專利名稱：特種車信息化系統(tǒng)車載終端測控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種車輛狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，特別是一種可對車輛狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控 并能信息交互的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)動車輛的普及，很多領(lǐng)域都對車輛的控制系統(tǒng)提出了新的要求，目前很多 車輛上只是安裝了衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以實(shí)時監(jiān)控車輛的位置，方便車輛的管理。但是這種單 一的定位系統(tǒng)不能滿足特種車的信息需求，不能提供詳細(xì)的車輛實(shí)時信息，也不能實(shí)現(xiàn)信 息的交互。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述存在的不足，提供一種可以對車輛狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時 監(jiān)控并能信息交互的系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，特種車信息化系統(tǒng)車載終端測 控系統(tǒng)，它包括有一測控終端包含有電源、主CPU、和主CPU四個異步串口通信模塊相連 接的GPS模塊、GPS DTU模塊、胎壓監(jiān)測模塊(TPMS)、駕駛室顯示單元無線通信模塊；連接 于主CPU的存儲器、加速度傳感器(AD)；—測控系統(tǒng)CAN總線(CAN-BUS)；連接主CPU的 CAN和外設(shè)檢測設(shè)備；所述的外設(shè)檢測設(shè)備有應(yīng)變測量設(shè)備、氣囊壓力檢測設(shè)備、液位檢測 設(shè)備和自檢設(shè)備；所述的外設(shè)檢測設(shè)備還包括有箱門狀態(tài)檢測開關(guān)連接到CPU的IO端口 上；一測控單元；設(shè)置于測控終端的控制面板上；包括有輸入密碼的鍵盤、顯示測量數(shù)值的 顯示器和指示燈；所述的鍵盤連接到CPU的IO端口上。所述的主CPU還設(shè)置有USB接口。所述的存儲器為SD卡存儲器或FLASH存儲器。所述的控制面板上還設(shè)置有控制終端電源、視頻電源和顯示器背光電源的開關(guān)。所述的箱門狀態(tài)檢測開關(guān)可以采用觸點(diǎn)式位置開關(guān)。所述的電源包括有汽車電瓶電源和自供電電瓶電源。本實(shí)用新型具有GPS車輛實(shí)時位置、速度測量功能(GPS完成)；三軸加速度測量 功能(加速度計)；具有實(shí)時9個汽車胎壓、溫度檢測功能(靠胎壓胎溫監(jiān)測單元完成)；具 有6個氣囊壓力檢測功能；具有油罐靜止液位檢測功能；具有車輛主體健康狀況(16路型 變)檢測功能；具有泄油口箱門、油閥控制箱、儀表箱、工具箱門開關(guān)狀態(tài)檢測功能；具有實(shí) 時視頻監(jiān)視功能。能夠控制視頻系統(tǒng)加電和斷電；能夠控制測控系統(tǒng)加電和斷電。實(shí)時記錄 所有檢測到的數(shù)據(jù)；實(shí)時記錄中心發(fā)來的指令和調(diào)度信息。實(shí)時記錄操作面板的指令；實(shí) 時記錄自檢單元下達(dá)的命令。能夠?qū)崟r和適時地以串口和CAN的方式向駕駛室內(nèi)的顯示單 元進(jìn)行信息傳輸；能夠?qū)崟r和適時地CAN的方式向操控面板上的顯示單元進(jìn)行信息傳輸； 能夠?qū)崟r的接收測控單元面板上發(fā)來的指令；能夠?qū)?