專利名稱：在線車輛監(jiān)控預警器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在線車輛監(jiān)控預警器，即集監(jiān)控、預警、通信于一體的終端設備，可用于高等級公路和高速公路道路車輛管理，為駕駛員提供違章預警提醒、道路信息、以及求助服務，為道路管理提供道路上車輛違章情況，廣播道路信息，及監(jiān)控指定車輛，屬于高速公路管理技術領域。
背景技術：
目前市場上的道路運輸管理領域，定點監(jiān)控有視頻監(jiān)控即電子警察和微波監(jiān)控，全息監(jiān)測過往車輛或車速，但對于高速公路來說，成本關系不適合于全程監(jiān)控。信標定位監(jiān)控，通過分布式信標基站，無線讀取車載感應卡，做全程監(jiān)控。由于基站成本關系也只適合短途或城市道路。在長途道路監(jiān)控技術方面主要有汽車行車記錄儀即汽車黑匣子和GPS/GSM衛(wèi)星定位監(jiān)控系統(tǒng)，前者監(jiān)控效果很好，但需要長期專人監(jiān)管，目前國內(nèi)推廣效果不好；后者主要應用在調(diào)度和個性化信息服務方面，和交通違章管理不同，也不具備安裝靈活的特點。以上技術都是事后分析型，沒有預警功能，無助于直接提高行車安全。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是發(fā)明一種體積小巧、功能緊湊、功耗低且抗干擾性能強、適用于高速公路的在線車輛監(jiān)控預警器。
為實現(xiàn)以上目的，本實用新型的技術方案是提供一種在線車輛監(jiān)控預警器，其特征在于，由控制芯片、復位芯片、GSM模塊、GPS模塊、通訊電路、語音電路、指示燈電路和按鍵電路及相關軟件組成，控制芯片通過串口直接與GSM模塊連接，控制GSM模塊收發(fā)短信；控制芯片通過串口與GPS模塊連接，接收GPS模塊獲得定位信息；控制芯片通過串口與通訊電路連接；控制芯片通過SPI總線與語音電路連接，控制錄、放音；控制芯片通過I/O口控制指示燈電路和按鍵電路，實現(xiàn)人機交換功能；復位芯片與控制芯片連接，為控制芯片提供看門狗功能。
本實用新型為交管部門提供便捷有效的車輛管理方式，為行車駕駛員提供有效的事故風險回避機制，本實用新型采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收模塊即GPS接收模塊，用于定位和獲取車速；全球數(shù)字蜂窩移動通信模塊即GSM模塊，與監(jiān)控端建立無線聯(lián)系；主控芯片用于處理數(shù)據(jù)，判斷車輛狀態(tài)，語音電路，播放語音提示信息；紅外通信電路，讀寫終端數(shù)據(jù)。
GPS接收模塊通過GPS天線來接收衛(wèi)星信號，處理獲取時間、位置和速度信息，通過復用的零號串口向主控單元MCU模塊提供這些信息，從而確定當前的準確位置和車速，根據(jù)內(nèi)部的道路信息及特定的邏輯判斷車輛是正常、輕微違章或者嚴重違章行駛。主控芯片會在輕微違章的情況下通過語音電路提醒駕駛員注意行車安全，實現(xiàn)這部分預警功能；在嚴重違章的情況下通過一號串口用GSM模塊發(fā)送短消息到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可全面了解道路上的違章車輛情況。求助功能是通過按鍵向監(jiān)控中心提出請求，主控芯片會向監(jiān)控中心發(fā)送個人位置及求助信息。另一個預警功能是指監(jiān)控中心根據(jù)新近的道路信息，比如交通事故、道路整治、出現(xiàn)大霧等等臨時情況，可以用短消息通知各車輛上的預警器，當預警器接近指定路段時自動用揚聲器警告駕駛員減速行駛。
