专利名称：在线车辆监控预警器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在线车辆监控预警器，即集监控、预警、通信于一体的终端设备，可用于高等级公路和高速公路道路车辆管理，为驾驶员提供违章预警提醒、道路信息、以及求助服务，为道路管理提供道路上车辆违章情况，广播道路信息，及监控指定车辆，属于高速公路管理技术领域。
背景技术：
目前市场上的道路运输管理领域，定点监控有视频监控即电子警察和微波监控，全息监测过往车辆或车速，但对于高速公路来说，成本关系不适合于全程监控。信标定位监控，通过分布式信标基站，无线读取车载感应卡，做全程监控。由于基站成本关系也只适合短途或城市道路。在长途道路监控技术方面主要有汽车行车记录仪即汽车黑匣子和GPS/GSM卫星定位监控系统，前者监控效果很好，但需要长期专人监管，目前国内推广效果不好；后者主要应用在调度和个性化信息服务方面，和交通违章管理不同，也不具备安装灵活的特点。以上技术都是事后分析型，没有预警功能，无助于直接提高行车安全。
发明内容
本实用新型的目的是发明一种体积小巧、功能紧凑、功耗低且抗干扰性能强、适用于高速公路的在线车辆监控预警器。
为实现以上目的，本实用新型的技术方案是提供一种在线车辆监控预警器，其特征在于，由控制芯片、复位芯片、GSM模块、GPS模块、通讯电路、语音电路、指示灯电路和按键电路及相关软件组成，控制芯片通过串口直接与GSM模块连接，控制GSM模块收发短信；控制芯片通过串口与GPS模块连接，接收GPS模块获得定位信息；控制芯片通过串口与通讯电路连接；控制芯片通过SPI总线与语音电路连接，控制录、放音；控制芯片通过I/O口控制指示灯电路和按键电路，实现人机交换功能；复位芯片与控制芯片连接，为控制芯片提供看门狗功能。
本实用新型为交管部门提供便捷有效的车辆管理方式，为行车驾驶员提供有效的事故风险回避机制，本实用新型采用全球卫星定位系统接收模块即GPS接收模块，用于定位和获取车速；全球数字蜂窝移动通信模块即GSM模块，与监控端建立无线联系；主控芯片用于处理数据，判断车辆状态，语音电路，播放语音提示信息；红外通信电路，读写终端数据。
GPS接收模块通过GPS天线来接收卫星信号，处理获取时间、位置和速度信息，通过复用的零号串口向主控单元MCU模块提供这些信息，从而确定当前的准确位置和车速，根据内部的道路信息及特定的逻辑判断车辆是正常、轻微违章或者严重违章行驶。主控芯片会在轻微违章的情况下通过语音电路提醒驾驶员注意行车安全，实现这部分预警功能；在严重违章的情况下通过一号串口用GSM模块发送短消息到监控中心，监控中心可全面了解道路上的违章车辆情况。求助功能是通过按键向监控中心提出请求，主控芯片会向监控中心发送个人位置及求助信息。另一个预警功能是指监控中心根据新近的道路信息，比如交通事故、道路整治、出现大雾等等临时情况，可以用短消息通知各车辆上的预警器，当预警器接近指定路段时自动用扬声器警告驾驶员减速行驶。
本实用新型的优点是1.远程监控车辆违章状态，根据车速提供预警和报警服务，提高行车安全，实时违章管理，加快事故处理；2.由监控中心提供道路临时信息，预警器将道路危险情况提醒驾驶员，提供预警服务；3.有紧急求助按键，使用户在紧急情况下可以联络监控中心；4.监控中心可以命令指定车辆的返回位置等状态信息，为追踪车辆提供服务；5.可以通过红外接口设置预警器参数，读取违章记录；6.配合交巡警调度系统，可以实现巡警快速调度，保证第一时间接警、出警；7.大大降低了道路巡逻时间，节约了交管部门的日常开支。
8.本实用新型对降低交通事故发生率，交通事故死亡率，提高行车安全，实现车辆追踪，肇事车辆追查等方面都有现实意义；