路視頻信息通過有線或無線的方式 傳遞給導(dǎo)航系統(tǒng)(由硬盤錄像機(jī)自行完成)；能夠與指揮中心保持良好的信息交互(GPRS方式，TCP/IP)。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型所述的GPS模塊電路示意圖。圖3是本實(shí)用新型所述的加速度傳感器電路示意圖。圖4是本實(shí)用新型所述的SD卡存儲器電路示意圖。圖5是本實(shí)用新型所述的FLASH存儲器控制方式示意圖。圖6是本實(shí)用新型所述的FLASH存儲器電路示意圖。圖7是本實(shí)用新型所述的異步串口通信模塊電路示意圖。圖8是本實(shí)用新型所述的測控系統(tǒng)CAN總線原理圖。圖9是本實(shí)用新型所述的CTM8251T芯片結(jié)構(gòu)圖。圖10是本實(shí)用新型所述的USB接口電路圖。圖11是本實(shí)用新型所述的二極管結(jié)構(gòu)圖。圖12是本實(shí)用新型所述的鍵盤接口電路原理圖。圖13是本實(shí)用新型所述的箱門狀態(tài)檢測開關(guān)隔離接口的原理圖。圖14是本實(shí)用新型所述的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖15是本實(shí)用新型所述的電池充電示意圖。圖16是本實(shí)用新型所述的充電控制電路原理圖。圖17是本實(shí)用新型所述的視頻系統(tǒng)供電和控制電路圖。圖18是本實(shí)用新型所述的CAN總線電路圖。圖19是本實(shí)用新型所述的數(shù)字電路的工作電源電路圖。圖20是本實(shí)用新型所述的數(shù)字電路的工作電源正常工作示意圖。圖21是本實(shí)用新型所述的自動斷電控制的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做詳細(xì)的介紹如圖1所示特種車信息化系統(tǒng)車 載終端測控系統(tǒng)，它包括有一測控終端5 包含有電源9、主CPUlOjni CPUlO四個異步串口通信模塊相連接 的GPS模塊、GPS DTU模塊、胎壓監(jiān)測模塊(TPMS)、駕駛室顯示單元無線通信模塊；連接于主 CPU的存儲器、加速度傳感器(AD)；一測控系統(tǒng)CAN總線(CAN—BUS)；連接主CPUlO的CAN和外設(shè)檢測設(shè)備；所述的外 設(shè)檢測設(shè)備有應(yīng)變測量設(shè)備1、氣囊壓力檢測設(shè)備2、液位檢測設(shè)備3、駕駛室顯示模塊4和 自檢設(shè)備6 ；所述的外設(shè)檢測設(shè)備還包括有箱門狀態(tài)檢測開關(guān)6連接到CPU的IO端口上；一測控單元；設(shè)置于測控終端的控制面板上；包括有輸入密碼的鍵盤7、顯示測量 數(shù)值的顯示器和指示燈8 ；所述的鍵盤連接到CPU的IO端口上。如圖2所述的GPS模塊選用uBlox的NE0-5M模塊，其主要技術(shù)指標(biāo)如下位置測 量精度< 2. 5m ；速度測量精度0. lm/s ；冷啟動時間29s ；數(shù)據(jù)接口 3. 3VTTL電平異步串 口，波特率9600或4800 ；供電要求電壓2. 7 3. 6V, 150mA ；工作溫度_40 85°C。[0037]所述的GPRS DTU選用GF-2008AN1模塊，其主要技術(shù)指標(biāo)如下數(shù)據(jù)接口 3. 3VTTL 電平異步串口，波特率可設(shè)；供電要求電壓5 MV，推薦9V，1A ；工作溫度-20 55°C ； 所述的胎壓監(jiān)測模塊(TPMS)與測控終端內(nèi)部的接收模塊主要接口參數(shù)如下數(shù)據(jù)接口 3. 3VTTL電平異步串口，波特率9600 ；供電要求電壓2. 7 3. 6V, 150mA ；如圖3所示的 加速度傳感器選用AD公司的三軸加速度傳感器ADXL325，AD公司的三軸加速度傳感器 ADXL325量程為士5g，供電范圍1.8V 3. 