本實用新型的優(yōu)點是1.遠程監(jiān)控車輛違章狀態(tài)，根據(jù)車速提供預警和報警服務，提高行車安全，實時違章管理，加快事故處理；2.由監(jiān)控中心提供道路臨時信息，預警器將道路危險情況提醒駕駛員，提供預警服務；3.有緊急求助按鍵，使用戶在緊急情況下可以聯(lián)絡監(jiān)控中心；4.監(jiān)控中心可以命令指定車輛的返回位置等狀態(tài)信息，為追蹤車輛提供服務；5.可以通過紅外接口設置預警器參數(shù)，讀取違章記錄；6.配合交巡警調(diào)度系統(tǒng)，可以實現(xiàn)巡警快速調(diào)度，保證第一時間接警、出警；7.大大降低了道路巡邏時間，節(jié)約了交管部門的日常開支。
8.本實用新型對降低交通事故發(fā)生率，交通事故死亡率，提高行車安全，實現(xiàn)車輛追蹤，肇事車輛追查等方面都有現(xiàn)實意義；


圖1為在線車輛監(jiān)控預警器結構原理圖；圖2為在線車輛監(jiān)控預警器程序流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
實施例如圖1所示，為在線車輛監(jiān)控預警器結構原理圖，所述的線車輛監(jiān)控預警器由控制芯片U1、復位芯片U2、GSM模塊P2、天線T1、GPS模塊P3、天線T2、通訊通路、語音電路、指示燈電路P5、按鍵電路P6、電源P1、電源模塊U3、電源模塊U4及相關軟件組成，控制芯片U1通過串口直接與GSM模塊P2連接，控制GSM模塊P2收發(fā)短信；控制芯片U1通過串口與GPS模塊P3連接，接收GPS模塊P3獲得定位信息；控制芯片U1通過串口與通訊電路連接；控制芯片U1通過SPI總線與語音電路連接，控制錄、放音；控制芯片U1通過I/O口控制指示燈電路P5和按鍵電路P6，實現(xiàn)人機交換功能；復位芯片U2與控制芯片U1連接，為控制芯片U1提供看門狗功能。
其中電源P1直接向GSM模塊P2提供3.3V工作電壓，并通過電源模塊U3向控制芯片U1、復位芯片U2、指示燈電路P5、按鍵電路P6、紅外控制器U7、紅外收發(fā)器U8、語音芯片U9和功放電路U10提供3V工作電源，并通過電源模塊U4向GPS模塊提供3V工作電壓，電源模塊U4受控制芯片U1控制。
GSM模塊P2是由模擬蜂窩移動通信發(fā)展起來的，GSM模塊P2系統(tǒng)集中了現(xiàn)代信源編碼技術，信道編碼、交織、均衡技術，數(shù)字調(diào)制技術，語音編碼技術以及慢跳頻技術，同時在系統(tǒng)中引入了大量計算機控制和管理。
GSM模塊P2提供多種數(shù)據(jù)業(yè)務，只要無線傳輸允許，它基本上包括了提供給固定電話用戶PSTN和ISDN用戶，包含一些專用網(wǎng)，如分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)的絕大多數(shù)數(shù)據(jù)業(yè)務。同時，GSM還具有傳輸點對點短消息業(yè)務，并能區(qū)分接收短消息的“移動臺被呼點對點短消息業(yè)務”(SMS-MT/PP)和使GSM用戶能向另一個GSM用戶發(fā)短消息的“移動臺呼叫點對點短消息業(yè)務”(SMS-MO/PP)。以及另一種短消息業(yè)務“蜂房廣播短消息業(yè)務”(SMS-CB)，它能以固定時間間隔將一般的短消息向給定地理區(qū)域中所有用戶廣播。短消息業(yè)務適合于傳輸一百六十個字符以下的傳輸?shù)臉I(yè)務要求。