Бортовой контроллер для систем спутникового мониторинга автотранспортных средств
Полезная модель относится к средствам мониторинга состояния и местоположения транспортных средств, преимущественно автомобильного транспорта, и может быть использована в составе телематической системы в качестве абонентского оборудования, устанавливаемого на транспортное средство.
Задачей полезной модели является создание устройства, обеспечивающего полноту и эффективность удаленного мониторинга местоположения и состояния транспортного средства, в том числе при длительной автономной работе.
Задача решается тем, что бортовой контроллер для систем спутникового мониторинга автотранспортных средств, содержащий микроконтроллер, навигационный приемник, к которому подключена навигационная антенна, терминал беспроводной связи, к которому подключена антенна приемопередатчика, блок энергонезависимой памяти, связанный общей шиной с микроконтроллером, и блок электропитания, согласно техническому решению дополнительно содержит акселерометр и часы реального времени, которые связаны общей шиной с микроконтроллером, блоки управления аналоговыми и дискретными входами, связанные выходами с входами микроконтроллера, а также блок управления дискретными выходами, вход которого связан с выходом микроконтроллера, при этом навигационный приемник и преобразователи уровня подключены к мультиплексору, который связан с микроконтроллером, а блок электропитания содержит блок управления питанием, один из выходов которого связан с входным стабилизатором напряжения, другой вход которого связан с внешним источником питания, а выход шиной внешнего питания связан с входами блока заряда аккумулятора и коммутатора питания, другой вход которого связан с выходом аккумулятора резервного питания, вход которого связан с выходом блока заряда аккумулятора, выход коммутатора питания шиной внутреннего питания связан с входами стабилизаторов питания микроконтроллера, терминала беспроводной связи, внешних устройств и приемника, при этом выход стабилизатора питания приемника связан с входом навигационного приемника, выход стабилизатора питания терминала связан с первым входом терминала беспроводной связи, подключенного к микроконтроллеру, а второй и третий входы терминала беспроводной связи связаны с выходами первой и второй SIM-карт, при этом входы блока управления питанием связаны с выходами часов реального времени и микроконтроллера, один из входов которого связан с выходом стабилизатора питания микроконтроллера, а выходы блока управления питанием связаны с входами стабилизатора питания микроконтроллера, стабилизатора питания терминала, стабилизатора питания внешних устройств и стабилизатора питания приемника, при этом один из преобразователей уровня связан с интерфейсом RS-232, а другой преобразователь уровня связан с интерфейсом RS-485. 1 н.п. ф-лы, 1 ил.
Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение относится к средствам мониторинга состояния и местоположения транспортных средств, преимущественно автомобильного транспорта, и может быть использовано в составе телематической системы в качестве абонентского оборудования, устанавливаемого на транспортное средство.
Известно техническое решение по патенту РФ 
39963 МПК G08B 25/08, приоритет от 13 мая 2004 года, публикация 20 августа 2004 года на полезную модель: "Многофункциональное терминальное устройство телематической системы".
Известное устройство содержит микроконтроллер, связанный с навигационным приемником, к которому подключена первая антенна, приемопередатчиком, к которому подключена вторая антенна. Микроконтроллер связан также с узлом аудиоинтерфейса и узлом ввода-вывода. Кроме того, известное устройство содержит узлы интерфейса CAN, интерфейса внешнего приемопередатчика и энергонезависимой памяти, связанные с микроконтроллером. В известном устройстве имеется также узел беспроводного интерфейса Bluetooth, к которому подключена третья антенна, связанный с микроконтроллером.
Известное устройство не обеспечивает качественный мониторинг местоположения транспортного средства, так как в нем отсутствует возможность определения факта стоянки.
Кроме того, известное устройство не обеспечивает длительную автономную работу при отсутствии внешнего источника питания, так как в нем не предусмотрено программное отключение отдельных блоков с целью снижения электропотребления.
Наиболее близким аналогом к заявляемому в качестве полезной модели техническому решению является патент Российской Федерации 65658, МПК G01S 5/12, G08B 25/08 приоритет от 3 апреля 2007 года, публикация 10 августа 2007 года на полезную модель: "Телематический модуль системы мониторинга транспортных средств".
Телематический модуль системы мониторинга транспортных средств, включает микроконтроллер, соединенный с навигационным приемником и терминалом беспроводной связи, к которым подключены навигационная антенна и антенна приемопередатчика, блоками интерфейсов передачи данных и блоком энергонезависимой памяти, а также сопряжен с исполнительными устройствами транспортного средства и дискретными и аналоговыми бортовыми датчиками параметров транспортного средства, а также содержит блок электропитания. К навигационному приемнику и терминалу беспроводной связи подключены навигационная антенна и антенна приемопередатчика. Микроконтроллер телематического модуля соединен с навигационным приемником, приемопередатчиком, исполнительными устройствами и дискретными и аналоговыми датчиками через самостоятельные узлы сопряжения. Навигационный приемник является либо приемником глобальной навигационной спутниковой системы GPS, либо совмещенным ГЛОНАСС/GPS приемником. Блоки интерфейсов включают, интерфейсы передачи данных на внешние устройства, в том числе на ПЭВМ транспортного средства.
