CN103346959A

CN103346959A - 一种行业车辆用车载网关

Info

Publication number: CN103346959A
Application number: CN2013103105157A
Authority: CN
Inventors: 曾波; 张恩光; 戴晓天; 陈自若; 杨盛; 华国栋; 高洋; 孙力斌
Original assignee: NANJING CITY LINKAGE SYSTEM INTEGRATION CO Ltd
Current assignee: NANJING CITY LINKAGE SYSTEM INTEGRATION CO Ltd
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2013-10-09

Abstract

本发明的一种行业车辆用车载网关包括电源模块、MCU模块、GPS模块、ACC检测模块、震动传感模块、GPRS模块、Flash模块以及LED指示模块；MCU模块的输入端分别连接GPS模块、ACC检测模块和震动传感模块；MCU模块的输出端分别连接GPRS模块、Flash模块以及LED指示模块，电源模块分别连接各个模块，并为各个模块提供工作电压。本发明功能多样、低功耗、性能稳定。

Description

一种行业车辆用车载网关

技术领域

本发明涉及车联网建设***中的行业车辆监管与服务领域，特别涉及一种基于嵌入式低功耗***设计的行业车辆用车载网关。

背景技术

随着我国工业化进程不断推进，行业车辆发展迅速，数量与日俱增，各行业主管单位对其车辆的监管需求也在不断增多。本发明所述车载网关是汽车物联网服务运营***中的一个必备设备。目前国内外一些公司已经开发出了类似的车载网关产品，但总体上来说其功能比较单一，性能也很一般，特别是功耗较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的车载网关产品功能单一，性能一般，功耗较大。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种行业车辆用车载网关，包括电源模块、MCU模块、GPS模块、ACC检测模块、震动传感模块、GPRS模块、Flash模块以及LED指示模块；MCU模块的输入端分别连接GPS模块、ACC检测模块和震动传感模块；MCU模块的输出端分别连接GPRS模块、Flash模块以及LED指示模块，电源模块分别连接各个模块，并为各个模块提供工作电压。

通过各个模块的集成，达到车载网关的功能多样的目的，ACC检测模块可实现远程ACC点火监测服务；通过震动传感模块可实现远程车辆震动监测服务；通过GPS模块可实现远程车辆定位监管服务；此外，当ACC检测模块检测到车辆在熄火时,车载网关在MCU模块的控制下自动进入休眠状态，保证汽车电瓶电量的消耗在规定范围，达到了降低产品运行功耗的效果。

为保障车辆在故障或事故下可及时救助，还设有SOS检测模块，包括SOS开关，所述SOS开关一端与MCU的一个IO口连接，另一端接地。正常情况下，SOS检测对应的IO口内上拉为高电平；当SOS开关按下时，对应的IO将会被接地拉低，依此来检测SOS脉冲信号。

为有效的防止电压反接、电路过流、电压过高等带来设备受损的现象发生，所述电源模块包括9~36V宽电压输入的电源芯片，所述电源芯片设有一输入、两输出的电源保护电路，两路输出端各连接一电压转换单元，所述电压转换单元包括顺次串联的前级整理滤波电路、电压转换电路、后级滤波电路，转换后的电压输出，一路输出3.3V，一路输出4.0V。选用9~36V宽电压输入的电源芯片，使得电源模块支持宽电压输入，既可适配12V电瓶***的车辆又可适配24V电瓶***的车辆。

作为本发明的一种改进方案，所述MCU模块包括微控制器，以及与微控制器连接的电源滤波及隔离电路、复位电路、程序下载电路、晶振电路以及***配置电路；所述微控制器支持在线仿真的嵌入式芯片，其通过电源滤波及隔离电路连接电源模块，且与GPS模块、ACC检测模块、震动传感模块、GPRS模块、Flash模块以及LED指示模块连接并进行信息交互。所述的***配置电路均采用现有的常规配置电路。

为保证接收GPS定位卫星信号的稳定、及时，所述GPS模块包括电源控制电路、电源保护及滤波电路、定位电路、GPS天线电路以及与微控制器进行通信的RS232串口电路；电源控制电路输入端连接电源模块，输出端通过电源保护及滤波电路连接定位电路、GPS天线电路以及RS232串口电路，GPS天线电路的输出端通过连接定位电路的输入端，定位电路的输出端连接RS232串口电路的输入端。采用外接GPS定位天线的模式，保证接收GPS定位卫星信号的相对稳定可靠，选用RS232串口通信模式将GPS信息实时传送给MCU进行处理；此外，通过电源保护及滤波电路和定位电路的串联使用，达到通过软件滤波方法解决现有车载网关定位时的静态飘逸问题。

