专利名称：车载通讯装置和远程通讯系统以及远程数据传输方法
技术领域：
本发明是关于通讯领域，特别关于一种车载通讯装置和一种远程通讯系统，以及一种远程数据传输方法。
背景技术：
电子技术进入汽车工业，使汽车从一个单纯的运输工具，发展成先进的全方位智能化的实体。近十年来出现了一种名为Telematics的车载通讯系统。该系统是在汽车上装设电子信息终端，依靠全球卫星定位系统(GPS)、移动电话网络、传感器及计算机技术，通过监控中心与外界保持密切联系，使用户在安全保障、方便通话、途中各种信息存取及某些娱乐事宜等方面得到实惠，因而此类技术在北美、亚欧、日本等地发展迅速。
现有技术中，该系统是就安置在车辆、飞行器、船舶等运输工具上的电脑而言，通过无线通信技术、卫星导航装置(GPS)和移动通信网络等技术等，形成可以相互传递信息的无线网络数字服务系统。如果要实现这样的服务，就要使车载电脑与移动通信网络以及卫星通信等很好地衔接起来。
但该系统在发展中还存在问题车载通讯系统在与监控中心通信时要利用专门的通信线路，应用特殊的无线通讯服务(例如GPRS、GPS以及3G无线通信网络等等)，占用专用的频带。众所周知，在无线通讯中，频带资源十分宝贵，而且由于使用高带宽的数字无线网进行通信，其成本也是极其高昂的。由此，在实际应用中，系统价格昂贵，而且售后用户还需要多次交纳服务费。
另外，现有技术的系统数据和指令通过公共协议传输时，可能为黑客破解，使用户的隐私和安全受到侵害。
因此，如果Telematics系统上述问题不能解决，该技术的发展就会受到阻碍。
发明内容
本发明针对现有技术中必须使用通讯网络中专用频带的问题，提出一种利用现有的公共通讯网络的语音通话信道进行信息传输的车载通讯装置、车载通讯系统和通讯方法。
本发明提供了一种车载通讯装置，包括信息采集模块、音频信号处理模块、控制模块。其中，所述信息采集模块用于采集车辆状况参数；所述音频数据处理模块包括将待发送的信号调制为音频信号的数据发送单元，和将接收到的音频信号解调为数字信号的数据接收单元；所述控制模块用于接收并存储所述车辆状况参数、并且产生输出到音频信号处理模块的信号、通过公共通讯网络与服务中心进行通信；所述信息采集模块和音频信号处理模块分别与控制模块连接。
本发明还提供了一种远程通讯系统，其中，包括信息采集模块、音频信号处理模块、控制模块。其中，所述信息采集模块用于采集车辆状况参数；所述音频数据处理模块包括将待发送的信号调制为音频信号的数据发送单元，和将接收到的音频信号解调为数字信号的数据接收单元；所述控制模块用于接收并存储所述车辆状况参数、并且产生输出到音频信号处理模块的信号、通过公共通讯网络与服务中心进行通信；所述信息采集模块和音频信号处理模块分别与控制模块连接；所述服务中心包括音频信号处理模块、控制器，所述音频信号处理模块包括将待发送的信号调制为音频信号的数据发送单元，和将接收到的音频信号解调为数字信号的数据接收单元；所述控制器根据接收到的来自所述车载通讯装置的信号产生输出到音频信号处理模块的信号，所述音频信号处理模块与控制器连接。
本发明还提供了一种用于使车载通讯装置与服务中心之间进行通讯的远程数据传输方法，该方法包括由发送方将需要发送的信息通过发送方的音频信号处理模块调制成音频信号；由发送方的音频信号处理模块将所述音频信号通过公共通讯网络发送给接收方；由接收方的音频信号处理模块接收所述音频信号；和将接收方接收的所述音频信号通过接收方的音频信号处理模块解调。
本发明由于只占用音频信道传输信号，避免了占用昂贵的专用数字网络频带资源，大幅的降低了使用成本。另外由于在通讯时采用了非共用的传输方法和传输协议，因此在很大程度上增加了数据传输的安全性和保密性。
图1是根据本发明实施方式的车载通讯装置的示意图；图2是根据本发明实施方式的车辆远程通讯系统的示意图；图3是根据本发明实施方式的车辆远程数据传输方法的示意图；图4表示本发明实施方式中数据传输层协议的数据格式；图5表示本发明实施方式中应用层协议的数据格式。
具体实施例方式
图1表示本发明所提供的车载通讯装置的系统示意图。
