WO2018086156A1 - 一种多功能的车载节点及使用车载节点构建的车载网络 - Google Patents

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何怡刚
罗旗舞
史露强
吴裕庭
时国龙
何鎏璐
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何怡刚
罗旗舞
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    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks

Definitions

  • the present invention relates to the field of in-vehicle monitoring and communication, and more particularly to a multifunctional in-vehicle node and an in-vehicle network constructed using an in-vehicle node.
  • the sensor module and the GPS module are respectively used for sensing the vehicle interior environment information and the vehicle location information, and both of them are bidirectionally connected with the MCU module, and the MCU module wakes up the sensor module and the GPS module and configures related parameters, and the sensor module and the GPS module will The sensing information is transmitted to the MCU module;
  • FIG. 4 is a schematic structural diagram of an RFID module of the in-vehicle node shown in FIG. 1;
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of an in-vehicle network constructed by using an in-vehicle node according to the present invention.
  • the GPS module U03 is bidirectionally connected with the MCU module U04, the MCU module U04 wakes up the GPS module U03 and configures relevant parameters; the GPS module U03 is used to receive the GPS position information of the monitored vehicle and transmit the information to the MCU module U04.
  • the MCU module U04 is respectively connected to the RFID module U05 and the Bluetooth module U06, and the MCU module U04 wakes up the RFID module U05 and the Bluetooth module U06 and configures related parameters, and transmits the received GPS position information and the vehicle internal environment information to the RFID module U05.
  • the Bluetooth module U06 and wirelessly communicate with external devices through the EPC protocol and the Bluetooth protocol, respectively.
  • the GPS module U03 in the in-vehicle node U0 includes a GPS chip U031 and a GPS antenna UO32.
  • the GPS antenna U032 operates at a frequency of 1575 MHz.
  • the GPS chip U031 of the present invention uses a UBLOX NEO-6M chip and is bidirectionally connected to the MCU module.
  • the TCP/IP packet is transmitted to the server U6 via the Internet and stored in the database U7.

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Abstract

一种多功能的车载节点及使用车载节点构建的车载网络。车载节点用于完成被监测车辆的位置信息和车载内部环境信息的采集。车载节点包括电源模块、传感器模块、GPS模块、MCU模块、RFID模块和蓝牙模块；传感器模块和GPS模块用于感知车载环境信息和车辆位置信息。车载网络包括车载节点、GPS卫星、RFID阅读器、网关、智能手机、互联网、服务器和数据库；车载节点将感知信息分为两路，一路通过RFID阅读器、网关、互联网传送到服务器并存储到数据库；另一路通过智能手机、互联网传送到服务器并存储到数据库。本发明具有GPS定位、车载环境感知、车辆在地下车库的定位与防盗、ETC等功能。

