发明内容
本发明的目的在于,为克服上述问题,本发明提供了一种公交车载智能终端。
为实现上述目的,本发明提供了一种公交车载智能终端,所述终端包含:基于CPU的第一子系统和基于MCU的第二子系统。
所述第一子系统用于负责以下各模块的物理连接及数据层建立,完成系统内所有数据的统一存储、调度和使用,该子系统进一步包含与CPU单元相连的:
BD2/GPS导航模块,用于接收北斗二代导航系统和GPS的导航信号,实现双系统兼容定位,并通过串口输出标准的NMEA格式定位数据至CPU单元;视频/音频 处理模块,用于负责视频和音频信号的编解码处理;通信模块,用于与无线通信网的语音及数据通信,通过WiFi或蓝牙建立无线通信链路;身份识别模块,用于识别驾驶员的身份,读取记录驾驶员信息的IC卡所存储的信息;和供电及电源管理模块,用于对电源系统进行管理,能够根据所述CPU单元的命令断开某个功能模块的供电,实现节能降耗的目的。
所述第二子系统,用于负责与车身总线的连接、提供实时时钟及与其他外部传感器的接口,该子系统进一步与MCU单元包含:
OBD数据采集模块,用于通过车身总线采集车辆状态信息;一卡通模块,该模块通过RS485接口与车载一卡通刷卡终端通信,利用所述北斗/GPS兼容导航模块提供的位置信息获取每站的上、下车刷卡信息,同时向监控中心透传交易信息数据;报站器模块,用于采用RS485接口与报站器通信实现自动报站功能,通过RS485接口为报站器提供实时定位数据,还能够通过车端定位主动驱动报站器跳站报站;外部接口模块,包括RS232,485或RJ45接口,方便与具有标准接口的外部传感器通信,进行数据采集;实时时钟模块,用于维持本地时钟,通过BD2/GPS兼容导航模块进行校时;其中,所述的第二子系统的MCU单元受控于所述第一子系统的CPU单元。
上述第一子系统还包含:
惯性器件模块,用于测量车辆的姿态、位置与方向;FM模块,用于接收FM调频信号;授权控制模块,用于对某些保密信息进行加密和解密。
其中,所述惯性器件模块与北斗/GPS兼容导航信息获取模块通过松耦合方式实现组合导航,具体为:
当BD2/GPS导航模块不可用时,惯性器件仍能输出定位结果,导航模块可为惯性器件提供校准,避免长时定位的精度发散;当BD2/GPS导航模块能正常定位时,惯性器件的定位输出作为辅助信息,提高系统整体的定位精度及可靠性,具体为:将导航模块输出的位置、速度、钟差信息与惯性器件输出的位置、速度、姿态信息作为卡尔曼滤波的参数,建立观测方程,通过卡尔曼滤波算法递推,得到组合导航位置信息。
上述第一子系统基于如下内容对第二子系统进行控制:
第一子系统将BD2/GPS导航模块输出的时间位置信息,通过UART转发给第二子系统的MCU,并由第二子系统控制实时时钟模块维持一个与BD2/GPS导航模块同步的时钟,作为后续数据上报时的触发信号及时间标签;
第一子系统向第二子系统发送控制命令,驱动第二子系统将其获取的数据上报给 第一子系统,具体为:当第一子系统要求第二子系统上报一卡通刷卡数据时,第二子系统接到第一子系统发送的控制命令后,由第二子系统的MCU执行命令分别读取车载POS机的刷卡数据并打包按设定的格式传输给第一子系统;
第二子系统通过OBD数据采集模块对车辆行驶状态做持续的监控,会将逐秒采集到的数据打包传输给第一子系统;
第一子系统的电源管理模块向第二子系统发送电源控制命令,由第二子系统的MCU执行该电源控制命令,关闭暂时不需要工作的模块。
上述一卡通模块进一步包含:
同步控制子模块,用于从BD2/GPS导航模块采集标准NMEA时间位置信息并向POS机发送,使同一车辆的各POS机同步;