Известное устройство не обеспечивает автономной работы при отсутствии внешнего электропитания в случае отключения штатного аккумулятора или повреждения кабелей, что снижает качество мониторинга местоположения автотранспортного средства.
Следует также отметить, что в известном устройстве отсутствуют технические средства, позволяющие точно определять координаты автотранспортного средства во время стоянки, в особенности в зонах слабого приема сигнала навигационных спутников, а также автоматически определять факт аварии и оценивать степень ее тяжести.
Таким образом, известное устройство не обеспечивает полноту и эффективность удаленного мониторинга местоположения и состояния транспортного средства,
Задачей заявляемого в качестве полезной модели технического решения является создание устройства, обеспечивающего полноту и эффективность удаленного мониторинга местоположения и состояния транспортного средства, в том числе при длительной автономной работе.
Технический результат полезной модели заключается в снижении риска возникновения и развития нештатных ситуаций в движении автотранспортного средства за счет обеспечения полноты и эффективности удаленного мониторинга местоположения и состояния транспортного средства.
Согласно полезной модели бортовой контроллер для систем спутникового мониторинга автотранспортных средств, содержащий микроконтроллер, навигационный приемник, к которому подключена навигационная антенна, терминал беспроводной связи, к которому подключена антенна приемопередатчика, блок энергонезависимой памяти, подключенный общей шиной к микроконтроллеру, и блок электропитания, дополнительно содержит акселерометр и часы реального времени, которые связаны общей шиной с микроконтроллером, блоки управления аналоговыми и дискретными входами, связанные выходами с входами микроконтроллера, а также блок управления дискретными выходами, вход которого связан с выходом микроконтроллера, при этом навигационный приемник, преобразователь уровня сигнала RS-232 и преобразователь уровня сигнала RS-485. подключены к мультиплексору, который связан с микроконтроллером, а блок электропитания содержит блок управления питанием, один из выходов которого связан с входным стабилизатором напряжения, другой вход которого связан с внешним источником питания, а выход шиной внешнего питания связан с входами блока заряда аккумулятора и коммутатора питания, другой вход которого связан с выходом аккумулятора резервного питания, вход которого связан с выходом блока заряда аккумулятора, выход коммутатора питания шиной внутреннего питания связан с входами стабилизаторов питания микроконтроллера, терминала беспроводной связи, внешних устройств и приемника, при этом выход стабилизатора питания приемника связан с входом навигационного приемника, выход стабилизатора питания терминала связан с первым входом терминала беспроводной связи, подключенного к микроконтроллеру, а второй и третий входы терминала беспроводной связи связаны с выходами первой и второй SIM-карт, при этом входы блока управления питанием связаны с выходами часов реального времени и микроконтроллера, один из входов которого связан с выходом стабилизатора питания микроконтроллера, а выходы блока управления питанием связаны с входами стабилизатора питания микроконтроллера, стабилизатора питания терминала, стабилизатора питания внешних устройств и стабилизатора питания приемника, при этом один из преобразователей уровня связан с интерфейсом RS-232, а другой преобразователь уровня связан с интерфейсом RS-485.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема бортового контроллера для систем спутникового мониторинга автотранспортных средств.