它使用GSM的公共控制信道，通話期間也不影響短消息的傳輸。短消息業(yè)務的優(yōu)點傳輸速度快，單個數(shù)據(jù)傳輸價格便宜，不占用話音通訊信道。由于短消息業(yè)務的眾多優(yōu)點，和GPS系統(tǒng)每次所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都在40個字節(jié)以下，所以在通信方式上，GSM系統(tǒng)的短消息業(yè)務較適合個人監(jiān)控網(wǎng)絡的要求。
本實用新型采用進口的小巧及低功耗的GSM OEM模塊作為GSM模塊P2網(wǎng)的接入設備，GSM模塊P2的控制端口滿足GSM 07.07和GSM 07.05協(xié)議，主控單元通過串口與GSM模塊P2進行通訊，使用GSM模塊P2和監(jiān)控中心建立聯(lián)系。
GPS模塊P3，利用GPS定位，都是通過觀測GPS衛(wèi)星而獲得某種觀測量來實現(xiàn)的。這些觀測量包括*根據(jù)碼相位觀測得出的偽距；*根據(jù)載波相位觀測得出的偽距；*由積分多普勒計數(shù)得出的偽距差；*由干涉法測量得出的時間延遲；以碼相位觀測為例，所謂碼相位觀測，即測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號(C/A碼或P碼)到達用戶接收天線的傳播時間，因此這種觀測方法，也稱為時間延遲測量。為了測量碼信號的時間延遲，需要在用戶接收機內(nèi)復制測距碼信號，達到最大相關，即使其相應的碼元對齊。因此，所產(chǎn)生的相移量，便是衛(wèi)星發(fā)射的碼信號達到接收機天線的傳播時間，即時間延遲。在衛(wèi)星鐘與接收機時鐘完全同步并忽略大氣折射影響的情況下，所得到的時間延遲量乘以光速，便為所測衛(wèi)星的信號發(fā)射天線至用戶接收機天線之間的幾何距離，通常簡稱為所測衛(wèi)星至接收機之間的距離。
利用GPS模塊P3進行絕對定位的基本原理，是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間的距離或距離差為基礎，并根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標，來確定用戶接收機天線所在的點位，即觀測站的位置。
GPS模塊P3進行定位方法的實質(zhì)，即是測量學中的空間距離后方交會。因此，在一個觀測站上，原則上有三顆獨立的衛(wèi)星就夠了，此時觀測站位于分別以三顆衛(wèi)星為球心，相應距離為半徑的球與觀測站所在平面交線的交點。但是由于GPS采用了單程測距原理，同時衛(wèi)星鐘與接收機時鐘又難以保持嚴格同步，所以實際觀測的衛(wèi)星至接收機之間的距離，均含有衛(wèi)星鐘與接收機時鐘同步差的影響，故習慣上稱為偽距，關于衛(wèi)星鐘差，可以應用導航天文中所給出的有關鐘差參數(shù)加以修正，而接收機的鐘差，一般難以預先準確地確定。所以，通常把它作為一個未知參數(shù)，與觀測站的坐標在數(shù)據(jù)處理中一并求解。因此，在一個觀測站上，為了實時求解四個參數(shù)即3個點坐標參數(shù)和1個鐘差參數(shù)，便至少需要四個同步偽距觀測值，也就是說，至少必須同時觀測四顆衛(wèi)星。
當用戶接收設備安置在運動的載體上，并處于動態(tài)的情況下，確定載體瞬時絕對位置的定位方法，稱為動態(tài)絕對定位，動態(tài)絕對定位，一般只能得到很少或沒有多余觀測量的實時解。這種定位方法被廣泛應用于飛機、船舶以及陸地車輛等運動載體的導航。
