Мобильный терминал спутниковой связи orbcomm

(51) 04 7/26 (2006.01) 08 1/123 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ Технический результат заявленной полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей, обеспечении автономности работы устройства,реализации гибкой схемы развертывания с возможностью взаимодействия терминалов между собой, снижении затрат на передачу данных,а также возможности подключения дополнительных датчиков. Предложен мобильный терминал спутниковой связи, включающийкорпус, внутри которого располагается плата управляющего микроконтроллера,на которой размещены управляющий микроконтроллер, с подключенными к нему энергонезависимой-памятью,спутниковым модемом, связанным со спутниковой антенной, модемом , соединенным с антенной-антенной,беспроводнным сетевым модулемдатчиками температуры и ускорения размещенные на корпусе интерфейсный разъем, блок индикации а также аккумуляторная батарея, электрически соединенная с расположенными на плате управляющего микроконтроллера, блоком питания и контроллером солнечной батареи и заряда аккумулятора, кроме того, электрически связанная с контроллером солнечная батарея, расположена вне корпуса терминала. Внешние датчики подключают к расположенному на корпусе интерфейсному разъему. Спутниковую антенну, антеннуи навигационную-антенну подключают к расположенным на корпусе радиовыходам спутникового модема , модемаи навигационного приемника соответственно.(72) Ермин Денис Иванович Ахмедов Даулет Шафигуллович Иванов Игорь Михайлович Коваль Олег Викторович Понятов Юрий Александрович Торчик Владимир Васильевич(73) Ермин Денис Иванович Ахмедов Даулет Шафигуллович(54) МОБИЛЬНЫЙ ТЕРМИНАЛ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ(57) Полезная модель относится к области навигации, а именно к системам определения местоположения подвижных объектов(транспортных средств), по сигналам космических навигационных систем и их мониторинга, с целью контроля и слежения за их перемещением с использованием спутниковых каналов связи. Область применения охватывает сферы,связанные с перевозками пассажиров, ценных и опасных грузов, диспетчеризацией общественного или специального автотранспорта, геологическими экспедициями, нефте- и газодобывающей отраслью и др. Кроме того, терминал может быть использован для передачи информации аварийной сигнализации,как при движении транспортного средства, так и на его отстое, а также для контроля параметров бортовых систем и состояния перевозимого груза и объекта и передачи сообщений о текущей ситуации и возникновении внештатных ситуаций в транспортном средстве. Полезная модель относится к области навигации,а именно к системам определения местоположения подвижных объектов (транспортных средств) по сигналам космических навигационных систем и их мониторинга с целью контроля и слежения за их перемещением с использованием спутниковых каналов связи . Область применения охватывает сферы, связанные с перевозками пассажиров,ценных и опасных грузов,диспетчеризацией общественного или специального автотранспорта, геологическими экспедициями,нефте- и газодобывающей отраслью и др. Кроме того, терминал может быть использован для передачи информации аварийной сигнализации, как при движении транспортного средства, так и на его отстое, а также для контроля параметров бортовых систем и состояния перевозимого груза и объекта и передачи сообщений о текущей ситуации и возникновении внештатных ситуаций в транспортном средстве. Из уровня техники известна подсистема навигации,связи и контроля состояния транспортного средства (Патент на полезную модель , 102444, кл. Н 04 В 7/00, 2011). Подсистема содержит, по меньшей мере, корпус в котором установлены источник питания промышленного компьютера, источник питания станции спутниковой связи, схема защиты от переполюсовки, выполненная с возможностью подключения к системе электрического питания транспортного средства, приемник - ГЛОНАСС/ сигналов, трансивер станции спутниковой связи и промышленный компьютер с сенсорным монитором, вынесенным на поверхность корпуса, на корпусе размещены разъемы для подключения, по меньшей мере, антенны спутниковой связи и антенны приемника ГЛОНАСС/ сигналов,причем источники питания подключены к выходам схемы защиты от переполюсовки, при этом программное обеспечение промышленного компьютера выполнено с возможностью отображения на мониторе местоположения транспортного средства в масштабе реального времени, обеспечения возможности отправления экстренного сообщения в ситуационный центр,сбора и передачи информации от датчиков,установленных на транспортном средстве, передачи