危险品道路运输安全监控系统的制作方法

专利名称：危险品道路运输安全监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种主要用于运输易燃易爆品、毒害品、腐蚀品、放射性物品等危险品的 道路运输安全监控系统。
背景技术：
我国经济持续快速发展带来了道路运输业的空前繁荣。交通部统计数据显示，截至目前， 全国共有道路货运企业6800多家，运输车辆11.64万辆，从业人员超过21万人。其中，危 险品运输占年货运总量的30%以上，并呈上升趋势，95%以上的危险品涉及异地运输。危 险品由于自身的危险性，在运输途中若发生交通事故或泄漏事故，不仅车毁人亡，而且会引 发燃烧、爆炸、腐蚀、毒害等严重的灾害事故，危及公共安全和人民群众的生命财产安全， 导致环境污染。因此社会对危险品道路运输监控系统的需求越来越大，性能要求越来越高。
目前国内大多数危险品运输车辆的监管模式仍然是较为传统的人工值守、电话联络的方 式进行。而市场上现有的危险品道路运输监控系统也存在一些不足，主要包括
1、 无实时的视频信息。现有的监管系统无法实时地将车辆采集的视频信息无线传输给 监控中心或者没有视频采集传输功能，无法做到移动点视频监控等。
2、 承载网络不一致。监管系统中视频数据的传送与指挥通讯系统的承载网络不一致， 需要另外专门建设网络。
3、 定位效果差。现有的监管系统在地下停车场等信号微弱的场合无法对车辆进行及时 准确定位。
4、 开发成本高，不适宜于普遍消费。

实用新型内容
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，将MJPEG视频低码率传输技术、 数据通信传输技术和嵌入式技术有机融合，以CDMA网络作为通信媒介，提供一种危险品道 路运输安全监控系统，以期通过监控中心实时显示危险品运输车辆的运行路线、速度、位置、 车内货品的温度、湿度等信息，方便监管人员对车辆进行监控。
本实用新型解决技术问题采用如下技术方案
本实用新型是以CDMA通讯网络为视频传输和指挥通讯命令传送的承载网络，设置车载 终端和监控中心；本实用新型的结构特点是
所述车载终端，由主控CPU、存储器、电源电路、信号采集模块、定位模块和通信模块 构成；所述信号采集模块包括用于采集危险品运输车内的运输物品的温度、湿度信息的传感器和采集车内图像信息的摄像头；所述定位模块采用GPS定位模块；所述通信模块包括 实现在车载终端与监控中心之间进行通信的CDMA无线通信模块、实现车载终端与车身其它
ECU通信的CAN模块，以及以键盘或LCD显示器作为人与车载终端交互平台的人机接口模块； 定位模块的定位信息通过接口由主控CPU读取，并通过无线通信模块向监控中心发送；来自 摄像头的图像信号经A/D转换后输入在主控CPU中进行MJPEG软件压缩编码，并通过无线通 信模块向监控中心发送；供电电源包括外部车载电源和内部可充电电池，所述内部可充电电 池以外部车载电源的稳压源为充电源；
所述监控中心由通讯接口、 GIS应用以及电子地图构成，通讯接口在车辆与GIS应用之 间的互通信息，电子地图由GIS应用调用。
本实用新型的结构特点也在于
车载终端中的主控CPU采用MCF52223处理器，存储器采用AT25F1024;信号釆集模块 采用CAMV31摄像头和DS60温度传感器；CDMA无线通信模块采用FD810模块；所述GPS定 位模块、FD810模块与CPU通信接口均为全串口，并且均带有天线。
所述外部车载电源设置为向系统提供9V-50V的电压，经过保护电路Fusel和滤波电容 C3接入5V稳压电路Ul， 5V稳压输出也作为3. 3V稳压电路VR1的输入电压，稳压电路Ul 的5V稳压输出至各外部接口电路，3.3V稳压输出作为主控器电源，并提供给传感器信号检 测保护电路；在内部可充电电池的输出端设置防反二极管D4。
