Маршрутный регистратор системы передачи данных

 

            Анотація

В даній бакалаврській роботі розроблено безпровідний маршрутний контролер  транспортних засобів. В процесі  виконання було  розроблено схему  електричну принципову рухомого комунікаційного  блоку та функціональну схему  пульту центрального спостереження. Проведено проектування мережі передавання даних для м. Вінниця та Вінницького району, розраховану на 3 тис. транспортних засобів. Крім того був докладно описаний принцип побудови мереж передавання даних стандарту DECT. Проведено комп’ютерне моделювання рухомого комунікаційного блоку системи. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The annotation

 

In this diploma project is developed wireless system for controlling the movement of public transport. In the process of implementation of diploma project was developed scheme, the principal unit of mobile communication and functional diagram of the remote central monitoring. A network design data to the Vinnitsa and Vinnitsa region, estimated at 3 thousand vehicles. Also described in detail the principle of networking standard DECT. A computer simulation of network traffic and movable block.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

Спеціалісти, інженери та науковці усіх розвинених країн працюють над проблемою  зменшення небезпеки при пересуванні  па автодорогам у приватних, та особливо у громадських транспортних засобах (ТЗ). Для вирішення цієї проблеми вже запропоновано безліч проектів, але одним з пріоритетних напрямків роботи у цій галузі є оснащення ТЗ пристроями віддаленого контролю та спостереження за станом ТЗ, фізичним  станом водія, та ін.

Зведення цих даних із звітами  про завантаженість доріг та наявність  заторів у русі, а також метеозводкою та аналогічною інформацією від інших ТЗ дає змогу побудувати єдину інформаційну мережу із відповідними службами моніторингу та підтримки. У сукупності ці заходи могли б зменшити небезпеку при пересуванні за допомогою громадських ТЗ. До того ж завдяки використанню даної системи з’являється можливість оперативного коригуванню маршруту руху.

Розроблювана система складається  з трьох складових частин: системи  бездротової передавачі інформації; пульту центрального спостереження, та рухомих комунікаційних модулів (РКМ) у сукупності із відповідними давачами та виконавчими пристроями.

Враховуючи, що передавачі РКМ постійно ввімкнені слід обирати безпроводовий  зв'язок, що не шкодить здоров’ю пасажирів  та водія. Це досягається завдяки  використанню радіомодулів стандарту DECT.

Зазвичай в подібних системах використовують радіоінтерфейс стандарту GSM, але використання радіоінтерфейсу стандарту DECT має  свої переваги, серед яких:

- неліцензійність;

- сама висока швидкість передачі  серед усіх TDMA стандартів;

- існування різних систем DECT у  спільному частотному діапазоні  без необхідності частотного  планування;

- сумісність обладнання різних  виробників (при наявності GAP);

- низький рівень випромінювання.

Використання сучасного методу безпроводової передачі даних, використання сучасних схемних рішень, мікропроцесорних засобів приладобудування, та гострота проблеми, для боротьби з якою проектується дана розробка обумовлюю сучасність та актуальність даної розробки.

 

1 Аналіз літературних  джерел та техніко-економічне обґрунтування доцільності розробки маршрутного реєстратора ТЗ

1.1 Суть технічної проблеми

 

 

У великих містах гостро стоїть проблема забрудненої екології. Для боротьби із цим явищем великі промислові об’єкти  виносять за межі міст, та лімітують  шкідливі відходи тих, що неможливо винести за межі міста. Але максимальна частина шкідливих речовин створюються не промисловістю, а автотранспортом.

Боротись із цим явищем можна  лише за допомогою  побудови потужних та розгалужених систем міського громадського транспорту. Поява таких мереж, в свою чергу створює необхідність у виникненні механізмів та засобів моніторингу та віддаленого керування рухом громадського транспорту, яка б підвищила продуктивність праці диспетчерських пунктів та гнучкість системи міського транспорту в цілому.

Отже постає проблема збору, обробки  та передавання даних між ТЗ та диспетчерськими пунктами. Слід зазначити, що міський транспорт це одна з  важливіших систем комунікацій сучасного  міста, тому може підвергатись спробам  саботування та зриву її роботи з боку хакерів та хуліганів. Тому розроблювана система повинна характеризуватись підвищеною «живучістю» та мати механізми криптозахисту.

1.2 Огляд відомих засобів віддаленого  спостереження та керування

 

Зазвичай засоби віддаленого спостереження та керування мають схожу структуру, та розрізняються лише кількістю, типом давачів та виконавчих пристроїв та типом бездротового зв’язку.

