Устройство информирования автовладельца

1. Область техники
Автомобильные дополнительные опции. Область - организация связи с владельцем автомобиля в различных ситуациях.
2. Уровень техники
2.1. Иммобилайзеры. Основное назначение данных устройств - разрыв цепи в наиболее значимых местах автомобиля - например, электроцепей стартера, зажигания с целью предотвращения угона автомобиля.
Одна из функций современных иммобилайзеров - оповещение владельца автомобиля о несанкционированном проникновении в автомобиль и попытке завести двигатель. Иммобилайзеры, в основном, имеют два конструктивных элемента: один блок находится в автомобиле, второй у владельца. Элемент, находящийся у владельца автомобиля, имеет вид брелока с дисплеем, на котором отображается попытка несанкционированных физических действий в отношении автомобиля.
Сходство описываемого в работе устройства заключается в:
1) наличии схожего принципа конструктивных элементов. Так же, как в случае с иммобилайзером, один блок (блок управления) находится в автомобиле, второй находится у владельца (ключ, который распознается блоком управления).
В описываемом устройстве также два блока:
блок, передающий сигнал - расположен в автомобиле;
принимающее устройство - находится у владельца автомобиля.
2) одно из назначений иммобилайзера - оповещение владельца о несанкционированном физическом воздействии на автомобиль. Основное назначение устройства информирования автовладельца - оповещение владельца.
Отличие описываемого устройства от иммобилайзера:
1) Описываемое устройство информирования автовладельца не является противоугонным средством.
2) С точки зрения конструктивных элементов:
- Устройство не предназначено для обездвиживания автомобиля. Являет собой передающее устройство, работающее по принципу мобильного телефона, срабатывающее при приведении в действие сенсорного датчика или фотоэлемента, совершающего звонок или отправляющего sms-сообщение. Также возможна опция установления двусторонней громкой голосовой связи, если устройство оборудовано внешней гарнитурой (микрофоном и динамиком) и опция активна, или отправку цифровой фотографии на мобильный телефон автовладельца.
- Второй элемент устройства - мобильный телефон владельца автомобиля, на который приходит звонок, sms-сообщение или голосовой вызов.
2.2. Мобильные телефоны. Основное назначение мобильных телефонов - обеспечение связи между абонентами в наиболее распространенных сетях (GSM, ее аналоги, другие распространенные форматы). Форма связи - голосовые вызовы, sms - оповещения, другие виды связи, доступные для современных телефонов. Для осуществления коммуникаций между абонентами необходимо наличие телефонов у абонентов, а также знание одним из абонентов номера телефона другого абонента.
Сходство описываемого устройства состоит в принципе оповещения - вызов в виде звонка, поступающего на мобильный телефон владельца, sms-оповещения или голосового вызова, если устройство оборудовано внешней гарнитурой (микрофоном и динамиком), или отправку цифровой фотографии на телефон автовладельца.
Отличия.
1) Для осуществления решаемой задачи необходим ограниченный набор функций мобильного телефона, а именно - оповещение производится на определенный заданный номер абонента (или группы абонентов).
2) Для оповещения владельца автомобиля достаточно активировать устройство посредством прикосновения к месту его размещения с внешней стороны стекла, без набора конкретного номера абонента.
3) Владельцу не требуется отвечать на вызов, если в опциях устройства в качестве типа оповещения выбраны звонок или sms-оповещение. Устройство служит именно для оповещения владельца о необходимости подойти к месту парковки.
4) Если устройство оборудовано внешней гарнитурой (микрофоном и динамиком) и опция голосового вызова активна, возможно установление телефонной двусторонней голосовой громкой связи с владельцем автомобиля.
5) Если опция активна, устройство может отправлять цифровую фотографию желающего оповестить автовладельца на мобильный телефон автовладельца.
3. Раскрытие полезной модели
3.1. Решаемая задача - получение владельцем автомобиля оповещения о необходимости подойти к месту парковки или для установления контакта в виде телефонной двусторонней голосовой громкой связи с владельцем автомобиля, если устройство снабжено внешней гарнитурой (микрофоном и динамиком) и опция активна.
3.2. Технический результат достигается за счет передачи сигнала на мобильный телефон владельца автомобиля.
Технический результат достигается за счет:
1) срабатывания сенсорного датчика или фотоэлемента устройства.
2) наличия у абонента (владельца автомобиля) мобильного телефона, на который поступает сигнал.
3.3. В свою очередь, сенсорный датчик или фотоэлемент приводится в действие путем легкого физического воздействия на область стекла автомобиля в месте размещения устройства. Устройство может быть оборудовано внешней гарнитурой (микрофоном и динамиком). В этом случае возможно установление телефонной двусторонней голосовой громкой связи с владельцем автомобиля.