информации о местоположении транспортного средства в ситуационный центр по каналам спутниковой связи или по каналам , причем оборудование ГЛОНАСС/, состоящее из приемника сигнала ГЛОНАСС/, соединено с антенной ГЛОНАСС/ и промышленным компьютером, в который передается информация о географических координатах транспортного средства и осуществляется визуализация представленных данных с использованием географических карт, промышленный компьютер соединен со спутниковой станцией,с использованием которой организован канал передачи данных с ситуационным центром. Транспортное средство представляет собой железнодорожный вагон, оснащенный, по меньшей 2 мере, одним датчиком состояния буксы с радиоканалом, одним датчиком температуры с радиоканалом в вагоне, одним датчиком с радиоканалом несанкционированного открывания дверей,одним датчиком с радиоканалом целостности окон и/или крыши,датчик включения/выключения электрического генератора вагона, один датчик напряжения аккумуляторной батареи, датчик открывания электрощита вагона. Недостаток указанной подсистемы навигации,связи и контроля состояния транспортного средства устройства заключается в том, что она является разнесенной и требует обеспечения электропитания для каждого отдельного модуля, представляющего собой датчик контроля параметров объекта. Данный недостаток не позволяет обеспечить необходимый уровень автономности системы, а также не позволяет применять систему в транспортных железнодорожных вагонах, в которых отсутствует энергоснабжение. Известен, также, спутниковый телематический терминал (Патент на полезную модель 116259,кл. 08 1/123, 08 25/10 60 25/00, 2012),включающий антенну ГЛОНАСС/, память, трехосевой механический акселерометр,навигационный приемник ГЛОНАСС/,консольный порт, резервный источник питания,модуль внешнего электропитания, управляющий микроконтроллер,модуль управления электропитанием спутникового телематического терминала, термодатчик, -модем с антенной,модуль для подключения интерфейсных устройств,светодиодные индикаторы и спутниковый модемс антенной, при этом выход антенны ГЛОНАСС/ соединен с входом навигационного приемника ГЛОНАСС/, вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом управляющего микроконтроллера,вход-выход-памяти соединен с первым входом-выходом управляющего микроконтроллера, вход-выход консольного порта соединен с третьим входом-выходом управляющего микроконтроллера,выход трехосевого механического акселерометра соединен с входом управляющего микроконтроллера,выход термодатчика соединен с вторым входом модуля управления электропитанием спутникового телематического терминала, первый вход которого соединен с выходом модуля внешнего электропитания и резервного источника электропитания, выход управляющего микроконтроллера соединен со светодиодными индикаторами, пятый вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом модуля подключения интерфейсных устройств, шестой вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом спутникового модемас антенной, седьмой вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом-модема с антенной, выход модуля управления электропитанием спутникового телематического терминала соединен со всеми устройствами,входящими в спутниковый телематический терминал. Данный терминал используется для приема,преобразования,обработки сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) и выдачи результатов решения навигационной задачи- навигационных параметров (времени, координат,вектора путевой скорости) подвижного объекта. Терминал способен обеспечить необходимый уровень интеграции в различные виды транспортных средств. Кроме того, конструкция данного терминала включает в себя датчик ускорения/вибрации (акселерометр), что позволяет,при правильном размещении, контролировать показатели безопасности передвижения транспортного средства. Однако и он не позволяет обеспечить соответствующий уровень автономности работы системы контроля подвижных объектов. Наиболее близким к заявляемой полезной модели, по совокупности признаков, является абонентский телематический терминал с /УКВ модемом (Патент на полезную модель ,103686, кл. Н 04 В 7/26, 2011), в состав которого входят плата управляющего контроллера, на которой расположены управляющий микроконтроллер, /УКВ модем, датчик ускорения, в качестве которого используется трехосевой механический акселерометр, -память,приемник/ГЛОНАСС,технологические входы/выходы, на входы которых подаются команды управления от пользователя, а также аккумулятор, светодиодные индикаторы, антенна ГЛОНАСС/, подключенная к радиочастотному входу приемника ГЛОНАСС/, -антенна,подключенная