图1为在线车辆监控预警器结构原理图；图2为在线车辆监控预警器程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例如图1所示，为在线车辆监控预警器结构原理图，所述的线车辆监控预警器由控制芯片U1、复位芯片U2、GSM模块P2、天线T1、GPS模块P3、天线T2、通讯通路、语音电路、指示灯电路P5、按键电路P6、电源P1、电源模块U3、电源模块U4及相关软件组成，控制芯片U1通过串口直接与GSM模块P2连接，控制GSM模块P2收发短信；控制芯片U1通过串口与GPS模块P3连接，接收GPS模块P3获得定位信息；控制芯片U1通过串口与通讯电路连接；控制芯片U1通过SPI总线与语音电路连接，控制录、放音；控制芯片U1通过I/O口控制指示灯电路P5和按键电路P6，实现人机交换功能；复位芯片U2与控制芯片U1连接，为控制芯片U1提供看门狗功能。
其中电源P1直接向GSM模块P2提供3.3V工作电压，并通过电源模块U3向控制芯片U1、复位芯片U2、指示灯电路P5、按键电路P6、红外控制器U7、红外收发器U8、语音芯片U9和功放电路U10提供3V工作电源，并通过电源模块U4向GPS模块提供3V工作电压，电源模块U4受控制芯片U1控制。
GSM模块P2是由模拟蜂窝移动通信发展起来的，GSM模块P2系统集中了现代信源编码技术，信道编码、交织、均衡技术，数字调制技术，语音编码技术以及慢跳频技术，同时在系统中引入了大量计算机控制和管理。
GSM模块P2提供多种数据业务，只要无线传输允许，它基本上包括了提供给固定电话用户PSTN和ISDN用户，包含一些专用网，如分组交换数据网的绝大多数数据业务。同时，GSM还具有传输点对点短消息业务，并能区分接收短消息的“移动台被呼点对点短消息业务”(SMS-MT/PP)和使GSM用户能向另一个GSM用户发短消息的“移动台呼叫点对点短消息业务”(SMS-MO/PP)。以及另一种短消息业务“蜂房广播短消息业务”(SMS-CB)，它能以固定时间间隔将一般的短消息向给定地理区域中所有用户广播。短消息业务适合于传输一百六十个字符以下的传输的业务要求。它使用GSM的公共控制信道，通话期间也不影响短消息的传输。短消息业务的优点传输速度快，单个数据传输价格便宜，不占用话音通讯信道。由于短消息业务的众多优点，和GPS系统每次所需传输的数据都在40个字节以下，所以在通信方式上，GSM系统的短消息业务较适合个人监控网络的要求。
本实用新型采用进口的小巧及低功耗的GSM OEM模块作为GSM模块P2网的接入设备，GSM模块P2的控制端口满足GSM 07.07和GSM 07.05协议，主控单元通过串口与GSM模块P2进行通讯，使用GSM模块P2和监控中心建立联系。
GPS模块P3，利用GPS定位，都是通过观测GPS卫星而获得某种观测量来实现的。这些观测量包括*根据码相位观测得出的伪距；*根据载波相位观测得出的伪距；*由积分多普勒计数得出的伪距差；*由干涉法测量得出的时间延迟；以码相位观测为例，所谓码相位观测，即测量GPS卫星发射的测距码信号(C/A码或P码)到达用户接收天线的传播时间，因此这种观测方法，也称为时间延迟测量。为了测量码信号的时间延迟，需要在用户接收机内复制测距码信号，达到最大相关，即使其相应的码元对齐。因此，所产生的相移量，便是卫星发射的码信号达到接收机天线的传播时间，即时间延迟。在卫星钟与接收机时钟完全同步并忽略大气折射影响的情况下，所得到的时间延迟量乘以光速，便为所测卫星的信号发射天线至用户接收机天线之间的几何距离，通常简称为所测卫星至接收机之间的距离。