Description

一种多功能的车载节点及使用车载节点构建的车载网络 技术领域
本发明涉及车载监测和通信领域，更具体的说是涉及一种多功能的车载节点及使用车载节点构建的车载网络。
背景技术
随着经济社会发展，人民生活水平提高，到2015年底，我国的汽车保有量达到1.72亿辆，对智能车载节点的需求也越来越强烈。申请号为201310024322.5，公开号为103944948A《对车载网络进行配置的方法和智能车载终端》发明了一种车载网络终端，但是该终端仅仅是一个通信装置，可以实现不同车载终端之间的通信。申请号为201510023930.3，公开号为104601701《车载网络设备和车载网络实现方法》发明了一种车载网络设备用于接收移动网络信号，并将移动网络信号转换为WIFI信号，以提供无线网络热点服务。申请号为201410709223.5，公开号为104506207A《一种车载网络通信设备》发明了一种车载网络通信设备，具有WIFI热点功能和4G上网功能，能够连接4G网络，并将4G信号通过WIFI热点分享给车内用户。
上述车载终端都没有实现对车载内部环境的实时监测。其次GPS技术是目前主流的汽车定位方式，但当汽车在地下车库中，GPS信号无法接收时，汽车的定位和防盗也成为一个难题。
发明内容
本发明所要解决的问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种多功能的车载节点及使用车载节点构建的车载网络。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一种多功能的车载节点，包括电源模块、传感器模块、GPS模块、MCU模块、RFID模块和蓝牙模块。
所述电源模块可以采用锂电池或车载电源，电源模块用于给传感器模块、GPS模块、MCU模块、RFID模块和蓝牙模块提供能量；
所述传感器模块和GPS模块分别用于感知车载内部环境信息和车辆位置信息，它们都与MCU模块双向连接，MCU模块对传感器模块和GPS模块进行唤醒操作并配置相关参数，传感器模块和GPS模块将感知信息传送给MCU模块；
所述MCU模块分别与RFID模块和蓝牙模块相连，MCU模块对RFID模块和蓝牙模块进行唤醒和相关参数配置，并将接收到的车辆位置信息和车载内部环境信息传送到RFID模块和蓝牙模块；
所述RFID模块将MCU模块传送的数据信息打包成符合EPC协议的EPC数据包，并通过EPC协议与RFID阅读器无线通信；
所述蓝牙模块将MCU模块传送的数据信息打包成符合蓝牙协议的IEEE 802.15.1数据包，通过IEEE 802.15.1协议与智能手机实现信息交互。
进一步，所述车载节点中的传感器模块包括温湿度传感器、3轴加速度传感器和CO传感器。
所述温湿度传感器用于感知车载内部温度信息和湿度信息；
所述3轴加速度传感器用于感知车辆的颠簸震动信息；
所述CO传感器用于感知车载内部空气中CO的浓度信息；
不失一般性地，本发明中温湿度传感器和3轴加速度传感器分别采用TI HDC1000和ADXL346芯片，它们的通信方式为I2C总线，因此温湿度传感器和3轴加速度传感器均通过I2C总线与MCU模块双向连接，MCU模块对温湿度传感器和3轴加速度传感器进行唤醒操作并配置相关参数，温湿度传感器和3轴加速度传感器把感知的信息传送至MCU模块；CO传感器采用FIGARO TGS2442型号的传感器，该传感器为模拟传感器,MCU模块通过GPIO口对其进行唤醒和参数配置，其感知CO浓度信息后，将数据送至MCU模块中的ADC进行模拟-数字转 换。
进一步，所述车载节点中GPS模块包括GPS芯片和GPS天线。
所述GPS天线的工作频率为1575MHz；
所述GPS芯片与MCU模块双向连接，不失一般性地，本发明中的GPS芯片采用UBLOX NEO-6M芯片。
进一步，所述车载节点中RFID模块包括RFID芯片和RFID天线。所述RFID天线的工作频率为915MHz。不失一般性地，本发明中所述RFID芯片采用FUJITSU MB97R804A。
进一步，所述车载节点中蓝牙模块包括蓝牙芯片和蓝牙天线。所述蓝牙天线的工作频率为2.4GHz。不失一般性地，本发明中所述蓝牙芯片采用NORDIC NRF51822。
一种使用如前所述车载节点构建的车载网络，包括车载节点、GPS卫星、RFID阅读器、网关、智能手机、互联网、服务器和数据库。
所述RFID阅读器和智能手机均与车载节点双向连接；所述车载节点用于完成被监测车辆的位置信息和车载内部环境信息的采集，并将信息分为两路，第一路打包为符合RFID通信协议的EPC数据包，传送至RFID阅读器；第二路打包为符合蓝牙协议的IEEE 802.15.1数据包，传送至智能手机；
所述RFID阅读器与网关双向连接，RFID阅读器将接收到的EPC数据包传送至网关；
所述网关与互联网通过以太网通信方式相连，并将接收到的EPC数据包按照TCP/IP相关协议的规定，重新打包成符合以太网标准的数据格式；
所述智能手机与互联网通过3G/4G网络相连，并将IEEE 802.15.1数据包重新打包为符合TCP/IP协议的数据包；
TCP/IP数据包通过互联网传送到服务器，并被存储到数据库中；
相反，智能手机可以通过互联网和服务器查询数据库中的历史数据，并根据需要对车载节点发送命令；服务器也可以通过互联网、网关和RFID阅读器对车载节点发送命令。
应用于地下停车场时，RFID阅读器可固定放置在地下停车场中。
本发明之多功能的车载节点具有功能多的特点，可以满足车辆的多种需要，具体功能如下：
(1)用于定位车辆实时GPS位置信息。
(2)用于实时监测车载内部环境信息。
(3)支持蓝牙和RFID两种通信方式。
(4)因为本发明之多功能的车载节点支持RFID通信方式，所以具有ETC(Electronic Toll Collection,不停车电子收费***)终端的功能。