к радиочастотному разъему/УКВ модема, а также ноутбук или персональный компьютер,карманный персональный компьютер, имеющие доступ к сети Интернет,при этом выходы приемника ГЛОНАСС/ подключены к управляющему микроконтроллеру,информационные выходы которого подключены к входам трехосевого механического акселерометра, выходы /УКВ модема подключены к входам управляющего микроконтроллера,информационные выходы которого подключены к -памяти, управляющий микроконтроллер оборудован портом для его программирования,представляющим собой технологические входы/выходы,выходы аккумулятора подключены к плате управляющего контролера,сигнальные выходы которой подключены к светодиодным индикаторам,интеллектуальный коммутатор питания, который содержит два 32-разрядных и два 16-разрядных таймера, сторожевой таймер, малопотребляющие часы реального времени с независимым питанием и отдельным входом тактирования и выполнен с возможностью работы в трех режимах пониженного потребления, запуска из дежурного режима сигналом внешнего прерывания или сигналом от часов реального времени и возможностью программирования внутри системыи внутри приложения , при помощи программы загрузчика. Работа абонентского терминала основана на использовании принципа определения местоположения подвижного объекта по сигналами проведения мониторинга подвижного объекта с использованием телематического сервера,связь с которым осуществляется по протоколу/. К недостаткам абонентского телематического терминала относится то, что он не обеспечивает работоспособности в местах отсутствия сигнала базовых станций , что сокращает сферу его применения в местах, удаленных от населенных пунктов и автодорог, покрываемых сигналом базовых станций сотовой связи. Недостаток вышеописанных устройств заключается в том, что они не решают задачи обеспечения автономности для применения в местах отсутствия штатного энергоснабжения. Другим недостатком известных устройств является то, что они имеют узкую сферу применения и малую гибкость для решения разного рода задач. Кроме того, устройство известных аналогов не обеспечивает необходимый уровень защиты от негативных внешних воздействий, таких как температура, механическая вибрация, влажность,что также негативно сказывается на сокращении сферы применения перечисленных аналогов. Таким образом, все известные устройства имеют ограниченную область применения и сложную конструкцию. Задачей заявленной полезной модели является устранение вышеперечисленных недостатков,известных из уровня техники, абонентских терминалов. Технический результат заявленной полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей, обеспечении автономности работы устройства,реализации гибкой схемы развертывания с возможностью взаимодействия терминалов между собой, снижении затрат на передачу данных,а также возможности подключения дополнительных датчиков. Указанный технический результат при использовании полезной модели достигается тем,что предлагаемый мобильный терминал спутниковой связи так же, как известный телематический терминал,включает плату управляющего контроллера,на которой расположены управляюший микроконтралер/УКВ модем, датчик ускорения, -память,приемник ГЛОНАСС/, а также аккумуляторную батарею, блок индикации, антенну ГЛОНАСС/,подключенную к радиочастотному входу приемника ГЛОНАСС/ и -антенну, подключенную к радиочастотному разъему /УКВ модема. Однако, в отличии от известного терминала, для достижения указанного технического результата,предлагаемый мобильный терминал спутниковой связи оснащен интерфейсным разъемом для обеспечения возможности подключения дополнительных датчиков с использованием протокола взаимодействия расширяет сферу применения терминала и его функциональность. Кроме того, согласно заявленной полезной модели,указанный технический результат достигается тем, что введены модем спутниковой связии спутниковая антенна, для обеспечения возможности передачи данных в любой географической точке, независимо от зоны покрытия сигналом сетиУказанный результат достигается также тем, что для обеспечения возможности взаимодействия терминалов между собой в целях сокращения затрат на спутниковую передачу данных и на используемую конфигурацию терминалов терминал дополнен сетевым модулем . Для обеспечения автономности работы в терминал дополнительно введены солнечная батарея и контроллер солнечной батареи и заряда аккумулятора, для управления процессом заряда аккумуляторной батареи и продления ее срока службы. Кроме того, для расширения функциональных возможностей введен датчик температуры. При этом мобильный терминал спутниковой связи выполнен таким