В якості давачів можуть використовуватись стандартний набор давачів, якими оснащений кожен з автомобілів, серед яких спідометр, давачі рівня та тиску моторного мастила, палива, та давачі, що сповіщають про занятість пасажирського місця. Також можуть використовуватись спеціалізовані давачі, наприклад безконтактні давачі температури тіла водія, та аналізатор  складу повітря в кабіні водія, що аналізує наявність парів спирту, диму від горіння та ін.

В якості виконавчих пристроїв можуть використовуватись системи пожежогасіння, сповіщення про нештатні ситуації водія та пасажирів, вимкнення двигуна та аварійного гальмування, а також обмін із водієм інформацією у мовному вигляді.

В якості радіомодулів можуть використовуватись модулі Wi-Fi, Wi-MAX, GSM, DECT та інші.

Блок керування зазвичай будується у вигляді мікропроцесорного пристрою. Це дозволяє зробити пристрій надійним, гнучким у налаштуванні та зменшити його вартість.  

Пульт центрального спостереження  оснащений лише виходом у мережу Internet, статичною IP адресою, відповідним програмним забезпеченням, та криптографічним процесором реалізованим програмно.

1.3 Обґрунтування необхідності розробки нового технічного рішення

 

Існуючи на даний час на ринку розробки і  цій сфері характеризуються спрощеним  набором функцій, використанням  незручних систем зв’язку (в основному  використовується радіозв’язок у неліцензійному діапазоні частот), що спричиняє значні обмеження щільності розташування мобільних об’єктів та інтенсивність трафіку таких мереж. Крім того вітчизняні розробки відрізняються високою ціною та низькою надійністю.

Отже існує  незадовільна потреба у гнучких  системах із розширеним набором функцій, високою «живучістю», та невисокою вартістю.

1.4 Вибір та опис прототипу

 

В якості аналога  системи, що проектується оберемо радіонавігаційну систему керування транспортом  «APKO-R». Цей пристрій призначений  для запису маршруту (час, координати, курс, швидкість) в енергонезалежну флеш-пам'ять (режим «чорний ящик»), передачі маршрутних даних в комп'ютер по УКХ-каналу в діапазоні 433 МГц через базову станцію "APKO-B" з дальністю зв'язку до 50 м. Має у своєму складі вбудований трансивер RFM TR3000 швидкість передачі даних 115200 бод. Має у своєму складі вбудований GPS-приймач Lassen IQ. Обсяг пам'яті - (1 Мб) 49000 маршрутних точок,  до 3 місяців автономної роботи. Оснащений процесором ATMEGA128L-8AU.  
Надає можливість перегляду записаного маршруту на фоні електронної карти регіону з можливістю роздрукування звітів.

Ще одним аналогом виступає система «APKO-BT1», яка характеризується наступними можливостями:

- запис маршруту (час, координати, курс, швидкість) в енергонезалежну флеш-пам'ять (режим «чорний ящик »);

- передача маршрутних даних через Bluetooth 2.0 з дальністю зв'язку    10 м;

- вбудований модуль LMX9838;

- вбудований GPS-приймач Leadtek GPS 9952 module (LR9552) з patch-антеною або 16-канальний ГЛОНАСС / GPS-приймач МНП-М3;

- обсяг пам'яті - (2 Мб) 84000 маршрутних точок, до 6 місяців автономної роботи;

- процесор ATMEGA162-16;

- перегляд записаного маршруту на тлі електронної карти регіону з можливістю роздрукування звітів;

- розрахунок пробігу на борту.

             У таблиці 1.1 зведено основні показники розроблюваної системи та аналогів.

 

Таблиця 1.1 – Техніко-економічні показники приладу та аналогів

№	Показники	Одиниця виміру	APKO-R	APKO-BT1	Прилад що проектується
1	Дальність передавання	м	500	100	5000
2	Споживана потужність	Вт	5	2	1
3	Маса	Кг	0,5	0,4	0,4

 

 

 

 Слід зазначити що аналоги мають декілька недоліків, яких можна позбавитись використовуючи радіоінтерфейс DECT, а саме:

- мала дальності передавання інформації;

- досить обмежена щільність розташування абонентів;

- висока вартість системи;

- значний рівень НВЧ випромінювання.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Принцип побудови мережі передачі даних стандарту DECT

2.1 Принцип побудови мережі стандарту  DECT

 

Історично стандарт DECT був призначений  позбавити користувачів телефонних апаратів від з’єднувальних дротів. З розвитком інтегральних напівпровідникових технологій телефони почали оснащувати прийомопередавальними блоками, з’явилися перші радіоподовжувачі. Це були звичайні аналогові телефони, в яких дроти були замінені радіотрактом. Це покоління телефонів називають СТ-0 (Cordless Telephone). Такі пристрої існують і зараз. Їх основне призначення – дозволити користувачеві вільно переміщуватись в радіусі десятків-сотень метрів від точки підключення до телефонної мережі. Головні недоліки таких пристроїв: відносно велика потужність  випромінювання (до 1 Вт), абсолютна відкритість для прослуховування, та несанкціонованого підключення до радіо тракту [10].