為使本實用新型手持機小巧且低功耗，在具體實施例中，本實用新型利用進口的高精度、低功耗及體積小巧的GPS OEM模塊作為GPS模塊P3信息接收設備，輸出數(shù)據(jù)格式采用美國國家海洋電子協(xié)會制定的NMEA-0183通信標準格式。
其性能如下*使用差分GPS時，定位誤差小于5m*無差分GPS時，定位誤差小于100m(OFF SA)*無差分GPS時，定位誤差小于15m(ON SA)*速度測量誤差小于0.2m/s*體積小巧，有利于減少整機所占空間控制芯片U1即主控單元MCU在本實用新型中選用TI公司的MSP430系列16位單片機。主頻采用6MHZ，選用片內(nèi)帶60K*8 flash、2K*8的RAM，帶JTAG編程口、16路A/D，兩路USART，自帶溫度傳感器，功耗280uA的MSP430F149單片機，功能接口豐富，為以后的設備升級留下很大的余地。同時降低了系統(tǒng)的組成成本，大大的提高了該設備的性價比。
通訊電路由紅外控制器U7和紅外收發(fā)器U8組成，通過在38KHZ頻譜上調(diào)制和解調(diào)信號，它通過復用的零號串口與控制芯片U1相連，控制芯片U1分時掃描紅外電路串口，檢測到特定命令時控制芯片U1轉入紅外通信模式，按紅外協(xié)議交換數(shù)據(jù)。通信結束后控制芯片U1轉入零號串口復用狀態(tài)。
語音電路由語音芯片U9、功放電路U10、喇叭P4組成，控制芯片U1通過SPI總線與語音芯片U9連接，控制錄、放音；語音芯片U9連接功放電路U10驅動喇叭P4發(fā)聲，控制芯片U1根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)需要，判斷出有必要提醒駕駛員時，就向語音芯片發(fā)送指令，播放相應的語音信息，語音信號再送往揚聲器，這里的語音信號都是預先錄制好的。
按鍵電路P6與控制芯片U1的I/O口相連，控制芯片U1定時掃描，當按鍵按下時，控制芯片U1通過按鍵消抖處理，確認有效后通過GSM模塊P2發(fā)送求助信息。
指示燈電路P5用于顯示預警器運行狀態(tài)，電量情況。
將GSM模塊P2、GPS模塊P3集成在一個體積小巧的手持機殼體里，防干擾的問題就尤其重要，特別是在GSM模塊P2發(fā)送信息的時候，干擾很大，本實用新型對GSM模塊P2和GPS模塊P3加上屏蔽罩的方式實現(xiàn)對GPS模塊P3和GSM模塊P2的隔離。此外，在軟件設計上，對GSM、GPS、紅外、語音等通信模塊采用超時重發(fā)命令與超時重啟相結合，消除模塊死鎖現(xiàn)象，同時軟件系統(tǒng)結構上使用分時調(diào)度的任務結構，任務間使用消息通信，單個任務出錯不會影響其他任務的運行，這使系統(tǒng)健壯性大為增強，啟用了看門狗，在程序執(zhí)行被干擾時自動重啟系統(tǒng)。
采用了將GSM模塊P2天線T1內(nèi)置，而GPS P3提供天線T2外置的方式，接口處進行濾波的方法，使其可能產(chǎn)生的干擾進一步降低。
如圖2所示，為線車輛監(jiān)控預警器的工作流程圖。
在線車輛監(jiān)控預警器接上電源后，控制芯片U1逐一對GSM模塊P2、GPS模塊P3和語音芯片U9進行初始化，使其正常工作。
初始化工作結束后控制芯片U1開始下面的工作控制芯片U1通過紅外控制器U7和紅外接收器U8與監(jiān)控管理中心通訊，監(jiān)控管理中心事先預設好高速公路的相關信息，包括道路的經(jīng)度、緯度、最高限速、最低限速、道路狀況以及天氣狀況等信息，在高速公路的入口處控制芯片U1從監(jiān)控管理中心獲得預設的高速公路信息和汽車車牌號碼等信息，并保存在內(nèi)存中作為行駛過程中判斷車輛狀態(tài)的依據(jù)；在高速公路出口處控制芯片U1會將行駛過程中記錄的車輛違章信息上傳給監(jiān)控管理中心，以供監(jiān)控管理中心參考。