образом, что электронные компоненты,а именно управляющий микроконтроллер, модем , модем ,навигационный приемник,сетевой модуль(акселерометр) - заключены в защищенный корпус,на котором расположен блок индикации,интерфейсный разъем и электрические разъемы для подключения навигационной антенны, спутниковой антенны, антенныи солнечной батареи. Для лучшего понимания сущность настоящей полезной модели далее поясняется с привлечением графических материалов. На фиг.1 представлена блок-схема схема мобильного терминала спутниковой связи. На фиг.2 изображен внешний вид терминала и его внешних компонентов. Мобильный терминал спутниковой связи включает в себя корпус , внутри которого располагается плата управляющего микроконтроллера 1, на которой размещены управляющий микроконтроллер 2,с подключенными к нему энергонезависимой памятью 3, спутниковым модемом 4, связанным со спутниковой антенной 16, модемом 5,соединенным с антенной 17, навигационным приемником 6 с навигационной -антенной 18, беспроводнным сетевым модулем 7 и датчиками температуры 8 и ускорения 9 размещенные на корпусеинтерфейсный разъем 10,блок индикации 11 а также аккумуляторная батарея 12, электрически соединенная с расположенными на плате управляющего микроконтроллера 1, блоком питания 13 и контроллером солнечной батареи и заряда аккумулятора 14, кроме того, электрически связанная с контроллером солнечная батарея 15,расположенная вне корпуса терминала подключается через разъем 19. Внешние датчикиподключают к расположенному на корпусе 4 интерфейсному разъему 10. Спутниковую антенну 16, антенну 17 и навигационную -антенну 18 подключают к расположенным на корпусе радиовыходам спутникового модема ,модемаи навигационного приемника соответственно 20, 21 и 22. Предлагаемый мобильный терминал спутниковой связи работает следующим образом. Навигационный приемник 6 определяет текущие пространственные координаты подвижного объекта,такие как широта, долгота, высота, а также направление и скорость перемещения объекта по сигналам, принимаемым навигационной антенной 18, подключенной к радиовыходу 22 навигационного приемника, от спутникови передает их на вход управляющего микроконтроллера 2, где они обрабатываются по специальному алгоритму. Данные о контролируемых параметрах с выходов встроенных датчиков 8 и 9 (фиг.1) и выходов внешних датчиков поступают на вход управляющего микроконтроллера 2, где они также обрабатываются по специальному алгоритму. Обработка данных показаний встроенных датчиков 8 и 9, а также показаний подключаемых к интерфейсному разъему 10 внешних датчиков ,проводится микроконтроллером 2 на предмет превышения граничных значений этих показаний для определения степени опасности состояния объекта/груза. Если значения показаний датчиков не выходят за пределы граничных значения, заранее настроенных в программном обеспечении терминала, то микроконтроллер 2 передает данные показаний датчиков вместе с данными о местоположении подвижного объекта в энергонезависимую -память 3, записанными в периодическом режиме с предварительно настроенным в терминале интервалом времени. Датчик ускорения 9 способен выдавать значения ускорения/вибрации, действующей на объект/груз во всех трех плоскостях измерений. При этом интерфейсный разъем 10 поддерживает работу с внешними датчикамипо протоколу , что обеспечивает возможность подключения практически любого типа датчиков, как с аналоговой, так и с цифровой формой сигнала на выходе. При необходимости к интерфейсному разъему 10 могут быть подключены датчики,расширяющие функциональные возможности терминала, такие как датчик радиации, датчик открытия транспортного контейнера, внешний датчик температуры, датчик давления и другие. Если значения какое-либо контролируемого параметра выходят за допустимые пределы, то терминал инициирует экстренную отправку данных,содержащих сведения о местоположении подвижного объекта и показания датчиков в данный момент времени,в диспетчерский центр,осуществляющий мониторинг этого объекта. Эти данные передаются через спутниковый модем 4 и спутниковую антенну 16,подключенную к радиовыходу 20 спутникового модема , посредством спутника связии наземной станции сопряжения. Причем если попытка установления соединения со спутником оказалась неуспешной,что возможно ввиду постоянного движения космических спутников, то терминал повторяет попытку отправки до тех пор, пока не передаст данные. Подтверждение отправки данных терминал формирует по сообщениям спутника связи. Если терминал находится в зоне покрытия сигналом базовой станции сотовой сети связи, то отправка данных осуществляется через модем 5 и -антенну 17 