利用GPS模块P3进行绝对定位的基本原理，是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离或距离差为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所在的点位，即观测站的位置。
GPS模块P3进行定位方法的实质，即是测量学中的空间距离后方交会。因此，在一个观测站上，原则上有三颗独立的卫星就够了，此时观测站位于分别以三颗卫星为球心，相应距离为半径的球与观测站所在平面交线的交点。但是由于GPS采用了单程测距原理，同时卫星钟与接收机时钟又难以保持严格同步，所以实际观测的卫星至接收机之间的距离，均含有卫星钟与接收机时钟同步差的影响，故习惯上称为伪距，关于卫星钟差，可以应用导航天文中所给出的有关钟差参数加以修正，而接收机的钟差，一般难以预先准确地确定。所以，通常把它作为一个未知参数，与观测站的坐标在数据处理中一并求解。因此，在一个观测站上，为了实时求解四个参数即3个点坐标参数和1个钟差参数，便至少需要四个同步伪距观测值，也就是说，至少必须同时观测四颗卫星。
当用户接收设备安置在运动的载体上，并处于动态的情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位，动态绝对定位，一般只能得到很少或没有多余观测量的实时解。这种定位方法被广泛应用于飞机、船舶以及陆地车辆等运动载体的导航。
为使本实用新型手持机小巧且低功耗，在具体实施例中，本实用新型利用进口的高精度、低功耗及体积小巧的GPS OEM模块作为GPS模块P3信息接收设备，输出数据格式采用美国国家海洋电子协会制定的NMEA-0183通信标准格式。
其性能如下*使用差分GPS时，定位误差小于5m*无差分GPS时，定位误差小于100m(OFF SA)*无差分GPS时，定位误差小于15m(ON SA)*速度测量误差小于0.2m/s*体积小巧，有利于减少整机所占空间控制芯片U1即主控单元MCU在本实用新型中选用TI公司的MSP430系列16位单片机。主频采用6MHZ，选用片内带60K*8 flash、2K*8的RAM，带JTAG编程口、16路A/D，两路USART，自带温度传感器，功耗280uA的MSP430F149单片机，功能接口丰富，为以后的设备升级留下很大的余地。同时降低了系统的组成成本，大大的提高了该设备的性价比。
通讯电路由红外控制器U7和红外收发器U8组成，通过在38KHZ频谱上调制和解调信号，它通过复用的零号串口与控制芯片U1相连，控制芯片U1分时扫描红外电路串口，检测到特定命令时控制芯片U1转入红外通信模式，按红外协议交换数据。通信结束后控制芯片U1转入零号串口复用状态。
语音电路由语音芯片U9、功放电路U10、喇叭P4组成，控制芯片U1通过SPI总线与语音芯片U9连接，控制录、放音；语音芯片U9连接功放电路U10驱动喇叭P4发声，控制芯片U1根据系统运行状态需要，判断出有必要提醒驾驶员时，就向语音芯片发送指令，播放相应的语音信息，语音信号再送往扬声器，这里的语音信号都是预先录制好的。
按键电路P6与控制芯片U1的I/O口相连，控制芯片U1定时扫描，当按键按下时，控制芯片U1通过按键消抖处理，确认有效后通过GSM模块P2发送求助信息。
指示灯电路P5用于显示预警器运行状态，电量情况。