设置在传感器与CPU间的接口包括开关量信号检测和保护电路，采用芯片ULQ2003D1， 各路开关量信号输入先经过反接二极管，再通过电阻接5V电源，以及通过电容接地；再输 入至芯片ULQ2003D1输入端，对应输出连接CPU引脚，同时通过电阻接3. 3V电源。
设置在传感器与CPU间的接口包括模拟信号检测和保护电路，各路模拟量信号输入先经 过保护电阻再接至CPU的A/D 口 。
在所述无线通信模块中设置UIM卡，其电源采用具有使能控制端的电源模块MIC5245单 独供电；UIMRESET和UIMCLK端通过电阻下拉；UM—DATA通过电阻上拉。
在所述车载终端上设置可供用户使用的多个人机接口，包括摄像头接口、 USB接口、 I2C 接口以及耳机接口。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在
1、本实用新型将视频低码率传输技术、数据通信传输技术和嵌入式技术有机融合，以 CDMA网络作为通信媒介，通过监控中心实时显示危险品运输车辆的运行路线、速度、位置、 车内货品的温度、湿度等信息，可有效降低事故发生率，增强事故应急救援能力，提升危险 品运输监管水平。同时还可以对危险品运输车行车路线进行跟踪，实现有效管理。
5 2、本实用新型的主控CPU采用了飞思卡尔公司的MCF52223。
MCF5222x系列器件是一款集成了 USB On-The-Go技术和Flash存储器的32位微控制器。 USBOn-The-Go技术使得两种具有USB通信功能的芯片可以在没有主机接口的情况下进行通 信，并支持对任意具有USBOn-The-Go接口的设备进行快速数据访问。该器件提供了兼容的 片上外设和开发工具，使得从8位机到32位机的升级变得非常容易，在提升扩展应用能力 的同时也减省了成本。
2、 本实用新型系统中视频传输和指挥通讯命令的传送由CDMA网络承载。系统以CDMA IX 网络为承载网络，利用飞思卡尔公司的MCF52223芯片开发车载终端，实现了统一的承载网 络这一技术难点。
3、 本实用新型通过采用MJPEG软件编解码方案，在基本满足网络视频传输要求的前提 下，无需额外硬件支持，兼顾了低成本开发的要求。
4、 本实用新型GPS接收机采用HOLUX GR-85智能型卫星接收模块，通过串口与CPU通 信。HOLUX GR-85是一个高效能、低耗电的智能型卫星接收模块，是一个完整的卫星定位接 收器，具备全方位功能，能满足专业定位的严格要求与个人消费需求。


图l为本实用新型系统框图。 图2为本实用新型车载终端结构示意图。 图3为本实用新型供电原理图。 图4为本实用新型车载终端数字量采集电路原理图。 图5为本实用新型车载终端温度传感器电路原理图。 图6为本实用新型车载终端摄像头电路原理图。 图7为本实用新型车载终端红外发射与接收电路原理图。 图8为本实用新型车载终端车身CAN信号控制和收发电路原理图。 图9为本实用新型车载终端flash电路原理图。 图10为本实用新型车载终端USB接口电路原理图。 图11为本实用新型车载终端CDMA模块供电电路原理图。 图12为本实用新型车载终端UIM3.0V卡工作电压供电电路原理图。 图13为本实用新型车载终端UIM卡信号连接电路原理图。 图14为本实用新型车载终端麦克风与耳机接口电路原理图。 图15为本实用新型车载终端振铃电路原理图。
具体实施方式
参见图1，本系统以CDMA通讯网络为视频传输和指挥通讯命令传送的承载网络，设置
车载终端和监控中心。车载终端通过CDMA移动通信网络与监控中心联系，向监控中心发送 危险品运输车实时状态信息并接收监控中心指令。
在车载终端上设置可供用户使用的多个人机接口，包括摄像头接口、 USB接口、 I2C接 口以及耳机接口。