6V，在終端中使用終端CPU的工作電源供電，其輸 出電壓經(jīng)CPU內(nèi)部的10位AD采集后，換算為三個方向的加速度值。加速度傳感器的電路原理圖如下公式。按照圖3中的電路參數(shù)，信號頻率為10Hz， 通過改變C2 C4的值可以對該頻率進(jìn)行調(diào)整，按照圖中參數(shù)，計算公式和結(jié)果為F_3jb = 1/(2 π (32k Ω ) X C(XYZ))^ IOHzAD通道0:Z向加速度；AD通道1 :Y向加速度；AD通道2 =X向加速度；AD通道3 基準(zhǔn)電壓采集。由于LPC2368使用電源電壓作為AD轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)，而電源電壓的精度一般不高， 對測量值影響比較大，使用外接基準(zhǔn)又會影響測量范圍，于是將外一個外部基準(zhǔn)電壓連接 到AD轉(zhuǎn)換器的一個通道上，通過將該通道的采樣值折算到基準(zhǔn)電壓來確定系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換 系數(shù)，以提高測量的準(zhǔn)確度。所述的駕駛室顯示單元無線通信模塊是測控與駕駛室通信CAN的備份，主要接口 參數(shù)如下波段UHF2 ；供電要求電壓9 12V，功率IOOmff ；數(shù)據(jù)接口 RS232電平異步 串口，波特率9600 ；所述的存儲器為SD卡存儲器或FLASH存儲器，SD卡存儲器接口電路如 圖4所示的，不會由于數(shù)據(jù)下載耽誤時間，F(xiàn)LASH存儲器接口電路如圖5-6所示，在電路板 上焊接，安裝可靠。所述的控制面板上還設(shè)置有控制終端電源、視頻電源和顯示器背光電源 的開關(guān)。測控終端與四個模塊的通信采用異步串口方式，這4個模塊分別是GPRSDTU，GPS、 TPMS和駕駛室顯示單元無線通信模塊。根據(jù)接口電平要求，接口電路如圖7所示。串口 0 連接駕駛室顯示單元無線通信模塊，RS232電平；串 口 1 連接 GPRSDTU，TTL 電平；串口 2 連接GPS接收機(jī)。該信號還要通過電平轉(zhuǎn)換后輸出給硬盤錄像機(jī)；串口 3 連接胎壓測試設(shè)備，TTL電平。一測控系統(tǒng)CAN總線(CAN—BUS)；連接主CPU的CAN和外設(shè)檢測設(shè)備；所述的外 設(shè)檢測設(shè)備有應(yīng)變測量設(shè)備、氣囊壓力檢測設(shè)備、液位檢測設(shè)備和自檢設(shè)備；所述的外設(shè)檢 測設(shè)備還包括有箱門狀態(tài)檢測開關(guān)連接到CPU的IO端口上；所述的CAN總線設(shè)備共18個， 終端使用芯片的CANl接口與總線通信。接口原理圖如8所示。接口電平轉(zhuǎn)換芯片采用CTM8251T，它是帶隔離和總線防過壓功能的CAN收發(fā)器， 速率可以達(dá)到IMbit/s，并且至少可以連接110個節(jié)點(diǎn)。該芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9所示雖然 外形較大，但可以同時實(shí)現(xiàn)總線的隔離和浪涌保護(hù)。所述的主CPU在測控終端中使用的CPU其特點(diǎn)是接口很多，數(shù)據(jù)運(yùn)算量不大，對數(shù)5據(jù)處理的速度和實(shí)時性要求不很高，因此選擇通用性強(qiáng)，接口豐富的ARM系列作為主CPU很 合適。選用恩智浦的ARM7系列芯片LPC2378為測控終端的主CPU芯片。