将GSM模块P2、GPS模块P3集成在一个体积小巧的手持机壳体里，防干扰的问题就尤其重要，特别是在GSM模块P2发送信息的时候，干扰很大，本实用新型对GSM模块P2和GPS模块P3加上屏蔽罩的方式实现对GPS模块P3和GSM模块P2的隔离。此外，在软件设计上，对GSM、GPS、红外、语音等通信模块采用超时重发命令与超时重启相结合，消除模块死锁现象，同时软件系统结构上使用分时调度的任务结构，任务间使用消息通信，单个任务出错不会影响其他任务的运行，这使系统健壮性大为增强，启用了看门狗，在程序执行被干扰时自动重启系统。
采用了将GSM模块P2天线T1内置，而GPS P3提供天线T2外置的方式，接口处进行滤波的方法，使其可能产生的干扰进一步降低。
如图2所示，为线车辆监控预警器的工作流程图。
在线车辆监控预警器接上电源后，控制芯片U1逐一对GSM模块P2、GPS模块P3和语音芯片U9进行初始化，使其正常工作。
初始化工作结束后控制芯片U1开始下面的工作控制芯片U1通过红外控制器U7和红外接收器U8与监控管理中心通讯，监控管理中心事先预设好高速公路的相关信息，包括道路的经度、纬度、最高限速、最低限速、道路状况以及天气状况等信息，在高速公路的入口处控制芯片U1从监控管理中心获得预设的高速公路信息和汽车车牌号码等信息，并保存在内存中作为行驶过程中判断车辆状态的依据；在高速公路出口处控制芯片U1会将行驶过程中记录的车辆违章信息上传给监控管理中心，以供监控管理中心参考。
控制芯片U1通过GPS模块P3可以获得卫星定位信息，这些信息包括时间、经度和纬度、速度等信息，结合先前获得相关道路信息判断车辆的当前状态并给予相应的语音提示。在正常行驶过程中，如果前方道路有变化，可能会导致危险发生的给予语音提示。比如前方出现连续的急弯，则提示驾驶员“前方连续急弯，谨慎驾驶”。若违章行驶立刻给予语音提示。比如超速时间超过规定时间，则提示“您已经长时间超速行驶，请按规定驾驶！”。若违章后规定时间内能未回到正常行驶状态，则将违章信息通过GSM模块P2以短信的方式发送给监控管理中心。
控制芯片U1在行驶过程中通过GSM模块P2与监控管理中心实现信息交换。监控管理中心可以通过短信方式将当前道路信息，即交通事故、道路障碍等发送给控制芯片U1，控制芯片U1接收到道路信息后给出语音提示。比如从监控管理中心收到“交通事故”信息时，提示“前方发生交通事故，道路不畅，请您遵章驾驶，注意安全！”。控制芯片U1可以将违章信息实时发送给监控管理中心。
控制芯片U1控制指示灯电路P5，指示在线车辆监控预警器，包括电源模块P1状态、GSM模块P2工作状态、GPS模块P3工作状态、语音芯片U9工作状态。控制芯片U1定时扫描按键电路并进行去抖动处理，按键按下执行相应功能。比如按求助键实现求助功能即以短信方式向监控管理中心发送求助信息。
所有功能实现的流程为上电控制芯片U1、GSM模块P2、GPS模块P3、语音芯片U9分别初始化后，控制芯片U1等待信息。
若收到红外通讯请求命令，则开始红外通讯，通讯过程按协议规定进行。若是“写入”命令则读取监控管理中心的预设信息并保存在内存中；若是“读取”命令则将保存的违章记录全部发送给监控管理中心。
若收到GPS模块P3的卫星定位信息，则进行信息解码，提取所需的信息即经度、纬度、速度和时间，再根据内存中的道路信息判断车辆状态。若车辆速度在最高限速和最低限速之间则属于正常行驶，此时若前方道路有变化，则给予语音提示。若车辆速度大于最高限速即违章行驶，则提示超速并保存信息，若车辆速度在规定时间内仍然大于最高限速，则将违章信息发送到监控管理中心并保存。若车辆速度低于最低限速即违章停车，则提示速度过低并保存，若按下求助键则发送求助信息到监控中心。
若收到GSM模块P2的短信信息，则进行信息解码，判断是何种信息并给出相应的语音提示。若车辆违章则通过GSM模块P2向监控管理中心发送违章信息。