为保证了检测模块的安全可靠，所述ACC检测模块包括光耦电平转换电路，该电路的输入端用以采集车载ACC点火信号，输出端连接MCU模块。设计采用光耦电平转换电路将车载ACC点火信号无失真地转换为TTL电平信号，供MCU进行识别检测，保证了检测模块的安全可靠。

作为本发明的一种改进方案，所述震动传感器模块包括震动传感器、信号采集电路，震动传感器的输出端连接信号采集电路的输入端，信号采集电路的输出端通过I2C总线与MCU进行信息交互。

为保证车载网关的实时高效通信，所述GPRS模块包括电源保护及滤波电路、通信电路、状态指示电路、GPRS天线电路、SIM卡接口电路以及与MCU进行通信的RS232串口电路；电源模块通过电源保护及滤波电路分别连接通信电路、状态指示电路、GPRS天线电路、SIM卡接口电路，GPRS天线电路的输出端连接通讯电路的输入端，通讯电路的输出端分别连接状态指示电路、SIM卡接口电路和RS232串口电路。采用外接GPRS天线的模式，保证接收GPRS通信网络的相对稳定可靠；此外，通过电源保护及滤波电路，可有效防止了通信时电流较大所产生的电压跌落。

作为本发明的一种改进方案，所述Flash模块采用外部Flash模块，通过SPI接口总线与MCU进行数据交互。采用外部Flash模块，方便数据存储扩展以及程序升级；通过SPI接口总线与MCU进行数据交互，保证了数据传输的实时稳定可靠，方便了数据存储空间的扩展及程序版本的在线下载更新。

作为本发明的一种改进方案，所述LED指示模块包括车载网关电源指示灯、通信指示灯、定位状态指示灯，三个指示灯均通过IO口连接MCU模块。

本发明的优点是：在满足GPS远程监管车辆功能的同时增强了软硬件设计，电源模块支持了宽电压输入，解决了电压反接、电路过流以及电压过高等带来的设备受损问题；增加了SOS一键求助功能，保障了车辆在故障或事故下的及时救助；增加了静态定位软件滤波处理，解决了静态定位时的飘逸问题；增加了通信模块供电电路保护设计，防止了通信时大电流所产生的电压跌落；增强了远程交互功能，实现了远程管理、维护及升级等；采用了低功耗设计，提高了在停车模式下车载网关的待机时间。

附图说明

图1为本发明所述车载网关工作原理框图；

图2为本发明实施时外形结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明所述车载网关包括电源模块1-2、MCU模块1-1、GPS模块1-9、ACC检测模块1-8、震动传感模块1-7、SOS检测模块1-6、GPRS模块1-3、Flash模块1-4以及LED指示模块1-5。

电源模块1-2可将9~36V的直流电压分别转换为3.3V、4.0V的电压供其他各模块工作使用。MCU模块1-1与GPS模块1-3通过RS232串口进行通信，接收GPS模块接收到的位置与时间信息。MCU模块1-1通过IO口检测来自ACC检测模块1-8的车辆ACC点火信号，判断车辆的启停状态。MCU模块1-1与震动传感模块1-7通过I2C接口进行通信，检测车辆的震动情况。MCU模块1-1与GPRS模块1-3通过RS232接口通信，传递车辆的定位信息、时间信息、启停状态信息、报警信息等。MCU模块1-1与Flash模块1-4通过SPI接口进行通信，存储GSP断点数据等。MCU模块1-1通过IO控制LED指示模块1-5，指示工作与休眠状态、GPS定位状态、GPRS通信状态。

MCU模块1-1：包括微控制器，以及与微控制器连接的电源滤波及隔离电路、复位电路、程序下载电路、晶振电路以及***配置电路；所述微控制器支持在线仿真的嵌入式芯片，其通过电源滤波及隔离电路连接电源模块，且与GPS模块、ACC检测模块、震动传感模块、GPRS模块、Flash模块以及LED指示模块连接并进行信息交互。微控制器采用现有的可编程的、高时效、满足接口需求、并支持在线仿真的嵌入式芯片，作为本发明的中枢，与其他模块进行信息交互。