Основные требования к внешней гарнитуре (микрофон и динамик):
- чувствительность микрофона достаточна, чтобы уловить голос на расстоянии не менее 1 м.
- громкость динамика достаточна, чтобы обеспечить достаточную слышимость на расстоянии не менее 1 м.
- материалы, из которых изготовлены микрофон и динамик, устойчивы к агрессивной внешней среде (влажность, перепады температур).
Гарнитура может подключаться проводами или с использованием беспроводных технологий.
Другая дополнительная опция - отправка цифровой фотографии желающего установить контакт с автовладельцем автовладельцу на мобильный телефон автовладельца.
3.4.1. Работает по принципу мобильного телефона в режиме передачи звонка или sms-оповещения конкретному абоненту (или группе абонентов, если обусловлено). Если устройство снабжено внешней гарнитурой (микрофон и динамик) и опция активна, устройство устанавливает телефонную двустороннюю голосовую громкую связь. Если опция отправки цифровых фотографий активна, устройство отправляет цифровую фотографию автовладельцу.
3.4.2. Для работы устройства необходимо:
- Наличие среды, в которой работают абсолютное большинство мобильных телефонов (сети GSM, ее аналоги, другие распространенные форматы).
- Наличие сим-карты в Блоке 1 любого оператора связи и достаточный баланс для осуществления звонка или sms-оповещения, в соответствии с тарифами и правилами оказания услуг конкретным оператором связи.
3.4.3. Расположение и крепление устройства.
Устройство легко крепится и легко снимается на внутренней поверхности стекла автомобиля. Крепление устройства к стеклу осуществляется за счет элементов на силиконовой или другой схожей основе.
3.5. Технические характеристики и основные параметры работы:
Критические требования:
- Чувствительный бесконтактный датчик, способный обнаружить касание или постукивание рукой человека через стекло, либо фотоэлемент, улавливающий поднесение руки к месту расположения устройства.
- Эффективное всепогодное крепление к стеклу.
Условия работы, усложняющие конструкцию:
- Высокие температуры, возникающие при нагреве автомобиля летом под прямыми солнечными лучами
- Высокая влажность и капли воды на поверхности стекла при дождливой погоде
- Обледенение стекла и отрицательные температуры в условиях зимы.
Структура устройства
Рассмотрим каждый из элементов устройства подробнее. Микроконтроллер должен обеспечивать обработку данных с сенсора касания и управлять GSM модулем при дозвоне владельцу. Помимо этого микроконтроллер выводит информацию о состоянии на индикаторы и обеспечивает контроль состояния аккумулятора. Также микроконтроллер должен обеспечивать энергонезависимое хранение настроек, номеров дозвона до владельца, сообщений. Важным требованием к микроконтроллеру является обеспечение минимального энергопотребления всех узлов при сохранении высокой скорости реакции на срабатывание сенсора касания.
Сенсор касания
К сенсору касания предъявляется ряд жестких требований. Он должен обеспечивать надежную фиксацию факта касания рукой даже через толстый слой стекла в широком диапазоне рабочих температур с учетом возможного обледенения поверхности и конденсации на ней влаги. При этом его потребление должно быть минимальным. Исходя из возможностей технологии на настоящем этапе ее развития, данный сенсор может работать на одном из следующих принципов:
- Емкостной. Фиксация электрической емкости приближающейся руки.
- Оптический. Фиксация тени/отраженного света от приближающейся руки
- Акселерометр. Фиксация вибрации от постукивания рукой по стеклу
В таблице ниже приведены особенности каждого из принципов.
GSM модуль
Используемый GSM-модуль должен обладать минимальными размерами и стоимостью и возможностью работы в нескольких частотных диапазонах (минимум 900/1800 МГц). Необходимые функции - прямые телефонные звонки с синтезом звуковых сообщений, возможность детектирования DTMF-команд, прием и отправка SMS. SIM-карту рекомендуется использовать типоразмера miniSIM.
Антенна
Для минимизации объема рекомендуется использование компактной керамической антенны для печатного монтажа.
Кнопка включения
Для включения устройства возможно использование тактовой кнопки или сдвижного переключателя.
Индикаторы
Для индикации режимов работы и подтверждения срабатывания сенсора оптимально использование сверхярких светодиодов нескольких цветов.
Контроллер питания
Контроллер питания обеспечивает формирование напряжений питания для микроконтроллера и GSM модуля и управление зарядом аккумулятора во всем интервале рабочих температур.
Аккумулятор
Аккумулятор должен быть достаточной емкости для обеспечения пикового тока GSM модуля (2А) при минимальной рабочей температуре окружающей среды (это может быть и -25 градусов по С). Он должен быть достаточно надежен для исключения самовозгорания при максимальных температурах летом под солнечными лучами. Минимальное время работы устройства в режиме ожидания не должно быть менее 12 часов при полностью заряженном аккумуляторе.