定时扫描按键电路，判断是否有按键按下，若有按键按下则发送相应信息到监控管理中心。
本实用新型利用车辆终端设备GPS接收模块接收GPS卫星信号，经过解算后得到车辆的动态位置和速度，比较内设的道路情况，判断车辆是否违章。
违章预警时通过语音提醒驾驶员安全行车。
违章情况由车辆终端的GSM模块将带有车辆位置和违章信息的短消息发送到监控中心，监控中心通过GSM通讯模块接收车辆终端发送来的带有数据信息的短消息，经解算后在监控中心的电子地图上显示违章车辆的动态位置及行车路线。
监控中心可利用GSM通讯网向车辆终端发送含有道路信息的短信，车辆上的终端设备收到含有道路信息的短信，选择内置的语音信息进行播放，以便提醒驾驶员前方道路情况。
监控中心可利用GSM通讯网向车辆终端发送含有状态请求命令的短信，车辆上的终端收到命令短信后，一次或连续返回含有车辆位置速度等信息的短消息。
权利要求1.一种在线车辆监控预警器，其特征在于，由控制芯片(U1)、复位芯片(U2)、GSM模块(P2)、天线(T1)、GPS模块(P3)、天线(T2)、通讯电路、语音电路、指示灯电路(P5)和按键电路(P6)及相关软件组成，控制芯片(U1)通过串口直接与GSM模块(P2)连接，控制GSM模块(P2)收发短信；控制芯片(U1)通过串口与GPS模块(P3)连接，接收GPS模块(P3)获得定位信息；控制芯片(U1)通过串口与通讯电路连接；控制芯片(U1)通过SPI总线与语音电路连接，控制录、放音；控制芯片(U1)通过I/O口控制指示灯电路(P5)和按键电路(P6)，实现人机交换功能；复位芯片(U2)与控制芯片(U1)连接，为控制芯片(U1)提供看门狗功能。
2.根据权利要求1所述的在线车辆监控预警器，其特征在于，所述的控制芯片(U1)为MSP430系列16位单片机。
3.根据权利要求1所述的在线车辆监控预警器，其特征在于，所述的GSM模块(P2)为GSM OEM模块。
4.根据权利要求1所述的在线车辆监控预警器，其特征在于，所述的GPS接收模块(P3)为GPS OEM模块。
5.根据权利要求1所述的在线车辆监控预警器，其特征在于，所述的通讯电路由红外控制器(U7)和红外收发器(U8)组成，通过在38KHZ频谱上调制和解调信号，它通过复用的零号串口与控制芯片(U1)相连。
6.根据权利要求1所述的在线车辆监控预警器，其特征在于，所述的语音电路语音芯片(U9)、功放电路(U10)、喇叭(P4)组成，控制芯片(U1)通过SPI总线与语音芯片(U9)连接，控制录、放音；语音芯片(U9)连接功放电路(U10)驱动喇叭(P4)发声。
专利摘要本实用新型涉及一种在线车辆监控预警器，可用于高速公路道路车辆管理，为驾驶员提供违章预警提醒，道路信息，以及求助服务，其特征在于，由控制芯片、复位芯片、GSM模块、GPS模块、通讯通电路、语音电路、指示灯电路和按键电路及相关软件组成，控制芯片通过串口直接与GSM模块连接，控制GSM模块收发短信；控制芯片通过串口与GPS模块连接，接收GPS模块获得定位信息；控制芯片通过串口与通讯电路连接；控制芯片通过SPI总线与语音电路连接，控制录、放音；控制芯片通过I/O口控制指示灯电路和按键电路，实现人机交换功能；复位芯片与控制芯片连接，为控制芯片提供看门狗功能。本实用新型的优点是体积小巧、功能紧凑、功耗低且抗干扰性能强。
文档编号G08G1/00GK2743919SQ200420090860
公开日2005年11月30日 申请日期2004年10月11日 优先权日2004年10月11日
发明者魏靓, 席八一, 魏学勇, 丁卫成, 马洪斌, 孙仲海, 雷斌, 王东天, 陈斌 申请人:上海三吉电子工程有限公司