电源模块1-2：包括9~36V宽电压输入的电源芯片，所述电源芯片设有一输入、两输出的电源保护电路，两路输出端各连接一电压转换单元，所述电压转换单元包括顺次串联的前级整理滤波电路、电压转换电路、后级滤波电路，转换后的电压输出，一路输出3.3V，一路输出4.0V。4.0V输出连接GPRS模块，其他模块均与3.3V输出连接。

GPRS模块1-3：包括电源保护及滤波电路、通信电路、状态指示电路、GPRS天线电路、SIM卡接口电路以及与MCU进行通信的RS232串口电路；电源模块通过电源保护及滤波电路分别连接通信电路、状态指示电路、GPRS天线电路、SIM卡接口电路，GPRS天线电路的输出端连接通讯电路的输入端，通讯电路的输出端分别连接状态指示电路、SIM卡接口电路和RS232串口电路。采用外接GPRS天线的模式，保证接收GPRS通信网络的相对稳定可靠，选用RS232串口通信模式与MCU进行信息的交互。车载网关通过GPRS通信向服务平台发送汽车的位置信息、时间信息、状态信息等，并且接收来自服务平台的应答信号、配置命令信息等。

Flash模块1-4：采用方便数据存储扩展以及程序升级的外部Flash模块设计。通过SPI接口总线与MCU进行数据交互，保证了数据传输的实时稳定可靠，方便了数据存储空间的扩展及程序版本的在线下载更新。

LED指示模块1-5：包括车载网关电源指示灯、通信指示灯、定位状态指示灯，三个指示灯均通过IO口连接MCU模块。MCU可通过IO口分别控制其指示当前对应的状态。PWR电源状态指示灯（绿色LED灯）：指示车载网关ATB10的休眠与工作状态。当此灯常绿时，表示车载网关为工作状态；当此灯熄灭时，表示车载网关为休眠状态。GPS状态指示灯（绿色LED灯）：用来指示车载网关的GPS卫星定位情况。当此灯常绿时，表示GPS定位正常；当此灯熄灭时，表示GPS定位异常。GSM通信指示灯（绿色LED灯）：用来指示车载网关与汽车物联网服务运营平台的无线通信状态是否正常。此绿灯常绿时，表示GSM通信正常；此绿灯熄灭时，表示GSM通信异常。

SOS检测模块1-6：包括SOS开关，所述SOS开关一端与MCU的一个IO口连接，另一端接地。采用SOS开关将MCU的一个IO口接地或断开的方法检测SOS信号。正常情况下，SOS检测对应的IO口内上拉为高电平；当SOS开关按下时，对应的IO将会被接地拉低，依此来检测SOS脉冲信号。

震动传感器模块1-7：包括震动传感器、信号采集电路，震动传感器的输出端连接信号采集电路的输入端，信号采集电路的输出端通过I2C总线与MCU进行信息交互。

ACC检测模块1-8：包括光耦电平转换电路，该电路的输入端用以采集车载ACC点火信号，输出端连接MCU模块。设计采用光耦电平转换电路将车载ACC点火信号无失真地转换为TTL电平信号，供MCU进行识别检测，保证了检测模块的安全可靠。

GPS模块1-9：包括电源控制电路、电源保护及滤波电路、定位电路、GPS天线电路以及与微控制器进行通信的RS232串口电路；电源控制电路输入端连接电源模块，输出端通过电源保护及滤波电路连接定位电路、GPS天线电路以及RS232串口电路，GPS天线电路的输出端通过连接定位电路的输入端，定位电路的输出端连接RS232串口电路的输入端。采用外接GPS定位天线的模式，保证接收GPS定位卫星信号的相对稳定可靠，选用RS232串口通信模式将GPS信息实时传送给MCU进行处理；此外，通过电源保护及滤波电路和定位电路的串联使用，达到通过软件滤波方法解决现有车载网关定位时的静态飘逸问题。GPS主要实现网关的定位与授时功能，车载网关通过GPS模块1-9接收来自GPS卫星的位置信息和时间信息，如：经度、纬度、时间、时期等。

前述ACC检测模块1-8结合GPS模块1-9和震动传感器模块1-7可实现的两大功能：

其一，休眠与唤醒功能。休眠：当车载网关检测到车辆熄火（ACC关断）并且2分钟内没有检测到车辆震动，设备将进入休眠状态，功耗也随之降低。唤醒：当车载网关检测到车辆点火或车辆发生震动时，设备将唤醒进入工作状态，功耗也会随之上升。