控制芯片U1通過GPS模塊P3可以獲得衛(wèi)星定位信息，這些信息包括時間、經(jīng)度和緯度、速度等信息，結合先前獲得相關道路信息判斷車輛的當前狀態(tài)并給予相應的語音提示。在正常行駛過程中，如果前方道路有變化，可能會導致危險發(fā)生的給予語音提示。比如前方出現(xiàn)連續(xù)的急彎，則提示駕駛員“前方連續(xù)急彎，謹慎駕駛”。若違章行駛立刻給予語音提示。比如超速時間超過規(guī)定時間，則提示“您已經(jīng)長時間超速行駛，請按規(guī)定駕駛！”。若違章后規(guī)定時間內(nèi)能未回到正常行駛狀態(tài)，則將違章信息通過GSM模塊P2以短信的方式發(fā)送給監(jiān)控管理中心。
控制芯片U1在行駛過程中通過GSM模塊P2與監(jiān)控管理中心實現(xiàn)信息交換。監(jiān)控管理中心可以通過短信方式將當前道路信息，即交通事故、道路障礙等發(fā)送給控制芯片U1，控制芯片U1接收到道路信息后給出語音提示。比如從監(jiān)控管理中心收到“交通事故”信息時，提示“前方發(fā)生交通事故，道路不暢，請您遵章駕駛，注意安全！”。控制芯片U1可以將違章信息實時發(fā)送給監(jiān)控管理中心。
控制芯片U1控制指示燈電路P5，指示在線車輛監(jiān)控預警器，包括電源模塊P1狀態(tài)、GSM模塊P2工作狀態(tài)、GPS模塊P3工作狀態(tài)、語音芯片U9工作狀態(tài)?？刂菩酒琔1定時掃描按鍵電路并進行去抖動處理，按鍵按下執(zhí)行相應功能。比如按求助鍵實現(xiàn)求助功能即以短信方式向監(jiān)控管理中心發(fā)送求助信息。
所有功能實現(xiàn)的流程為上電控制芯片U1、GSM模塊P2、GPS模塊P3、語音芯片U9分別初始化后，控制芯片U1等待信息。
若收到紅外通訊請求命令，則開始紅外通訊，通訊過程按協(xié)議規(guī)定進行。若是“寫入”命令則讀取監(jiān)控管理中心的預設信息并保存在內(nèi)存中；若是“讀取”命令則將保存的違章記錄全部發(fā)送給監(jiān)控管理中心。
若收到GPS模塊P3的衛(wèi)星定位信息，則進行信息解碼，提取所需的信息即經(jīng)度、緯度、速度和時間，再根據(jù)內(nèi)存中的道路信息判斷車輛狀態(tài)。若車輛速度在最高限速和最低限速之間則屬于正常行駛，此時若前方道路有變化，則給予語音提示。若車輛速度大于最高限速即違章行駛，則提示超速并保存信息，若車輛速度在規(guī)定時間內(nèi)仍然大于最高限速，則將違章信息發(fā)送到監(jiān)控管理中心并保存。若車輛速度低于最低限速即違章停車，則提示速度過低并保存，若按下求助鍵則發(fā)送求助信息到監(jiān)控中心。
若收到GSM模塊P2的短信信息，則進行信息解碼，判斷是何種信息并給出相應的語音提示。若車輛違章則通過GSM模塊P2向監(jiān)控管理中心發(fā)送違章信息。
定時掃描按鍵電路，判斷是否有按鍵按下，若有按鍵按下則發(fā)送相應信息到監(jiān)控管理中心。
本實用新型利用車輛終端設備GPS接收模塊接收GPS衛(wèi)星信號，經(jīng)過解算后得到車輛的動態(tài)位置和速度，比較內(nèi)設的道路情況，判斷車輛是否違章。
違章預警時通過語音提醒駕駛員安全行車。
