7 и устройство управления электропитанием 10 выполнены с использованием модуля RTX 5002 фирмы RTX Telecom. Навигационный узел 9 выполнен на основе модуля компании u-blox LEA-LA. Радиомодуль 15 выполнен с использованием модуля LMX 9830 компании Texas Instruments. Микроконтроллер 8 выполнен с использованием микросхемы фирмы Atmel ATMega 256L. В качестве внешнего порта RS-232 13 использован соединитель S 3B-PH-SM3-TB фирмы JST, а в качестве универсального порта ввода-вывода 12 использован соединитель 1-794627-8 фирмы АМР. Аудио интерфейс 14 выполнен с использованием микрофона и телефона, подключенных к модему по 4-х проводной схеме. Переключатель порта 16 выполнен с использованием трех трехвыводных микропереключателей. Внутренний порт RS-232 17 выполнен с использованием соединителя В 3B-PH-SM3-TB фирмы JST.