实时采集新增交易数据的子模块,用于:通过发送指令至不同的POS机,获取不同POS机上存储的刷卡数据,且POS机根据接收的指令自动跳站;POS机收到发送指令后上传新增的交易数据,并将已读取的数据置为已读;对每个车载POS机都执行相同的操作直至所有POS机的数据都读到车载终端;
其中,所述发送命令包含:POS机编号、命令内容;所述新增的交易数据包含:交易类型、上下车站号及余额,且上车刷卡数据仅包含上车站号及卡内余额,下车交易数据还包含下车站号、计费及余额信息;
数据处理及上传子模块,用于当所有POS机的数据均收集到后,车载终端统计当前车辆的上下车、车辆乘客数数据并会同新增的交易信息上传至数据中心,且上传至数据中心的数据包包括长组合短组两种,所述短组用于传客流数据,所述长组用于传输交易数据。
上述公交车载智能终端采用标准485接口与一卡通POS机相连;所述车载终端在两站中点位置向POS机发送指令,读取POS机刷卡数据。
与现有技术相比,本发明的技术优势在于:
基于北斗/GPS兼容定位的公交车载智能终端不仅具备导航定位,视音频处理,通信,身份识别,电源管理等功能,还具备车载电子设备数据汇聚及打包上传功能。车载终端采用北斗/GPS兼容导航定位模块,在定位精度、连续性、可靠性、可用性等性能上较单GPS具有明显提升;终端可采集一卡通刷卡数据并实时上传,不仅能掌握线路的客流状况为车辆调度提供数据支持,同时可取代繁琐费时的传统采集模式,提高整个系统的自动化、智能化水平;车载终端通过与报站器通信实现自动报站功能,可使司机专注车辆驾驶,不会为每站按键而分心;通过车辆总线数据的接 入,可使车里状态、油耗、驾驶状态等信息实时采集,为车辆油耗统计及驾驶员行为分析提供数据支持;终端可为车载其他电子设备提供标准的位置和时间信息,同时预留丰富的接口,方便功能扩展,如与车头尾及车身LED显示屏接口,实时动态的为车里分配线路,实现跨线动态调度,提高公交调度的智能化水平。
与现有技术相比,本发明的技术优势在于:
本发明涉及的车载智能终端作为车辆电子设备的数据汇聚终端,具有丰富的接口,可扩展多种功能和数据传输方式,便于车内电子设备的全面监控和数据传输。可将一卡通刷卡数据、车辆状态数据等汇聚、打包、传输,统一了传输方式,减少了资源浪费;为车辆电子设备提供时间位置信息,使各设备能协同配合,可为后台提供多种数据来源进行智能化分析应用,为智能公交建设奠定了技术基础。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述方法进行详细说明。
本发明的车载终端采用面向服务的硬件设计、软件架构和基于总线控制的模块化设计。
本发明的总体架构如图1所示:车载终端硬件架构包括:以CPU为核心的第一子系统和以MCU为核心的第二子系统。第一子系统主要包括BD2/GPS导航模块,视频和音频处理模块,通信模块,身份识别模块,供电及电源管理模块等功能模块;第二子系统为从系统,受第一子系统的控制,第二子系统包括:OBD数据采集模块、一卡通模块、报站器模块、外部接口模块、实时时钟模块等功能模块。
车载终端采用北斗/GPS导航模块,该模块与惯性器件配合,实现高可靠性导航 定位;该模块支持差分定位,结合地图匹配技术实现高精度定位功能。
上述高可靠性导航定位具体策略为:
BD2/GPS导航模块接收处理卫星导航信号,其定位效果收到信号质量的影响,一般需在室外信号正常的条件下使用;惯性导航不需要接收信号采用航迹推算的方式定位,可在无卫星信号环境下使用,但长时定位精度较差。BD2/GPS导航模块与惯性器件相结合,优势互补。在城市复杂道路环境中,当BD2/GPS导航模块不可用时,惯性器件仍能输出定位结果,导航模块可为惯性器件提供校准,避免长时定位的精度发散;在导航模块能正常定位时,惯性器件的定位输出作为辅助信息,提高系统整体的定位精度及可靠性,具体为:将导航模块输出的位置、速度、钟差等信息与惯性器件输出的位置、速度、姿态等信息作为卡尔曼滤波的参数,建立观测方程,通过卡尔曼滤波算法递推,得到组合导航位置信息。这种方法可发挥两类导航系统的优势,便于工程实现,是解决城市复杂道路环境定位问题的有效手段。
BD2/GPS导航模块可接收标准RTCM2.0格式的伪距差分信息,实现伪距差分定位,精度可达米级;利用现有导航地图数据,基于历史数据、当前车辆方位角信息、车辆行驶预测数据等数据建立基于坐标航向匹配的地图匹配算法,在地图上可实现高精度车辆定位与轨迹展示。
终端通过RS485接口与车载一卡通刷卡终端通信,利用位置信息辅助,实时获取每站的上下车刷卡信息;同时具备交易信息的数据透传功能。这里设计了与一卡通刷卡终端的通信交互协议及流程,如后文中的相关描述。
终端采用RS485接口与报站器通信实现自动报站功能;可通过RS485接口为报站器提供实时定位数据,也可以通过车端定位主动驱动报站器跳站报站;车端自身可以实现自动报站功能,可直接输出报站提示音。
终端利用OBD(On-board Diagnostic)协议转换芯片,实现车辆总线物理层、通信层,只需要利用MCU实现应用层数据提取;这样可进行车况监控、故障诊断、ECU升级,实时采集并监控车辆的行驶里程、车速、油门状态、刹车、发动机工况以及转向、开关门等信息。
终端可为车载其他电子设备提供标准的位置和时间信息,通过RS232或者RS485接口输出NMEA标准时间、位置信息,车端可输出1pps校时信号,供一卡通终端、报站器等设备时间同步或获取位置信息。
预留丰富的接口,可接入公交车辆多种电子设备,例如CAN、公交一卡通、车内LED屏幕、报站器等,可为环境亮度(背光控制),烟感,油耗检测仪等外部传感器及车载其他电子设备,提供RS232,485,USB,RJ45等扩展接口。支持多种信息传输手段,如GPRS,3G,WiFi等;软件易于二次开发,功能易扩展,可根据需求灵活定制;终端可接入多个信息平台,提供标准的信息输入输出接口。
实施例
基于北斗兼容的智能车载终端,结合卫星定位(BDS/GPS兼容)、车辆行驶记录仪、车载硬盘录像(DVR)、3G移动通信、RFID读卡、导航娱乐、车况检测等多种设备,通过一体化设计在一台设备中实现,可提高设备可靠性。通过与移动互联应用平台相结合,可实现对运营车辆的安全监控管理以及多种增值服务。
基于北斗兼容的智能车载终端采用面向服务的硬件设计、软件架构和基于总线控制的模块化设计。
硬件平台采用AM335X ARM Cortex-A8处理器,操作系统采用Linux嵌入式操作系统,内核版本2.6.28。显示屏采用6.2寸电阻触摸屏,屏幕分辨率800x480。卫星导航模块采用BD2/GPS兼容模块,通信模块采用中兴模块。终端结构尺寸针对前装设计。
硬件结构以单CPU为核心、MCU为控制主体的结构设计;MCU只负责部分电源管理功能以及与车身总线的连接。CPU负责所有模块物理连接及数据层建立,完成系统内所有数据的统一存储、调度和使用。
硬件的内部架构如图2所示,以CPU为核心的第一子系统通过UART接口与惯性器件、BD2/GPS导航模块及第二子系统的MCU单元相连接,第一子系统还分别通过BT656接口、I2S接口、GPIO接口与视频处理模块、音频处理模块和授权控制模块相连接;所述第二子系统的MCU单元分别通过各接口与温度传感器、OBD数据采集模块、一卡通模块、报站器模块相连,且第一子系统的CPU单元通过供电及电源管理模块向MCU单元发送控制指令,进而通过实时时钟控制各模块的断电操作。