本发明提供的车载通讯装置，包括信息采集模块、音频信号处理模块、控制模块。其中，所述信息采集模块用于接收车辆状况参数、GPS信号、紧急呼叫信号；所述音频数据处理模块包括将待发送的信号调制为音频信号的数据发送单元，和将接收到的音频信号解调为数字信号的数据接收单元；所述控制模块用于接收并存储所述车辆状况参数、并且根据所述车辆状况参数产生输出到音频信号处理模块的信号，所述信息采集模块和音频信号处理模块的数据接收单元连接，音频信号处理模块与控制模块连接。
在本发明的实施方式中，信息采集模块实现为检测车辆各部件工作状态的传感器、用于产生紧急呼叫信号的紧急呼叫按钮、用于确定车辆位置信息的GPS信号处理模块。所述传感器输入信号，以实时地获取车辆的工作状态参数(例如速度、加速度及引擎、油、电等设备情况)。此外，使用RS232、RS485和CAN总线的设备也可以用来对汽车的各部件的状态信息进行采集。这是因为汽车中的开关器件(如信号灯，雨刷，面板，车窗玻璃，电动后视镜等等的开关)复杂繁多，而电流检测、水温、油位传感器信号都是非线性的模拟信号，所以需要可靠实时地对多个开关/模拟量进行检测。另外，随着汽车电子技术的发展，汽车上各种电子控制单元(ECU)的数目不断增加，因此CAN总线成为汽车电子领域常用的总线架构，例如，可以在CAN总线的基础上采用J1939协议实现车辆电控系统的节点间的通信，以采集各个电控单元的实时信息。
音频信号处理模块通过调制解调器来实现，本发明的一种实施方式中采用多模式modem芯片cmx686作为调制解调器，利用调制解调器，车载通讯装置与总部的服务中心之间的通讯信号以音频模拟信号的方式传输，信号只占用较低的音频传输带宽，每次信号传输相当于进行了一次语音通话。
控制模块采用16位CPU HCS12为核心的嵌入式系统来实现，所述嵌入式系统是硬件与软件的结合，所述嵌入式操作系统可以采用各种现有的操作系统软件，例如vxWorks、Windows CE、Linux等等。
所述控制模块包括硬件接口单元，所述硬件接口单元包括多个外部设备的驱动器，其中，所述驱动器包括CAN总线协议驱动接口、GPS驱动接口、DSP驱动接口、RS232驱动接口、RS485/J1708驱动接口、J1850驱动接口、RTC驱动接口、模拟通道接口、I/O接口等等，通过所述驱动器控制模块与信息采集模块和外部设备连接。上述驱动接口是通过硬件和软件的交互实现的，任一种功能或任务对硬件的作用是通过操作系统的API“读”或“写”来进行的。“读”用于读入，“写”用于输出。
另外，硬件接口单元还包括功率输出驱动器，所述功率输出驱动器用于控制和驱动车辆上较大功率的用电器件，比如信号灯，雨刷器电机，电动车窗，电动后视镜等。
控制模块还包括功能接口单元，所述功能接口单元用于接收来自音频数据处理模块的信号，向音频数据处理模块发送信号，并通过各设备驱动器实现对外部设备的控制。所述功能接口单元以实现特定功能的软件的形式实现。
协议单元用于对通过音频信号处理模块发送的数据进行打包，并且用于对从所述音频信号处理模块输入的数字信号进行解包。
所述控制单元包括存储器(例如Flash EEPROM、RAM、EEPROM)，所述车载通信装置工作于两种模式下即节能模式和正常模式。当车辆处于熄火状态时、系统检测到至少60秒没有进行J1939/J1708/J1850、RS232或无线通信时、GPS位置已经确定时，或者紧急状态清除时，系统进入节能状态；当车辆点火启动时、系统检测到车辆总线J1939/J1708、RS232进行通信时、服务中心初始化与车载通讯装置的连接时，或者RTC(实时时钟)报警时，系统进入正常模式工作。
上述工作模式的切换是通过中断的方式来实现的，即运行于车载通讯装置的控制模块中的主控制程序启动，完成初始化过程后，即进入工作模式，同时系统开始监视车辆总线、GPS信号处理模块等设备，同时定时器开始计时。例如，当达到预定的设定时间后，系统没有检测到车辆总线或者与服务中心的无线通讯时，系统跳转至相应的中断服务程序，以转入节能模式，进入节能模式后，车载通讯系统的控制模块只对紧急呼叫按钮、点火开关、以及音频信号处理模块中的数据接收单元进行监视，而不再向服务中心发送关于车辆状况的任何音频信号，也不再对各外部设备驱动器进行操作。此时，系统的电流消耗低于15mA(该电流不包括提供给车载通讯装置中移动电话或其他商用无线通讯终端的电流)。