其二，熄火后位置移动状态监测功能。当车辆熄火后（ACC关断），如果车辆位置发生移动，车载网关可以通过ACC状态监测、震动监测及GPS定位模块来监测车辆熄火后位置有无移动及移动的具体情况。应用功能点：如拖车告警等。

如图2所示，本发明所述车载网关的外形结构示意图包括：

正面板2-1、上侧面板2-2、右侧面板2-3、下侧面板2-4、左侧面板2-5、底面板2-6。其中正面板2-1中2-1a为本发明所示车载网关Logo标识，右侧面板2-3中2-3a为接地螺丝、2-3b为本发明所示车载网关接口、2-3c为本发明所示车载网关GSM外置天线接口、2-3d为本发明所示车载网关GPS外置天线接口；左侧面板2-5中2-5a为为本发明所示车载网关SIM卡插口、2-5b为本发明所示车载网关电源指示灯、GPS指示灯、GSM指示灯；底面板2-6中2-6a为本发明所示车载网关铭牌、2-6b为本发明所示车载网关条形码。

Claims

1.一种行业车辆用车载网关，其特征在于，包括电源模块、MCU模块、GPS模块、ACC检测模块、震动传感模块、GPRS模块、Flash模块以及LED指示模块；MCU模块的输入端分别连接GPS模块、ACC检测模块和震动传感模块；MCU模块的输出端分别连接GPRS模块、Flash模块以及LED指示模块，电源模块分别连接各个模块，并为各个模块提供工作电压。

2. 根据权利要求1所述的一种行业车辆用车载网关，其特征在于，还设有SOS检测模块，包括SOS开关，所述SOS开关一端与MCU的一个IO口连接，另一端接地。

3. 根据权利要求1或2所述的一种行业车辆用车载网关，其特征在于，所述电源模块包括9~36V宽电压输入的电源芯片，所述电源芯片设有一输入、两输出的电源保护电路，两路输出端各连接一电压转换单元，所述电压转换单元包括顺次串联的前级整理滤波电路、电压转换电路、后级滤波电路，转换后的电压输出，一路输出3.3V，一路输出4.0V。

4. 根据权利要求1或2所述的一种行业车辆用车载网关，其特征在于，所述MCU模块包括微控制器，以及与微控制器连接的电源滤波及隔离电路、复位电路、程序下载电路、晶振电路以及***配置电路；所述微控制器支持在线仿真的嵌入式芯片，其通过电源滤波及隔离电路连接电源模块，且与GPS模块、ACC检测模块、震动传感模块、GPRS模块、Flash模块以及LED指示模块连接并进行信息交互。

5. 根据权利要求1或2所述的一种行业车辆用车载网关，其特征在于，所述GPS模块包括电源控制电路、电源保护及滤波电路、定位电路、GPS天线电路以及与微控制器进行通信的RS232串口电路；电源控制电路输入端连接电源模块，输出端通过电源保护及滤波电路连接定位电路、GPS天线电路以及RS232串口电路，GPS天线电路的输出端通过连接定位电路的输入端，定位电路的输出端连接RS232串口电路的输入端。

6. 根据权利要求1或2所述的一种行业车辆用车载网关，其特征在于，所述ACC检测模块包括光耦电平转换电路，该电路的输入端用以采集车载ACC点火信号，输出端连接MCU模块。

7. 根据权利要求1或2所述的一种行业车辆用车载网关，其特征在于，所述震动传感器模块包括震动传感器、信号采集电路，震动传感器的输出端连接信号采集电路的输入端，信号采集电路的输出端通过I2C总线与MCU进行信息交互。

8. 根据权利要求1或2所述的一种行业车辆用车载网关，其特征在于，所述GPRS模块包括电源保护及滤波电路、通信电路、状态指示电路、GPRS天线电路、SIM卡接口电路以及与MCU进行通信的RS232串口电路；电源模块通过电源保护及滤波电路分别连接通信电路、状态指示电路、GPRS天线电路、SIM卡接口电路，GPRS天线电路的输出端连接通讯电路的输入端，通讯电路的输出端分别连接状态指示电路、SIM卡接口电路和RS232串口电路。

9. 根据权利要求1或2所述的一种行业车辆用车载网关，其特征在于，所述Flash模块采用外部Flash模块，通过SPI接口总线与MCU进行数据交互。

10. 根据权利要求1或2所述的一种行业车辆用车载网关，其特征在于，所述LED指示模块包括车载网关电源指示灯、通信指示灯、定位状态指示灯，三个指示灯均通过IO口连接MCU模块。