主頻可達(dá)72MHz ； 內(nèi)部存儲器512KBFlash，58KBSRAM ；2個CAN控制器接口 一個用于測控系統(tǒng)總線，一個作 為普通IO ；4個UART接口 分別連接GPRSDTU，TPMS, GPS、駕駛室顯示單元無線數(shù)據(jù)接口 ； 一個USB 口 可用于數(shù)據(jù)下載等操作；一個網(wǎng)口 可實(shí)現(xiàn)終端與其它設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信；一個 SD/MMC控制器可操作SD卡，用于數(shù)據(jù)存儲；8路AD 其中3路用于加速度信號采集，5路 可作通用IO使用；通用IO 有多達(dá)104個通用IO管腳，即使去掉上述復(fù)用管腳，也足夠本 系統(tǒng)使用。測控系統(tǒng)中還有一些設(shè)備從功能上是獨(dú)立的，但從安裝或信號電纜的連接上可能 要經(jīng)過測控終端。所述設(shè)備包括硬盤錄像機(jī)，硬盤錄像機(jī)功能相對獨(dú)立，信息與測控系統(tǒng)的 其他部分沒有交互關(guān)系，測控系統(tǒng)對視頻系統(tǒng)只有通、斷電控制。所述設(shè)備還包括圖像發(fā)射 單元其波段S ；供電要求電壓9 12V，功率lOOmW。所述的主CPU還設(shè)置有USB接口。USB接口是終端預(yù)留的數(shù)據(jù)下載接口，雖然SD 卡可以更換，如果不更換也可以直接使用終端的USB 口將存儲的數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)。USB 口 接口電路如圖10所示。考慮到終端工作的電流較大，不使用主機(jī)的USB 口向設(shè)備供電。接口使用集成的 ESD保護(hù)二極管對端口進(jìn)行防護(hù)，二極管結(jié)構(gòu)如圖11所示。一測控單元；設(shè)置于測控終端的控制面板上；測控終端面板按鍵除了一個4X4的 小鍵盤7外，還有控制終端電源、視頻電源和顯示器背光電源的開關(guān)。除終端電源控制開關(guān) 外，其他開關(guān)均連接到CPU的IO端口上，小鍵盤7通過IO 口掃描獲得按鍵狀態(tài)，電源開關(guān) 直接連接到輸入端口。電路原理如圖12所示。在小鍵盤7中，通過在SCANl SCAN4輪流輸出0，同時讀出KEYl KEW的狀態(tài) 來判斷按下的鍵盤。一般按鍵時間不會小于200ms，且按鍵時一般也會注意設(shè)備工作狀態(tài)的 變化，因此只要控制掃描周期在50ms之內(nèi)，并對端口進(jìn)行合理的軟硬件去抖動處理，就可 以正確讀出按鍵狀態(tài)。所述的箱門狀態(tài)檢測開關(guān)6可以采用觸點(diǎn)式位置開關(guān)，測控終端要判斷油箱等四 個門的開關(guān)狀態(tài)。門的開關(guān)使用隔離的IO進(jìn)行判斷，工作方式類似于顯示器背光和視頻電 源開關(guān)，箱門狀態(tài)檢測開關(guān)隔離接口的原理圖如圖13所示。箱們開關(guān)狀態(tài)使用觸點(diǎn)式位 置開關(guān)進(jìn)行判斷，因為箱們在大多數(shù)時間是關(guān)閉狀態(tài)，可使用常閉觸點(diǎn)，即門關(guān)閉時觸點(diǎn)斷 開，上圖電路光耦連接到CPU端口的輸出端為高電平；開門時觸點(diǎn)閉合，光耦輸出端為低電 平。如圖14-15所示所述的電源包括有汽車電瓶電源和自供電電瓶電源。這兩個電 源的關(guān)系是眷當(dāng)汽車電瓶供電時，使用汽車電瓶；眷當(dāng)汽車電瓶不供電時，使用自供電電瓶； 連接汽車電瓶時，給自供電電瓶充電； 終端系統(tǒng)的通電通過面板開關(guān)控制； 內(nèi)部的CPU可以控制系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)斷電。當(dāng)使用車載電瓶對測控系統(tǒng)電池充電時，使用專用的鉛酸電池充電控制器UC3906, UC3906可構(gòu)成雙電平浮充充電器，充電過程分為三個充電狀態(tài)大電流恒流充電 狀態(tài)，高電壓過充電狀態(tài)和低電壓恒壓浮充狀態(tài)。