当出现外部中断触发信号时，例如，服务中心发出了与车载通讯装置的连接请求，当车载通讯装置的控制模块探测到相应的端口(比如从调制解调器CMX686的RXAN管脚)有信号输入时，系统跳转至相应的中断服务程序，以转入正常模式工作。在正常模式下，车载通讯装置保持对车辆总线的监测，通过CAN总线和RS232/485等接口获取各传感器以及电控单元发出的信号。
所获取的信号，例如通过CAN总线收到了一组来自汽车燃油电控单元的数据，所述数据经过信号线CANH、CANL并且通过CAN总线收发器(例如PCA82C251)，将数据发送到车载通讯装置的控制模块，所述数据符合SAE的J1939协议。控制模块将数据存储在RAM或Flash EEPROM中，在接收完该组信号全部接收完成后，将存储在RAM或Flash EEPROM中的数据发送到音频信号处理模块进行调制并且发送到服务中心。所述发送过程所涉及的协议和通讯方法将在下面介绍。另外，如果所采集到的是传感器的信号，例如温度传感器，则通过模数转换器将模拟信号转变为数字信号，所述数字信号输入到车载通信装置的相应端口，在本发明的实施方式中，CPU的PAD00-16端口设置为传感器信号的输入端口。
对于车载通讯装置和远程通讯系统，车辆位置的确定是一个重要的功能，特别当出现紧急状况，如车内的紧急呼叫按钮被按下时，服务中心需要确定车辆的具体位置以便实施救援。在本发明中，采用GPS信号处理模块作为定位设备，实现GPS数据接收发送功能的设备可以是各种通用的GPS收发器，如RFDOMUS的GPS收发器RFD1400。
对于各种信号的采集和传输，并不限于上述的描述，任何车辆状况参数、车辆位置信息、紧急呼叫信息等等都可以作为车载通讯装置采集和与服务中心间进行无线通信的数据。
对于采集到的数据，在车载通讯装置工作于正常模式的时候，需要将所述数据发送到服务中心，并且保持与总部的服务中心之间的通讯联系，当总部的服务中心发出指令，例如，服务中心向车载控制装置发出信号，车载控制单元的音频信号处理模块对信号解调后，将信号传送到控制模块，然后控制模块向与控制模块相应端口连接的功率输出驱动器发出指令，通过所述功率输出驱动器关闭汽车发动机。
图2表示了远程通讯系统的示意图，其中，包括车载通讯装置和服务中心。所述车载通讯装置与服务中心可以通过多种通讯网络连接，例如公共移动电话网络、常用无线通讯网络、卫星网络等等。本发明所借助的通讯系统只要支持音频信号通讯、并且提供通用的音频信号接口即可，因此并不限定于某一种。
服务中心包括音频信号处理模块、控制器，所述音频数据处理模块包括将待发送的信号调制为音频信号的数据发送单元，和将接收到的音频信号解调为数字信号的数据接收单元；所述控制器根据接收到的来自所述车载通讯装置的信号产生输出到音频信号处理模块的信号，所述音频信号处理模块与控制器连接。本发明的实施例中，所述服务中心可以采用计算机作为服务器，还包括特制调制解调器、电缆和电话线路。所述服务中心还可以与因特网或局域网连接，通过网络将与车载通讯系统之间进行通讯的信息发送到网络上的其他计算机上。
图3是表示数据传输方法的流程图。数据传输在车载通讯装置和总部的服务中心之间进行，也就是在车载通讯装置的音频处理模块和服务中心得音频信号处理模块之间进行。
首先将一个原始数据块分解成若干数据块；设定一个时间长度；依次将数据块发出；接收方收到数据块后对数据块进行CRC(循环冗余码)检验；通过CRC检验，接收方则发送确认信号给发送方；发送方在时间长度内收到关于全部数据块的确认信号，则发送方返回上一级任务；在发送方发现不是全部(或无)的框架收到确认信号时，则发送方将没有收到ACK的数据块再次送出。在传输过程中，发送方将有一个次数限制，当多次发送而没有相应的ACK信号返回时，发送方将放弃并返回上级任务，报告失败。
数据传输可以根据发送方和接收方规定的协议来执行。本发明中涉及的协议包括物理层协议、应用层协议和数据传输层协议。其中物理层协议由硬件设备定义，因此本发明只涉及应用层协议和数据传输层协议。