У 80-х роках у Європі з’явилися  системи стандарту СТ-1, ті ж  самі аналогові радіоподовжувачі, але з зачатками функцій сучасних бездротових систем зв’язку, такими як роумінг та переміщення між стільниками без порушення з’єднання [10].

Дійсним проривом було появлення цифрової специфікації СТ-2. Розроблена ця специфікація була в Великобританії в 1989 р. В 1992 ESTI прийняв CAI/ST-2 в якості європейського стандарту. На основі СТ-2 була побудована мережа Tclepoint, яка отримала достатньо широке розповсюдження в усьому світі. В ній фактично вперше була реалізована мікростільникова архітектура.  Але після різкого зниження цін на послуги стільникового зв’язку в другій половині 90-х років інтерес до них впав.

На початку 90-х років з’явилися  системи на основі стандарту СТ-3 фірми Ericsson. Вони були встановлені в  ряді країн, але скоро увага європейської телекомунікаційної спільноти переключилась на нову специфікацію Digital European Cordless Telecommunications DECT. Порівняльні характеристики даних стандартів наведені у таблиці 1.1 [9]. 

У1988р. новий стандарт був схвалений  конференцією європейських адміністрацій пошти та електрозв’язку (СЕРТ). Під нього був виділений діапазон 1880-1900 МГц. У1992 р. ETSI публікує перші специфікації DECT – ETS 300 176 та 176 (DECT Common Interface (CI) та DECT Approval Test Specification відповідно). В цих документах були закладені базові основи DECT.

За оцінками 2009 року, DECT прийнятий  більш, ніж в 100 країнах, а число  абонентських пристроїв DECT в світі  наближається до 50 мільйонів.

Фактично DECT це набір специфікацій, визначаючий радіоінтерфейси для різноманітних видів мереж зв’язку та обладнання.  Найважливіша задача  DECT це забезпечення сумісності обладнання різних виробників, заради цього був розроблений ряд профілів взаємодії різноманітних систем. У 1994 р. з’явився перший з них, уніфікований профіль доступу GAP (Generic Access Profile) – EST 300 444. Він визначає роботу кінцевих пристроїв DECT (телефони, базові станції, бездротові офісні АТС) для усіх мереж мовного зв’язку зі смугою пропускного мовного тракту 3,1 кГц. Пізніше з’явилися профілі взаємодії DECT та GSM, DECT та ISDN, взаємодії абонентів з обмеженою мобільністю з мережами загального користування (Cordless Terminal Mobility, CTM), з засобами абонентського радіодоступу (Radio Local Loop, RLL). Організація самих мереж та пристроїв обладнання в стандарт не входять.

 

Таблиця 2.1 - Порівняльні характеристики цифрових стандартів пікостільникових систем зв'язку

Назва стандарту	СТ-2	СТ-3	DECT
Діапазон робочих частот, МГц	864-868,2	862-866	1880-1900
Спосіб розділення каналів	FDMA	ТDMA	ТDMA
Ширина смуги каналу, МГц	0,1	1	1,728
Організація дуплексного зв’язку	TDD	TDD	TDD
Кодування мови	ADPCM	-	ADPCM
Кількість каналів, яку підтримує  БС	26	32	120
Потужність передавача мВт	1000	-	10-250

 

Існує також еквівалент стандарту DECT, розроблений в США, відомий як PWT (personal wireless communications - персональні бездротові комунікації). У таблиці 2.2 наведені деякі основні параметри стандартів DECT і PWT [17,18].

 

Таблиця 2.2 -  Параметри систем DECT та PWT

Назва параметру	DECT	PWT
Ширина смуги частот	20 МГц	20 МГц
Смуга частот	від 1,88 до 1,9 ГГц	від 1,91 до 1,92 ГГц
Схема доступу	TDD/TDMA/FDMA	TDD/TDMA/FDMA
Ширина носійної смуги частот	1,728 МГц	1,25 МГц
Кількість носій них	10	8
Кількість каналів на одну носійну	12	12
Загальна кількість каналів	120	96
Переключення	Можливе	Можливе
Швидкість передавання даних	1,152 Мбіт/с	1,152 Мбіт/с
Швидкість передавання мови	32 кбіт/с	32 кбіт/с
Швидкість кодування мови	ADPCM	ADPCM
Тип модуляції	Гаусова FSK	π/4 DQPSK
Максимальна вихідна потужність	250 мВт	90 мВт
Середня вихідна потужність	10 мВт	10 мВт
Максимальний радіус стільника	30-100 м	30-100 м