В соответствии с прилагаемым чертежом бортовой контроллер для систем спутникового мониторинга автотранспортных средств содержит микроконтроллер 1, навигационный приемник 2, к которому подключена навигационная антенна 3, терминал беспроводной связи 4, к которому подключена антенна 5 приемопередатчика. Блок энергонезависимой памяти 6, акселерометр 10 и часы реального времени 11 связаны общей шиной с микроконтроллером 1. Бортовой контроллер содержит блоки управления аналоговыми 12 и дискретными 13 входами, соединенные выходами с входами микроконтроллера 1, причем блок управления дискретными выходами 14, подключен входом к выходу микроконтроллера 1. Навигационный приемник 2, преобразователь 7 уровня сигнала RS-232 и преобразователь 8 уровня сигнала RS-485 подключены к мультиплексору 15, который связан с микроконтроллером 1. Блок электропитания 9 содержит блок управления питанием 17, один из выходов которого подключен к входному стабилизатору напряжения 16, другой вход которого связан с внешним источником питания, а выход шиной внешнего питания связан с входами блока заряда аккумулятора 18 и коммутатора питания 24. Другой вход коммутатора питания 24 связан с выходом аккумулятора резервного питания 23, вход которого связан с выходом блока заряда аккумулятора 18. Выход коммутатора питания 24 шиной внутреннего питания связан с входами стабилизаторов питания микроконтроллера 19, терминала беспроводной связи 20, внешних устройств 21 и приемника 22. Выход стабилизатора питания приемника 22 связан с входом навигационного приемника 2, выход стабилизатора питания терминала 20 связан с первым входом терминала беспроводной связи 4, подключенного к микроконтроллеру 1, а второй и третий входы терминала беспроводной связи 4 связаны с выходами первой 25 и второй 26 SIM-карт. Блок управления питанием 17 входами связан с выходами часов реального времени 11 и микроконтроллера 1, один из входов микроконтроллера 1 подключен к выходу стабилизатора питания микроконтроллера 19, а выходы блока управления питанием 17 связаны с входами стабилизаторов питания микроконтроллера 19, терминала беспроводной связи 20, внешних устройств 21 и приемника 22, при этом один из преобразователей 7 уровня сигнала связан с интерфейсом RS-232, а другой преобразователь 8 уровня сигнала связан с интерфейсом RS-485.
Микроконтроллер 1 анализирует состояние входов блоков управления аналоговыми 12 и цифровыми 13 входами и при их изменении передает сообщение на телематический сервер, а также управляет дискретными выходами 14, по команде, полученной от телематического сервера. Кроме того, микроконтроллер 1 обеспечивает обмен данными с внешними устройствами. подключенными к преобразователям уровня сигнала 7 и 8. Микроконтроллер 1 обеспечивает прием данных от навигационного приемника 2, их обработку и передачу на телематический сервер, а также обеспечивает управление терминалом беспроводной связи 4 при регистрации в сети сотовой связи и при установке связи с телематическим сервером, осуществляет обмен данными с телематическим сервером по соответствующему протоколу. Микроконтроллер 1 обеспечивает управление часами реального времени 11, принимает данные от акселерометра 10, осуществляет чтение и запись данных в энергонезависимую память 6 и обеспечивает управление блоком питания 9, выдавая управляющий сигнал на включение и выключение входного стабилизатора напряжения 16, стабилизаторов питания микроконтроллера 19, терминала 20, внешних устройств 21 и приемника 22.
Навигационный приемник 2 обеспечивает прием сигналов навигационных спутников от антенны 3 и определение географических координат.
Терминал беспроводной связи 4 обеспечивает связь с телематическим сервером по сотовым сетям GSM, к нему может быть подключены две SIM карты 25, 26, что сокращает затраты на GSM трафик в роуминге, а также повышает надежность связи, так как могут быть установлены SIM карты разных операторов.
Энергонезависимая память 6 предназначена для хранения встроенного программного обеспечения, а также для промежуточного хранения информации при отсутствии связи с телематическим сервером.
Акселерометр 10 предназначен для измерения ускорения транспортного средства раздельно по трем осям. В качестве датчика движения он обеспечивает устранение погрешности навигационного приемника 2 при стоянке автомобиля. Кроме того, акселерометр 10 осуществляет сбор информации для оценки манеры управления автомобилем (интенсивность разгона и торможения, боковое ускорение). Акселерометр 10 также позволяет автоматически определять факт аварии и оценивать степень ее тяжести.
Часы реального времени 11 обеспечивают отсчет времени, в том числе при отсутствии питания, так как имеют собственный источник питания, а также обеспечивают "спящий режим", в котором полностью отключается питание всех узлов контроллера, за исключением самих часов реального времени. По истечении заданного периода часы реального времени осуществляют включение питания микроконтроллера 1 и обеспечивают выход из "спящего режима". Спящий режим позволяет предотвратить глубокий разряд штатного аккумулятора и аккумулятора резервного питания 23 при длительных стоянках, а также при хранении бортового контроллера.
Мультиплексор 15 обеспечивает поочередный обмен данными между микроконтроллером 1 и навигационным приемником 2, преобразователем 7 уровня сигнала RS-232 и преобразователем 8 уровня сигнала RS-485
Блок управления питанием 17 с отдельными стабилизаторами напряжения для микроконтроллера 19, навигационного приемника 22, терминала беспроводной связи 20 позволяет программно отключать отдельные модули для оптимизации энергопотребления. Например, навигационный приемник отключается при длительных стоянках автомобиля, а терминал беспроводной связи-при отсутствии данных, которые необходимо передавать на телематический сервер.
Стабилизатор питания внешних устройств 21, например, датчиков уровня топлива, подключенный к аккумулятору резервного питания 23 при отключенном штатном аккумуляторе автомобиля, позволяет контролировать уровень топлива и определение несанкционированных сливов не только во время движения автомобиля, но и во время стоянки автомобиля.