(5)在地下停车场中，GPS信号非常微弱，无法满足车辆定位的需求。RFID室内定位方法刚好可以做到室内的准确定位。本发明中的RFID模块可以实现车辆与固定放置在停车场中的RFID阅读器之间的通信，完成车辆在地下停车场中的定位，具有防盗功能。
附图说明
图1为本发明之多功能的车载节点的结构示意图；
图2为图1所示车载节点的传感器模块的结构示意图；
图3为图1所示车载节点的GPS模块的结构示意图；
图4为图1所示车载节点的RFID模块的结构示意图；
图5为图1所示车载节点的蓝牙模块的结构示意图；
图6为本发明之使用车载节点构建的车载网络的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明之多功能的车载节点U0包括电源模块U01、传感器模块U02、GPS模块U03、MCU模块U04、RFID模块UO5和蓝牙模块U06。
电源模块U01给传感器模块U02、GPS模块U03、MCU模块U04、 RFID模块UO5和蓝牙模块U06提供能量。本发明中电源模块U01可以为锂电池或车载电源。
传感器模块U02与MCU模块U04双向连接，MCU模块U04对传感器模块U02进行唤醒操作，并配置相关参数；传感器模块U02用于监测车载内部环境信息，并将信息传输到MCU模块U04中。
GPS模块U03与MCU模块U04双向连接，MCU模块U04对GPS模块U03进行唤醒操作，并配置相关参数；GPS模块U03用来接收被监测车辆的GPS位置信息，并将信息传输到MCU模块U04中。
MCU模块U04分别与RFID模块U05和蓝牙模块U06相连，MCU模块U04对RFID模块U05和蓝牙模块U06进行唤醒和相关参数配置，并将接收到的GPS位置信息和车载内部环境信息传送到RFID模块U05和蓝牙模块U06中，并分别通过EPC协议和蓝牙协议与外部设备无线通信。
参照图2，车载节点U0中的传感器模块U02包括温湿度传感器U021、3轴加速度传感器U022和CO传感器U023。温湿度传感器U021用于感知车载内部的温度和湿度信息，3轴加速度传感器U022用于感知车辆的颠簸震动信息，CO传感器U023用于感知车载内部空气中CO的浓度信息。
不失一般性地，本发明中温湿度传感器U021和3轴加速度传感器U022分别采用TI HDC1000和ADXL346芯片，它们的通信方式为I2C总线，因此温湿度传感器U021和3轴加速度传感器U022与MCU模块U04通过I2C总线双向连接，MCU模块U04对温湿度传感器U021和3轴加速度传感器U022进行唤醒操作并配置相关参数，温湿度传感器U021和3轴加速度传感器U022把感知的信息传送至MCU模块U04。
不失一般性地，本发明中CO传感器U023采用FIGARO TGS2442型号的传感器，该传感器为模拟传感器。因此MCU模块U04通过GPIO口对其进行唤醒和参数配置，其感知CO浓度信息后，将数据送至MCU模块U04中的ADC进行模拟-数字转换。
参照图3，车载节点U0中的GPS模块U03包括GPS芯片U031和GPS天线UO32。GPS天线U032的工作频率为1575MHz。不失一般性地，本发明中的GPS芯片U031采用UBLOX NEO-6M芯片，与MCU模块双向连接。
参照图4，车载节点U0中的RFID模块U05包括RFID芯片U051和RFID天线UO52。RFID天线U052的工作频率为915MHz。不失一般性地，本发明中的RFID芯片采用FUJITSU MB97R804A。
参照图5，车载节点U0中的蓝牙模块U06包括蓝牙芯片U061和蓝牙天线UO62。蓝牙天线U062的工作频率为2.4GHz。不失一般性地，本发明中的蓝牙芯片采用NORDIC NRF51822。
本发明之多功能的车载节点具有以下功能：
(1)因为节点上集成了GPS模块，该车载节点可以用于定位车辆实时GPS位置信息。
(2)因为节点上集成了多种传感器，该车载节点可以用于实时监测车载内部环境信息。
(3)因为节点上集成了蓝牙模块和RFID模块，该车载节点支持蓝牙和RFID两种通信方式。
(4)因为节点上集成了RFID模块，该车载节点具有ETC(Electronic Toll Collection,不停车电子收费***)终端的功能。
(5)在地下停车场中，GPS信号非常微弱，无法满足车辆定位的需求。RFID室内定位方法刚好可以做到室内的准确定位，本发明中的RFID模块可以实现车辆与固定放置在停车场中的RFID阅读器之间的通信，完成车辆在地下停车场中的定位，具有很好的防盗功能。
参照图6，本发明之使用如前所述车载节点构建的车载网络，包括车载节点U0、GPS卫星U1、RFID阅读器U2、网关U3、智能手机U4、互联网U5、服务器U6和数据库U7。
车载节点U0用于完成被监测车辆的位置信息和车载内部环境信息的采集，并将信息分为两路，第一路打包为符合RFID通信协议的EPC数据包，传送至RFID阅读器U2；第二路打包为符合蓝牙协议的 IEEE 802.15.1数据包，传送至智能手机U4。
RFID阅读器U2与网关U3相连，EPC数据包传送至网关U3。网关U3与互联网U5通过以太网通信方式相连，并将接收到的EPC数据包重新按照TCP/IP相关协议的规定，重新打包成符合以太网标准的数据格式。
智能手机U4与互联网U5通过3G/4G网络相连，并将IEEE 802.15.1数据包重新打包为符合TCP/IP协议的数据包。
TCP/IP数据包通过互联网传送到服务器U6，并被存储到数据库U7中。
相反，智能手机U4可以通过互联网U5和服务器U6查询数据库U7中的历史数据，并根据需要对车载节点U0发送命令；服务器U6也可以通过互联网U5、网关U3和RFID阅读器U2对车载节点发送命令。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