充電過程從大電流恒流充電狀態(tài)開始，在 這種狀態(tài)下充電器輸出恒定的充電電流Imax，同時充電器連續(xù)監(jiān)控電池組的兩端電壓，當(dāng)電 池電壓達(dá)到轉(zhuǎn)換電壓V12時，電池的電量已恢復(fù)到放出容量的70 % 90 %，充電器轉(zhuǎn)入過充 電狀態(tài)。在此狀態(tài)下，充電器輸出電壓升高到Voc ；由于充電器輸出電壓保持恒定不變，所 以充電電流連續(xù)下降，當(dāng)電流下降到Ira時，電池的容量已達(dá)到額定容量的100%，充電器 輸出電壓下降到較低的浮充電壓VF。電路原理如圖16所示。參數(shù)計算當(dāng)Vref 在 25°C 時為 2. 3V 時過充電壓Voc= I5V浮充電壓VF= 14. 5V過充轉(zhuǎn)換電壓V12= 0. 95Voc = 14. 25V浮充轉(zhuǎn)換電壓:V13= 0. 9VF = 11. 7V最大充電電流Imax = IOOOmA由于UC3906具有內(nèi)部參考電壓源用來調(diào)整電池溫度變化所需要的充電參數(shù)的變 化，所以需要在布局時盡量將芯片貼近鉛酸電池殼體以保證參數(shù)的正確性，因此充電控制 電路作為一個獨(dú)立單元，結(jié)構(gòu)上與電池在同一安裝空間。如圖17所示視頻系統(tǒng)的加電通過外部按鈕控制，外部按鈕(VIDE0_0N，P4. 25) 按下時，切換視頻系統(tǒng)的供電狀態(tài)。視頻系統(tǒng)的開機(jī)默認(rèn)狀態(tài)為斷電，按下按鈕通電，再按 下一次斷電。通過中心命令和延時也可以自動打開或切斷視頻系統(tǒng)的電源。電源控制端 (VIDE0_CTL,P2. 3)為高電平時，繼電器U802和K802關(guān)斷，觸點(diǎn)斷開，視頻系統(tǒng)和圖像發(fā)射 模塊不通電；低電平時視頻系統(tǒng)通電。圖像發(fā)射模塊使用9V電源，電源轉(zhuǎn)換芯片為UC675， 輸入電壓8 45V，輸出電壓可調(diào)，電流800mA。CAN總線節(jié)點(diǎn)供電電源為9V，可以適應(yīng)大多數(shù)模擬量測量的需要。電源變換電路 如圖18所示電源轉(zhuǎn)換芯片為LM2576HT，輸入電壓7 60V，輸出電壓可調(diào)，電流3A。測控終端的電源和總線通信與視頻系統(tǒng)和總線節(jié)點(diǎn)是隔離的，因此二次電源采用 隔離電源，隔離電源的型號為HZD20D-24S09W，為輸出功率20W，9 36V供電，輸出電壓9V 的隔離DC-DC模塊。該9V電源同時直接供GPRS DTU和顯示發(fā)射模塊使用。如圖19-20所示數(shù)字電路的工作電源從上述9V通過線性穩(wěn)壓獲得，電路圖第一 級穩(wěn)壓得到5V供胎壓檢測系統(tǒng)接受模塊和CAN總線隔離接口模塊使用，再次穩(wěn)壓得到3. 3V 供CPU及其外圍電路使用。最后一級的1.8V轉(zhuǎn)換芯片只為晶振供電，但是根據(jù)以往同系列 CPU的調(diào)試經(jīng)驗，使用3. 3V電源通過C21連接到振蕩器輸入端芯片工作正常。如果終端只通過外部的開關(guān)實(shí)現(xiàn)通、斷電控制，不需要自動斷電，電路要簡單很 多。如圖21所示自動斷電控制的電路原理繼電器K800為帶兩個常開觸點(diǎn)的通電控制繼 電器，K801為帶一個常閉觸點(diǎn)的斷電控制繼電器，按鈕J801為帶兩個常開觸點(diǎn)的不自鎖按 鈕開關(guān)。系統(tǒng)斷電時，K801常閉觸點(diǎn)導(dǎo)通，按下J801，K800通電，兩個常開觸點(diǎn)導(dǎo)通，其中 一個用于負(fù)載供電，另一個與J801并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)自保持；斷電需通過CPU控制，再次按下J801 時，其另一個觸點(diǎn)連接到CPU的IO(POWER, Pl. 17)端口，CPU檢測到該端口上的低電平后， 將電源控制端(P0WER_CTL，P2.4)拉高，U801和K801導(dǎo)通，K801的常閉觸點(diǎn)斷開，系統(tǒng)斷電。Q800是設(shè)計上考慮到CPU復(fù)位時端口狀態(tài)而添加的三級管，根據(jù)調(diào)試實(shí)際情況可能不 焊接，直接將控制端短接到R800的一端。