监控中心，由通讯接口、 GIS应用以及电子地图构成，通讯接口在车辆与GIS应用之间 的互通信息，电子地图由GIS应用调用。监控中心并由专人负责管理操作。用户所关心的各 种信息可以形象、方便、快捷地在电子地图上看到；用户对车载终端的呼叫和控制指令也可 以形象、方便、快捷地发送出去。车辆的各种信息通过通讯接口接收进来并提供给GIS应用； 用户可以通过GIS应用方便地对移动单元发送各种指令，也可以自如地调整车辆显示信息设 置。电子地图存储了一定范围内的地理信息，包括道路信息、建筑物信息等。根据用户要求 提供各种不同比例尺，不同详细程度信息的电子地图。通讯接口可以从人机界面和服务器之 间相互收发信息，起到一个信息桥梁的作用。保证移动单元和监控中心之间信息交换高速、 稳定的进行。
参见图2，车载终端由主控CPU、存储器、电源电路、信号采集模块和通信模块构成， 其中
主控CPU负责对各模块进行控制以保证系统的正常工作，主控CPU采用MCF52223处理器。 存储器采用AT25F1024，存放各种驱动、操作系统、应用软件以及采集到的各种数据。 信号釆集模块包括用于采集危险品运输车内的运输物品的温度、湿度等信息的传感器
和采集车内图像信息的摄像头，采用CAMV31摄像头和DS60温度传感器。
通信模块包括实现在车载终端与监控中心之间进行通信的CDMA无线通信模块、实现车
载终端与车身其它ECU通信的CAN模块，以及以键盘或LCD显示器作为人与车载终端交互平
台的人机接口模块；CDMA无线通信模块采用FD810。
定位模块采用GPS定位模块；定位模块的定位信息通过接口由主控CPU读取，并通过无
线通信模块向监控中心发送；来自摄像头的图像信号经A/D转换后输入在主控CPU中进行
MJPEG软件压缩编码，并通过无线通信模块向监控中心发送。
其中，GPS定位模块、FD810模块与CPU通信接口均为全串口，并且均带有天线。 供电电源包括外部车载电源和内部可充电电池，内部可充电电池以外部车载电源的稳压
源为充电源；
参见图3，供电电源包括外部车载电源供电和内部可充电电池供电，内部可充电电池以 外部车载电源的稳压源为充电源，外部车载供电电路包括保护电路，5V稳压电路和3.3V稳 压电路。图中示出外部车载电源向主机提供9V-50V的电压，经过保护电路Fusel和电容C3， 到达稳压电路U1的输入端。保护电路能有效抑制车载电源信号剧变时对主机造成的损害， 当输入电压电流超过主机的承受能力时，Fusel切断车载电源与主机的电路，改由内部电池 供电，从而有效的保护主机不受损坏。
5V稳压电路U1 (LM2576)将不稳定的9V—50V外部车载电压变成稳定的可以使用的5V 电压，使用5V电压的主要是外部接口电路，有两路USB接口、传感器信号检测保护电路、 SPI接口和UIM卡控制电路，5V电压也作为3.3V稳压电路VR1 (AIC1117A)的输入电压， 3. 3V电压主要用于主控MCU，传感器信号检测保护电路。
内部可充电电池BT1使用4节1. 2V的可充电电池，为了防止因充电电流过大而对内部 可充电电池造成损害，充电回路中应设置限流电阻R2。
为了保证两种供电方式的自动切换，在内部可充电电池的输出端设置防反二极管D4， 当外部车载电源正常供电时，二极管D4截止，内部可充电电池不工作；外部车载电源不能 供电时，内部可充电电池直接投入工作。
参见图4，设置在传感器与CPU间的接口包括数字量信号检测和保护电路，由U2 (ULQ2003D1)构成，各路模拟量信号输入先经过保护电阻再接至CPU的A/D 口。这里有两 路开关量信号输入DIl、 DI2。以DI1为例，先反接一个二极管D5，然后通过电阻R3接5V， 通过电容C11接地，直接输入U2的1脚。对应的输出为I6脚，连接CPU引脚IRQ3，同时 还通过电阻R12接3.3V。其中容C6为滤波电容，可以稳定输入电压；电阻R3、 R12均为限 流电阻，R12保证输入电流不会损害CPU， R3保证输入电流不会损害U2 (ULQ2003D1)。
参见图5， U6为温度传感器，l脚接电源输入，2脚接地，3脚通过R18接地，并且接 至MCF52223的模拟信号控制端AN6。这样MCF52223就可以采集危险品运输车内物品的温度。 当温度超过一定范围，监控中心便可以通过车载终端对车辆进行控制，可以有效避免危险事 故的发生。