  1. 一种多功能的车载节点，其特征在于，包括电源模块、传感器模块、GPS模块、MCU模块、RFID模块和蓝牙模块；
    所述电源模块采用锂电池或车载电源，电源模块用于给传感器模块、GPS模块、MCU模块、RFID模块和蓝牙模块提供能量；
    所述传感器模块和GPS模块分别用于感知车载环境信息和车辆位置信息，它们都与MCU模块双向连接，MCU模块对传感器模块和GPS模块进行唤醒操作并配置相关参数，传感器模块和GPS模块将感知信息传送给MCU模块；
    所述MCU模块分别与RFID模块和蓝牙模块相连，MCU模块对RFID模块和蓝牙模块进行唤醒和相关参数配置，并将接收到的车辆位置信息和车载内部环境信息传送到RFID模块和蓝牙模块；
    所述RFID模块将MCU模块传送的数据信息打包成符合EPC协议的EPC数据包，并通过EPC协议与RFID阅读器无线通信；
    所述蓝牙模块将MCU模块传送的数据信息打包成符合蓝牙协议的IEEE 802.15.1数据包，通过IEEE 802.15.1协议与智能手机实现信息交互。
  2. 根据权利要求1所述的多功能的车载节点，其特征在于，传感器模块包括温湿度传感器、3轴加速度传感器和CO传感器；
    所述温湿度传感器用于感知车载内部温度信息和湿度信息；
    所述3轴加速度传感器用于感知车辆的颠簸震动信息；
    所述CO传感器用于感知车载内部空气中CO的浓度信息。
  3. 根据权利要求1所述的多功能的车载节点，其特征在于，GPS模块包括GPS芯片和GPS天线，所述GPS天线的工作频率为1575MHz；所述GPS芯片与MCU模块双向连接。
  4. 根据权利要求1所述的多功能的车载节点，其特征在于，RFID模块包括RFID芯片和RFID天线，所述RFID天线的工作频率为915MHz。
  5. 根据权利要求1所述的多功能的车载节点，其特征在于，蓝牙模块包括蓝牙芯片和蓝牙天线，所述蓝牙天线的工作频率为2.4GHz。
  6. 一种使用如权利要求1-5任一项所述多功能的车载节点构建的车载网络，其特征在于，包括车载节点、GPS卫星、RFID阅读器、网关、智能手机、互联网、服务器和数据库；
    所述RFID阅读器和智能手机均与车载节点双向连接；所述车载节点用于完成被监测车辆的位置信息和车载内部环境信息的采集，并将信息分为两路，第一路打包为符合RFID通信协议的EPC数据包，传送至RFID阅读器；第二路打包为符合蓝牙协议的IEEE 802.15.1数据包，传送至智能手机；
    所述RFID阅读器与网关双向连接，RFID阅读器将接收到的EPC数据包传送至网关；
    所述网关与互联网通过以太网通信方式相连，并将接收到的EPC数据包按照TCP/IP相关协议的规定，重新打包成符合以太网标准的数据格式；TCP/IP数据包通过互联网传送到服务器，并被存储到数据库中；
    所述智能手机与互联网通过3G/4G网络相连，并将IEEE 802.15.1数据包重新打包为符合TCP/IP协议的数据包；TCP/IP数据包通过互联网传送到服务器，并被存储到数据库中；
    所述智能手机通过互联网和服务器查询数据库中的历史数据，并根据需要对车载节点发送命令；
    所述服务器通过互联网、网关和RFID阅读器对车载节点发送命令。
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