图4表示本发明实施方式中数据传输层协议的数据格式。
原始数字信号为一组二进制代码，在传输过程中将被分解成一个或多个数据块，如图所示，其中CRC是16位循环冗余码；Sequence Number是传输序列号。此序列号是用来区分不同的原始信号块；Sequence是在同一原始信号块中的序列号；Total是该信号块的总块数；Windows0代表DATA的长度为0位；1代表DATA的长度为96位；2代表DATA的长度为192位；URC表示是否为紧急信号(“1”表示是紧急信号)；ACK表示是否为回复信号(“1”表示是紧急信号)；PSH表示是否为结束/更新信号(“1”表示是紧急信号)；SYN表示是否为同步信号(“1”表示是紧急信号)。
在数据发送之前，所述车载通讯装置的控制模块或服务中心的控制器对将要传输的数据分块后对数据块进行打包，即对数据块加载16位循环冗余码、分配序列号、根据传输性质分别加载上述标识位。
在接收到解调数据之后，所述车载通讯装置的控制模块或服务中心的控制器对接收到的数据块解包，根据前面所述发送方和接收方所规范的协议提取数据块中的原始数据，并且进行组合。
上述数据传输层协议的打包是针对应用层协议的数据进行的，在应用层(应用层通常包括面向用户服务的各种软件例如HTTP协议，电子函件协议等)，也要对数据根据应用层协议进行打包和解包。下面介绍应用层协议。
图5应用层协议表示本发明实施方式中应用层协议的数据格式。
其中，CMD表示说明协议的命令；SIZE表述数据DATA的长度；所述数据DATA可以用加密算法加密；CRC表示循环冗余码，在本发明的实施方式中应用层协议的CRC可以是4位。
权利要求
1.一种车载通讯装置，其特征在于，包括信息采集模块、音频信号处理模块、控制模块。其中，所述信息采集模块用于采集车辆状况参数；所述音频数据处理模块包括将待发送的信号调制为音频信号的数据发送单元，和将接收到的音频信号解调为数字信号的数据接收单元；所述控制模块用于接收并存储所述车辆状况参数、并且产生输出到音频信号处理模块的信号、通过公共通讯网络与服务中心进行通信；所述信息采集模块和音频信号处理模块分别与控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信息采集模块包括用于检测车辆各部件工作状态的传感器、用于产生紧急呼叫信号的紧急呼叫按钮、用于确定车辆位置信息的GPS信号处理模块。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述音频数据处理模块包括调制解调器或数字信号处理器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制模块包括硬件接口单元、功能接口单元和协议单元，所述硬件接口单元包括多个外部设备驱动器；所述功能接口单元用于接收来自音频数据处理模块的信号，向音频数据处理模块发送信号，并通过各设备驱动器实现对外部设备的读写；所述协议单元用于对通过音频信号处理模块发送的数据进行打包，并且用于对从所述音频信号处理模块输入的数字信号进行解包。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述设备驱动器包括CAN总线协议驱动接口、GPS驱动接口、DSP驱动接口、RS232驱动接口、RS485/J1708驱动接口、J1850驱动接口、RTC驱动接口、模拟通道接口、I/O接口。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，还包括移动电话。