посредством базовой станции сети сотовой связи - в целях экономии расходов на передачу данных. В случае установки нескольких терминалов в вагонах одного железнодорожного состава,терминалы связываются между собой посредством беспроводного сетевого модуля 7 по беспроводной связи . Данные со всех терминалов аккумулируются в одном терминале(главный терминал) и передаются в диспетчерский центр с этого терминала. Данная мера также направлена на экономию трафика и сокращение расходов на передачу данных. Все режимы работы мобильного терминала обозначаются на блоке индикации 11 посредством комбинации светодиодов. При возникновении неполадок в работе одного или нескольких модулей терминала на блоке индикации начинает мерцать индикатор ошибки. Если возникшая ошибка не мешает передаче данных в диспетчерский центр, то терминал формирует сообщение с информацией об ошибке и передает ее в диспетчерский центр. В светлое время суток осуществляется подзарядка аккумулятора 12 от подключенной к электрическому разъему 19 солнечной батареи 15,напряжение от которой подается на контроллер 14 солнечной батареи и заряда аккумулятора и распределяется между блоком питания 13 и аккумуляторной батареей 12. В пасмурную погоду и в ночное время суток электропитание терминала производится от аккумуляторной батареи 12. Сравнительный анализ с известными терминалами показал, что заявленное техническое решение отличается расширенной функциональностью, глобальной зоной действия,автономностью функционирования, гибкостью развертывания, способностью взаимодействовать между другими терминалами по беспроводной связи стандарта . Защищенный корпус мобильного спутникового терминала связи предоставляет необходимый уровень защиты компонентов устройства от влаги,пыли и вибрации, а интерфейсный разъем позволяет подключать к терминалу дополнительные внешние датчики для контроля опасных объектов, а также процесса перевозки критически важных грузов и пассажиров. Использование устройства мобильного терминала спутниковой связи предлагаемой конструкции исключает возможность недоступности контролируемого объекта в местах отсутствия сотовой связи , так как он способен функционировать с использованием для передачи данных, как сотовых сетей связи стандарта ,так и с использованием спутниковой связи. Реализованные в контроллере солнечной батареи и заряда аккумулятора эффективные алгоритмы заряда аккумуляторной батареи,позволяют оптимально расходовать электрическую энергию и обеспечивать автономную работу устройства, а также исключают вероятность отключения терминала при пропадании энергоснабжения на контролируемом объекте или на объектах, где отсутствует штатное энергоснабжение. При этом полностью сокращаются затраты, связанные с подведением линий электропередачи или установке генераторов на горючем топливе. Применение мобильного спутникового терминала связи снижает вероятность возникновения чрезвычайной ситуации и аварий,имеющих катастрофические последствия за счет своевременного информирования о местоположении контролируемого объекта, его параметров и параметров перевозимого груза. Реализация предлагаемого мобильного терминала спутниковой связи не вызывает затруднений, так как все входящие в него отдельно взятые блоки и узлы общеизвестны, широко описаны в технической литературе и могут быть использованы при выполнении предлагаемого терминала без дополнительной доработки. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Мобильный терминал спутниковой связи,включающий плату управляющего контроллера, на которой расположены управляющий микроконтроллер,/УКВ модем, датчик ускорения,-память, приемник ГЛОНАСС/,подключенную к радиочастотному входу приемника ГЛОНАСС /,- антенну, подключенную к радиочастотному разъему/УКВ модема,отличающийся тем, что введены связанные с управляющим микроконтроллером датчик температуры, модем спутниковой связии спутниковая антенна, сетевой модуль ,интерфейсный разъем для обеспечения возможности подключения необходимых дополнительных датчиков, таких как датчик радиации, датчик открытия транспортного контейнера и других, с использованием протокола взаимодействия, кроме того, для управления процессом заряда аккумуляторной батареи и продления ее срока службы дополнительно введены солнечная батарея и контроллер солнечной батареи и заряда аккумулятора. 2. Терминал спутниковой связи по п.1,отличающийся тем, что электронные компоненты,а именно управляющий микроконтроллер и подключенные к нему модем , модем 5 расположены блок индикации, интерфейсный разъем и разъемы для подключения навигационной антенны, спутниковой антенны, антенныи солнечной батареи.