参见图6， P6为摄像头接口， 4脚和6脚给摄像头供电，5V电压经保险丝送入4脚和6 脚，3脚和5脚接地，7脚、8脚和1脚、2脚为两对信号，收发信号经MAX488CSA芯片送至 MCF52223的收发控制引脚URXD2、 UTXD2。摄像头可以用来拍摄危险品运输车的实时状态信 息，MCF52223可以实时获得采取到的图片信息，通过CDMA网络就可以传送给监控中心。
参见图7，红外发射管有2个引脚，其中引脚1通过R58电阻接至3.3V电压，引脚2 通过一个三极管2N3904和R59电阻接至MCF52223的控制脚IRQ5。红外接收管有3个脚， 一个接电源， 一个接地， 一个接至MCF52223的控制脚IRQ1。这样，通过红外接收和发射一 套系统，便可以对车载终端进行一些参数的设置，如车内物品温度报警上限等等。 参见图8， U7为MCP2510，是CAN控制器芯片；U8为MCP2551，是CAN收发控制芯片。 CANH和CANL为车身CAN总线上的一对差分信号，信号上传输的是车身信息。这样车身信息 通过U8可以发送至CAN控制器芯片U7， CAN控制器就可以将获得的车身信息通过QSPI接口 传送给MCF52223。
参见图9， U5为AT25F1024，是flash存储器，容量为1Mbit。该存储器芯片通过QSPI 接口与MCF52223相连。摄像头采集到的危险品运输车内的图片信息可以存放在该存储器 中。这样可以有效实现"黑匣子"功能，为事后事故处理提供有力线索。
参见图IO，为USB接口电路。USB接口工作电压为5V，为保证USB接口安全，中间 加了一个保险丝F2。 USB-DM和USB-DP为USB总线的下行总线和上行总线，也是采取差 分信号形式，增强了抗干扰能力。USB接口可以供用户使用。
参见图ll，该部分电路主要是提供CDMA模块正常工作电压3.8V。由于CDMA模块
在整个危险品道路运输监控系统中起着不可估量的作用。所以必须确保该模块能够正常工 作。因而必须保证提供给模块的工作电压3.8V正常。U10为MIC39102， VEXT-DC通过2 脚输入至U10芯片，同时1脚为芯片的使能控制端，与MCF52223的控制脚相接。4脚接 R44、 R45这两个电阻，通过调节这两个电阻的阻值可以获得准确的3.8V电压。3脚输出电 压接上C32、 C33、 C34滤波电容，这样得到的电压就可以提供给CDMA模块了 。
参见图12， U12为MIC5245-3.0， l脚为电压输入端，接VEXT-DC， 2脚接地，3脚为 使能控制端，与CDMA模块的UIM-PWR-EN相连，4脚接旁路电容，5脚为输出脚，输出 3.0V电压。UIM卡的工作电压为3.0V。
参见图13，在无线通信模块中设置UIM卡，其电源采用具有使能控制端的电源模块 MIC5245单独供电；UIMRST和UIMCLK端通过电阻下拉；UIMDATA通过电阻上拉。图中所示， UIM卡座引脚定义有6个电源，地，复位，时钟，数据的输入和输出。当危险品运输车 有突发情况发生，比如偏离了规定的行驶路线等，这时监控中心就可以通过车载终端对车主 进行呼叫。
参见图14，麦克风和耳机部分均采用差分信号，分别为MIC1P1、 MICINI和EAR10P 、 EAR10N，与CDMA模块对应部分相接。车主可以通过麦克和耳机接口与监控中心进行通 话。比如，遇到紧急情况，可以向监控中心发出求救。同时当监控中心给车载终端发出命令 时，车主也可以通过车载终端做出应答。
参见图15，振铃其实也就是一个蜂鸣器。蜂鸣器的正极通过R43电阻接至3.8V，蜂鸣 器的负极通过三机关2N3904和R46电阻接至CDMA模块的RINGER引脚。当有来电时， 振铃会响，同时可以通过改变软件程序，设置出不同的铃声，满足用户不同的需求。