7.一种远程通讯系统，其中，包括车载通讯装置和服务中心，所述车载通讯装置包括信息采集模块、音频信号处理模块、控制模块。其中，所述信息采集模块用于采集车辆状况参数；所述音频数据处理模块包括将待发送的信号调制为音频信号的数据发送单元，和将接收到的音频信号解调为数字信号的数据接收单元；所述控制模块用于接收并存储所述车辆状况参数、并且产生输出到音频信号处理模块的信号、通过公共通讯网络与服务中心进行通信；所述信息采集模块和音频信号处理模块分别与控制模块连接；所述服务中心包括音频信号处理模块、控制器，所述音频信号处理模块包括将待发送的信号调制为音频信号的数据发送单元，和将接收到的音频信号解调为数字信号的数据接收单元；所述控制器根据接收到的来自所述车载通讯装置的信号产生输出到音频信号处理模块的信号，所述音频信号处理模块与控制器连接。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制器与因特网或局域网连接。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述信息采集模块包括用于检测车辆各部件工作状态的传感器、用于产生紧急呼叫信号的紧急呼叫按钮、用于确定车辆位置信息的GPS信号处理模块。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述音频数据处理模块包括调制解调器或数字信号处理器。
11.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制模块包括硬件接口单元、功能接口单元和协议单元，所述硬件接口单元包括多个外部设备驱动器；所述功能接口单元用于接收来自音频数据处理模块的信号，向音频数据处理模块发送信号，并通过各设备驱动器实现对外部设备的读写；协议单元用于对通过音频信号处理模块发送的数据进行打包，并且用于对从所述音频信号处理模块输入的数字信号进行解包。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述设备驱动器包括CAN总线协议驱动接口、GPS驱动接口、DSP驱动接口、RS232驱动接口、RS485/J1708驱动接口、J1850驱动接口、RTC驱动接口、模拟通道接口、I/O接口。
13.根据权利要求7所述的系统，其中，还包括移动电话。
14.一种用于使车载通讯装置与服务中心之间进行通讯的远程数据传输方法，该方法包括由发送方将需要发送的信息通过发送方的音频信号处理模块调制成音频信号；由发送方的音频信号处理模块将所述音频信号通过公共通讯网络发送给接收方；由接收方的音频信号处理模块接收所述音频信号；和将接收方接收的所述音频信号通过接收方的音频信号处理模块解调。
15.根据权利要求14所述的远程数据传输方法，其中将所述需要发送的信息分解成若干数据块后再调制成音频信号，并将调制后的所述若干数据块的音频信号依次发送给接收方；接收方将所接收的所述若干数据块的音频信号解调后将所述若干数据块进行组合。
16.根据权利要求14或15所述的远程数据传输方法，其中还包括接收方对解调后的音频信号进行完整性检验，然后发送确认信号给发送方。
17.根据权利要求16所述的远程数据传输方法，其中所述完整性检验为CRC检验。
18.根据权利要求14所述的远程数据传输方法，还包括设定一个时间长度，如果发送方在该时间长度内收到接收方的接收确认信号，则发送方返回上一级任务；如果发送方在该时间长度内没有收到接收方的接收确认信号，则发送方将没有收到确认信号的音频信号重新发送。
19.根据权利要求18所述的远程数据传输方法，还包括发送方设定一个预定次数，当重新发送的次数达到预定次数而没有确认信号返回时，发送者放弃发送并返回上级任务。
20.根据权利14所述的方法，其中，所述发送方是车载通讯装置，接收方是服务中心。
21.根据权利14所述的方法，其中，所述发送方是服务中心，接收方是车载通讯装置。
全文摘要
本发明提供一种车载通讯装置和一种远程通讯系统，以及一种用于使车载通讯装置与服务中心之间进行通讯的远程数据传输方法，其中数据的通讯采用音频信号进行传输。由于采用音频信号进行传输，只占用音频信道传输信号，避免了占用昂贵的专用数字网络频带资源，大幅的降低了使用成本。同时很大程度上增加了数据传输的安全性和保密性。
文档编号H04L12/00GK1738251SQ20051008917
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月5日 优先权日2005年8月5日
发明者曾宪光 申请人:曾昭崙, 曾琳