權(quán)利要求1.特種車信息化系統(tǒng)車載終端測控系統(tǒng)，其特征在于它包括有一測控終端包含有電源、主CPU、和主CPU四個異步串口通信模塊相連接的GPS模塊、 GPS DTU模塊、胎壓監(jiān)測模塊(TPMS)、駕駛室顯示單元無線通信模塊；連接于主CPU的存儲 器、加速度傳感器(AD)；一測控系統(tǒng)CAN總線(CAN-BUQ ；連接主CPU的CAN和外設(shè)檢測設(shè)備；所述的外設(shè)檢 測設(shè)備有應(yīng)變測量設(shè)備、氣囊壓力檢測設(shè)備、液位檢測設(shè)備和自檢設(shè)備；所述的外設(shè)檢測設(shè) 備還包括有箱門狀態(tài)檢測開關(guān)連接到CPU的IO端口上；一測控單元；設(shè)置于測控終端的控制面板上；包括有輸入密碼的鍵盤、顯示測量數(shù)值 的顯示器和指示燈；所述的鍵盤連接到CPU的IO端口上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特種車信息化系統(tǒng)車載終端測控系統(tǒng)，其特征在于所述的主 CPU還設(shè)置有USB接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特種車信息化系統(tǒng)車載終端測控系統(tǒng)，其特征在于所述的存 儲器為SD卡存儲器或FLASH存儲器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特種車信息化系統(tǒng)車載終端測控系統(tǒng)，其特征在于所述的控 制面板上還設(shè)置有控制終端電源、視頻電源和顯示器背光電源的開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特種車信息化系統(tǒng)車載終端測控系統(tǒng)，其特征在于所述的箱 門狀態(tài)檢測開關(guān)可以采用觸點(diǎn)式位置開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特種車信息化系統(tǒng)車載終端測控系統(tǒng)，其特征在于所述的電 源包括有汽車電瓶電源和自供電電瓶電源。
專利摘要特種車信息化系統(tǒng)車載終端測控系統(tǒng)，它包括有一測控終端包含有電源、主CPU、和主CPU四個異步串口通信模塊相連接的GPS模塊、GPS DTU模塊、胎壓監(jiān)測模塊(TPMS)、駕駛室顯示單元無線通信模塊；連接于主CPU的存儲器、加速度傳感器(AD)；一測控系統(tǒng)CAN總線(CAN--BUS)；連接主CPU的CAN和外設(shè)檢測設(shè)備；一測控單元；設(shè)置于測控終端的控制面板上；本實(shí)用新型能夠?qū)崟r和適時地以串口和CAN的方式向駕駛室內(nèi)的顯示單元進(jìn)行信息傳輸；能夠?qū)崟r和適時地CAN的方式向操控面板上的顯示單元進(jìn)行信息傳輸；能夠?qū)崟r的接收測控單元面板上發(fā)來的指令。
文檔編號B60R16/02GK201824973SQ20102055736
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者張夕壇, 張建民, 方小明, 楊永江, 黃勇 申請人:浙江訊領(lǐng)科技有限公司