違章情況由車輛終端的GSM模塊將帶有車輛位置和違章信息的短消息發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過GSM通訊模塊接收車輛終端發(fā)送來的帶有數(shù)據(jù)信息的短消息，經(jīng)解算后在監(jiān)控中心的電子地圖上顯示違章車輛的動態(tài)位置及行車路線。
監(jiān)控中心可利用GSM通訊網(wǎng)向車輛終端發(fā)送含有道路信息的短信，車輛上的終端設備收到含有道路信息的短信，選擇內(nèi)置的語音信息進行播放，以便提醒駕駛員前方道路情況。
監(jiān)控中心可利用GSM通訊網(wǎng)向車輛終端發(fā)送含有狀態(tài)請求命令的短信，車輛上的終端收到命令短信后，一次或連續(xù)返回含有車輛位置速度等信息的短消息。
權利要求1.一種在線車輛監(jiān)控預警器，其特征在于，由控制芯片(U1)、復位芯片(U2)、GSM模塊(P2)、天線(T1)、GPS模塊(P3)、天線(T2)、通訊電路、語音電路、指示燈電路(P5)和按鍵電路(P6)及相關軟件組成，控制芯片(U1)通過串口直接與GSM模塊(P2)連接，控制GSM模塊(P2)收發(fā)短信；控制芯片(U1)通過串口與GPS模塊(P3)連接，接收GPS模塊(P3)獲得定位信息；控制芯片(U1)通過串口與通訊電路連接；控制芯片(U1)通過SPI總線與語音電路連接，控制錄、放音；控制芯片(U1)通過I/O口控制指示燈電路(P5)和按鍵電路(P6)，實現(xiàn)人機交換功能；復位芯片(U2)與控制芯片(U1)連接，為控制芯片(U1)提供看門狗功能。
2.根據(jù)權利要求1所述的在線車輛監(jiān)控預警器，其特征在于，所述的控制芯片(U1)為MSP430系列16位單片機。
3.根據(jù)權利要求1所述的在線車輛監(jiān)控預警器，其特征在于，所述的GSM模塊(P2)為GSM OEM模塊。
4.根據(jù)權利要求1所述的在線車輛監(jiān)控預警器，其特征在于，所述的GPS接收模塊(P3)為GPS OEM模塊。
5.根據(jù)權利要求1所述的在線車輛監(jiān)控預警器，其特征在于，所述的通訊電路由紅外控制器(U7)和紅外收發(fā)器(U8)組成，通過在38KHZ頻譜上調(diào)制和解調(diào)信號，它通過復用的零號串口與控制芯片(U1)相連。
6.根據(jù)權利要求1所述的在線車輛監(jiān)控預警器，其特征在于，所述的語音電路語音芯片(U9)、功放電路(U10)、喇叭(P4)組成，控制芯片(U1)通過SPI總線與語音芯片(U9)連接，控制錄、放音；語音芯片(U9)連接功放電路(U10)驅動喇叭(P4)發(fā)聲。
專利摘要本實用新型涉及一種在線車輛監(jiān)控預警器，可用于高速公路道路車輛管理，為駕駛員提供違章預警提醒，道路信息，以及求助服務，其特征在于，由控制芯片、復位芯片、GSM模塊、GPS模塊、通訊通電路、語音電路、指示燈電路和按鍵電路及相關軟件組成，控制芯片通過串口直接與GSM模塊連接，控制GSM模塊收發(fā)短信；控制芯片通過串口與GPS模塊連接，接收GPS模塊獲得定位信息；控制芯片通過串口與通訊電路連接；控制芯片通過SPI總線與語音電路連接，控制錄、放音；控制芯片通過I/O口控制指示燈電路和按鍵電路，實現(xiàn)人機交換功能；復位芯片與控制芯片連接，為控制芯片提供看門狗功能。本實用新型的優(yōu)點是體積小巧、功能緊湊、功耗低且抗干擾性能強。
文檔編號G08G1/00GK2743919SQ200420090860
公開日2005年11月30日 申請日期2004年10月11日 優(yōu)先權日2004年10月11日
發(fā)明者魏靚, 席八一, 魏學勇, 丁衛(wèi)成, 馬洪斌, 孫仲海, 雷斌, 王東天, 陳斌 申請人:上海三吉電子工程有限公司