权利要求1.危险品道路运输安全监控系统，以CDMA通讯网络为视频传输和指挥通讯命令传送的承载网络，设置车载终端和监控中心；其特征是所述车载终端，由主控CPU、存储器、电源电路、信号采集模块、定位模块和通信模块构成；所述信号采集模块包括用于采集危险品运输车内的运输物品的温度、湿度信息的传感器和采集车内图像信息的摄像头；所述定位模块采用GPS定位模块；所述通信模块包括实现在车载终端与监控中心之间进行通信的CDMA无线通信模块、实现车载终端与车身其它ECU通信的CAN模块，以及以键盘或LCD显示器作为人与车载终端交互平台的人机接口模块；定位模块的定位信息通过接口由主控CPU读取，并通过无线通信模块向监控中心发送；来自摄像头的图像信号经A/D转换后输入在主控CPU中进行MJPEG软件压缩编码，并通过无线通信模块向监控中心发送；供电电源包括外部车载电源和内部可充电电池，所述内部可充电电池以外部车载电源的稳压源为充电源；所述监控中心由通讯接口、GIS应用以及电子地图构成，通讯接口在车辆与GIS应用之间的互通信息，电子地图由GIS应用调用。
2、 根据权利要求1所述的危险品道路运输安全监控系统，其特征是车载终端中的主控 CPU采用MCF52223处理器，存储器采用AT25F1024;信号采集模块采用CAMV31摄像头和DS60 温度传感器；CDMA无线通信模块采用FD810模块；所述GPS定位模块、FD810模块与CPU 通信接口均为全串口，并且均带有天线。
3、 根据权利要求1所述的危险品道路运输安全监控系统，其特征是所述外部车载电源 设置为向系统提供9V-50V的电压，经过保护电路Fusel和滤波电容C3接入5V稳压电路Ul， 5V稳压输出也作为3. 3V稳压电路VR1的输入电压，稳压电路Ul的5V稳压输出至各外部接 口电路，3.3V稳压输出作为主控器电源，并提供给传感器信号检测保护电路；在内部可充 电电池的输出端设置防反二极管D4。
4、 根据权利要求1所述的危险品道路运输安全监控系统，其特征是设置在传感器与CPU 间的接口包括开关量信号检测和保护电路，采用芯片ULQ2003D1，各路开关量信号输入先经 过反接二极管，再通过电阻接5V电源，以及通过电容接地；再输入至芯片ULQ2003D1输入 端，对应输出连接CPU引脚，同时通过电阻接3.3V电源。
5、 根据权利要求1所述的危险品道路运输安全监控系统，其特征是设置在传感器与CPU 间的接口包括模拟信号检测和保护电路，各路模拟量信号输入先经过保护电阻再接至CPU的 A/D 口。
6、 根据权利要求1所述的危险品道路运输安全监控系统，其特征是在所述无线通信模 块中设置UIM卡，其电源釆用具有使能控制端的电源模块MIC5245单独供电；UIMRESET和 UIMCLK端通过电阻下拉；UIM_DATA通过电阻上拉。
7、根据权利要求1所述的危险品道路运输安全监控系统，其特征是在所述车载终端上 设置可供用户使用的多个人机接口，包括摄像头接口、 USB接口、 12C接口以及耳机接口。
专利摘要危险品道路运输安全监控系统，以CDMA为承载网络，设置车载终端和监控中心；其特征是车载终端包括主控CPU、存储器、信号采集模块、定位模块和通信模块；信号采集模块包括运输物品温度和湿度的信息采集传感器、车内图像的摄像头；定位模块为GPS；通信模块包括车载终端与监控中心通信的CDMA无线通信模块、车载终端与车身其它ECU通信的CAN模块，以及人机接口；定位信息通过接口由主控CPU读取，并通过无线通信模块向监控中心发送；摄像头图像信号输入在主控CPU中压缩编码，并通过无线通信模块向监控中心发送；监控中心由通讯接口、GIS应用以及电子地图构成，通讯接口在车辆与GIS应用之间的互通信息，电子地图由GIS应用调用。本实用新型可提高危险品道路运输的安全性。
文档编号G08C17/02GK201199723SQ20082003485
公开日2009年2月25日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者刘征宇, 利 张, 张建军, 王跃飞, 韩江洪 申请人:合肥工业大学