В качестве разъема зарядки рекомендуется использовать стандартный разъем microUSB - это обеспечит совместимость с зарядными устройствами распространенных смартфонов. Зарядка должна обеспечиваться в фоновом режиме и никак не влиять на работоспособность устройства, т.к. она может быть включена постоянно к прикуривателю автомобиля.
Корпус
Главные требования к корпусу - это эстетика конструкции и удобство крепления на поверхность стекла автомобиля, при минимизации себестоимости, размеров и массы конструкции. Для обеспечения надежного крепления к стеклу следует использовать присоску большого диаметра для обеспечения плотного контакта и удержания, без потери удобства съема. Оптимальным материалом для корпуса является один из видов литьевого пластика. Оптимальный метод изготовления корпуса - литье в прессформы. Оптимальная толщина стенок - не более 2 мм. Следует также отметить, что дизайн лицевой панели корпуса должен быть ярким и понятным по смыслу. Кроме того, требуется обеспечить удобство установки SIM-карты и подключения зарядного устройства.
Индикаторы
Светодиодные индикаторы на лицевую панель для отображения режимов работы следует выбирать как можно более яркими для обеспечения их видимости даже при солнечном освещении. Достаточно лишь оптической индикации. Звуковая индикация не эффективна.
Прочее
Следует предусмотреть скрытую кнопку сброса всех настроек, с помощью которого можно вернуть устройство к заводским настройкам и позволить задать новые номера владельца и остальные настройки.
Микроконтроллер
Главные из требований к микроконтроллеру - это малое энергопотребление в спящих режимах, напряжение питания не выше 3.3 В. Минимальная производительность 8 MIPS. Объем flash-памяти программ от 64 Mb, объем RAM от 8 кБ. Разрядность 8 или 32 бита. Крайне рекомендуется возможность размещения собственного загрузчика для обновления прошивок пользователем.
Память данных
Оптимально в качестве внешней памяти для хранения настроек и звуковых сообщений рекомендуется использовать последовательную flash-память с интерфейсом SPI. Объем 8 Мбит сейчас не является дорогостоящим и будет достаточен для хранения всех данных, в том числе и для удаленной загрузки и обновления прошивок, если таковая функция будет реализовываться.
GSM-модуль
Все производимые в настоящий момент чипы GSM-модулей обладают возможностями голосовой связи и функциями работы с SMS. Следует обратить внимание на наличие встроенного декодера DTMF-сигналов и возможность проигрывания звуковых файлов абоненту. Но в случае необходимости данные функции могут реализовываться силами управляющего микроконтроллера.
Прочее
Рекомендуется использовать компоненты и материалы, соответствующие директиве RoHS II.
Настройки устройства и их изменение
Настройки, которые необходимо предусмотреть:
- Номер владельца для уведомления (3 ячейки)
- Тип уведомления (звонком или SMS-сообщением, или обоими методами)
- Период повтора дозвона - при невозможности дозвониться с первого раза на каждый из номеров, какое время ожидать перед повторной попыткой.
- Счетчик попыток дозвона - сколько раз пытаться дозвониться при недоступности абонента.
- Фильтр повторных срабатываний - в течение какого времени игнорировать повторные срабатывания датчика.
Изменение настроек осуществляется прямым звонком на устройство с DTMF-управлением меню, либо с помощью отправки SMS определенных форматов. При прямом звонке на устройство в процессе вызова необходимо нажать кнопку сброса настроек, и произойдет переход в голосовое меню.
4. Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Схематичный рисунок салона автомобиля и размещение устройства на стекле с внутренней стороны.
Фиг. 2. Схематичное изображение устройства. На всех фигурах (Фиг. 1, Фиг. 2):
1 - устройство;
2 - сенсор касания или фотоэлемент;
3 - механизм крепления к стеклу;
5. Осуществление полезной модели
Полезная модель Устройство информирования автовладельца может быть применена на автомобилях различной конструкции.
В статичном состоянии устройство находится в режиме ожидания.
Приводится в действие за счет срабатывания сенсорного датчика или фотоэлемента устройства, в зависимости от выбранного типа оповещения:
- отправляет оповещение (в соответствии с заданными параметрами - звонок или sms-оповещение) на мобильный телефон владельца автомобиля. Владелец автомобиля получает на свой мобильный телефон звонок, не требующий ответа, либо sms-оповещение о необходимости подойти к месту парковки автомобиля;
- или устанавливает телефонную двустороннюю голосовую громкую связь. В устройстве доступна опция установления телефонной двусторонней голосовой громкой связи с помощью внешней гарнитуры (микрофон и динамик).
- или отправляет цифровое фото в сообщении на мобильный телефон автовладельца.
В соответствии с назначением, устройство наиболее востребовано на автомобилях, эксплуатация которых осуществляется в мегаполисах, когда возникает потребность найти владельца автомобиля.