Аккумулятор резервного питания 23 обеспечивает автономную работу всех узлов бортового контроллера, а также подключенных к нему внешних датчиков.
Коммутатор питания 24 обеспечивает автоматическую подачу питания от аккумулятора резервного питания 23 к внутренней шине питания при снижении входного напряжения ниже критического порога.
Заявляемая полезная модель в отличие от ближайшего аналога обеспечивает автономную работу всех узлов бортового контроллера при отсутствии внешнего электропитания благодаря наличию встроенного аккумулятора резервного питания. Кроме того, наличие аккумулятора резервного питания, а также блока управления питанием с отдельными стабилизаторами питания микроконтроллера, терминала беспроводной связи, навигационного приемника и внешних устройств позволяет увеличить продолжительность автономной работы за счет программного отключения питания отдельных узлов, что также позволяет обеспечить полноту и эффективность удаленного мониторинга местоположения и состояния транспортного средства, в том числе при длительной автономной работе.
Заявляемая полезная модель в отличие от ближайшего аналога содержит часы реального времени, которые позволяют организовать спящий режим, в котором полностью отключается питание всех узлов бортового контроллера, за исключением самих часов. Спящий режим позволяет предотвратить глубокий разряд штатного аккумулятора и аккумулятора резервного питания при длительных стоянках, что также обеспечивает непрерывность и полноту удаленного мониторинга местоположения и состояния транспортного средства
Заявляемая полезная модель в отличие от ближайшего аналога позволяет точно определять координаты автотранспортного средства, так как содержит встроенный акселерометр, обеспечивающий измерение ускорения транспортного средства раздельно по трем осям. Реализованный алгоритм обработки ускорений позволяет различать движение и стоянку автотранспортного средства и не учитывать изменения координат во время стоянки, что также обеспечивает непрерывность и полноту удаленного мониторинга местоположения и состояния транспортного средства
Полезная модель выполнена на основе модульной конструкции. Основные функциональные узлы бортового контроллера (терминал беспроводной связи 4, навигационный приемник 2) выполнены в виде легкосъемных плат, расположенных на основной плате, что позволяет использовать навигационные приемники ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS. Также расширяется возможность использования терминалов беспроводной связи (GSM/GPRS, 3G или Wi-Fi). Модульная конструкция позволяет использовать новые модули с улучшенными характеристиками по мере появления их на рынке. Кроме того, использование модульной конструкции упрощает диагностику и ремонт бортового контроллера путем замены отдельных неисправных плат на заведомо исправные платы.
Бортовой контроллер для систем спутникового мониторинга автотранспортных средств, содержащий микроконтроллер, навигационный приемник, к которому подключена навигационная антенна, терминал беспроводной связи, к которому подключена антенна приемопередатчика, блок энергонезависимой памяти, связанный общей шиной с микроконтроллером, и блок электропитания, отличающийся тем, что дополнительно содержит акселерометр и часы реального времени, которые связаны общей шиной с микроконтроллером, блоки управления аналоговыми и дискретными входами, связанные выходами с входами микроконтроллера, а также содержит блок управления дискретными выходами, вход которого связан с выходом микроконтроллера, при этом навигационный приемник, преобразователь уровня сигнала RS-232, преобразователь уровня сигнала RS-485 подключены к мультиплексору, который связан с микроконтроллером, а блок электропитания содержит блок управления питанием, один из выходов которого связан с входным стабилизатором напряжения, другой вход входного стабилизатора напряжения связан с внешним источником питания, а выход шиной внешнего питания связан с входами блока заряда аккумулятора и коммутатора питания, другой вход которого связан с выходом аккумулятора резервного питания, вход которого связан с выходом блока заряда аккумулятора, выход коммутатора питания шиной внутреннего питания связан с входами стабилизаторов питания микроконтроллера, терминала, внешних устройств и приемника, при этом выход стабилизатора питания приемника связан с входом навигационного приемника, выход стабилизатора питания терминала связан с первым входом терминала беспроводной связи, подключенного к микроконтроллеру, а второй и третий входы терминала беспроводной связи связаны с выходами первой и второй SIM-карт, при этом входы блока управления питанием связаны с выходами часов реального времени и микроконтроллера, один из входов которого связан с выходом стабилизатора питания микроконтроллера, а выходы блока управления питанием связаны с входами стабилизатора питания микроконтроллера, стабилизатора питания терминала, стабилизатора питания внешних устройств и стабилизатора питания приемника, при этом один из преобразователей уровня сигнала связан с интерфейсом RS-232, а другой преобразователь уровня сигнала связан с интерфейсом RS-485.