车载终端的软件架构如图3所示。
车端软件架构主要包括操作系统内核和驱动,应用服务框架及具体应用三大部 分,采用模块化设计,可满足个性化定制要求。以下将分别介绍本发明的具体实施方案:
1、北斗/GPS兼容定位及标准位置时间信息输出
车载终端采用具有我国自主知识产权的北斗定位模块HX6330是一款支持北斗II(B1)和GPS L1的高性能集成模块,是一个完整的卫星定位接收设备,具备北斗与GPS定位自由切换、互相补偿的能力,同时具备全方位功能,能满足专业定位的严格要求与个人消费需要。该产品可应用于开发多种导航终端产品如:汽车导航、汽车保全系统、车辆监控及其他卫星定位应用等。
车载终端通过串口与北斗/GPS兼容导航模块通信完成位置信息的获取,北斗/GPS兼容模块能够实时的利用北斗和GPS导航系统信号解算出车辆的位置、时间、方向等信息,并通过标准的NMEA协议发送到车端主板。车载终端将位置信息与能耗等其他数据结合形成GPRS数据包,通过无线通信链路发送至监控中心。
导航模块输出引脚连接标准的RS232和RS485接口,输出标准的位置信息数据,为其他车载设备提供位置服务;导航模块的1PPS引脚也引出,作为高精度对时信号,扩展后可为其他设备校时。
2、一卡通刷卡数据的实时获取
本发明一种基于一卡通POS机与车载终端配合的公交客流数据实时获取方法,它主要包括如下几个步骤:
第一步:车载终端与POS机网络通过485接口通信,并提供标准的NMEA位置时间信息输出,使各POS机时间同步。
第二步:车载终端在两站中点位置逐个向POS机发送命令,POS机可根据命令自动跳站。发送的命令中包含了POS机编号及命令内容,POS机收到命令后上传新增的交易数据,数据包含了交易类型、上下车站号及余额等信息,上车刷卡数据只包含上车站号及卡内余额,下车交易数据还包含了下车站号、计费及余额信息,POS机会将已读取的数据置为已读,对每个车载POS机都执行相同的操作直至所有POS机的数据都读到车载终端。
第三步:当所有POS机的数据都收集到后,车载终端统计当前车辆的上下车、车辆乘客数等数据并会同新增的交易信息上传,上传数据中心的数据包包括长短两组,短的仅上传客流数据,长的传输交易数据。
本发明采用标准485接口实现车载智能终端与一卡通POS机的通信,485接口一般是车载终端及一卡通POS机的标准配置,具体如图4所示。
设计车载终端与刷卡器根据约定好的交互协议握手通信,实现实时采集刷卡数据功能。车载终端从导航模块采集标准NMEA时间位置信息并向POS机发送,为POS机提供时间同步服务;车载终端可通过发送指令给不同的POS机,获取不同POS机上存储的刷卡数据。
车载终端在两站中点位置向POS机发送命令,读取POS机刷卡数据;车载终端能够区分上下车刷卡数据并进行统计,进而获得每站的车辆客流信息;车载终端还可根据需要将加密的交易数据实时上传至后台,具体流程如图5所示。
车载终端首先向POS1发命令,命令格式如表1所示,每两个字段间用逗号隔开;上传新增的交易数据,格式如表2所示,判断上下车客流信息,生成交易数据,POS1将已上传的数据置为已读;然后依次类推,向POS2,3,4发送命令,执行相同的操作。当所有POS机的数据都收集到后,统计当前车辆的上下车、车辆乘客数等数据并会同新增的交易信息上传,上传数据中心的数据包包括长组和短组两个,短组仅上传客流数据格式如表3所示,长组传输交易数据格式如表4所示。
表1下发命令格式
包头 |
POS机号 |
命令 |
校验 |
结束 |
$A5BA |
0x01-04 |
SHCH |
XX |
‘\r\n’ |
表2上传数据格式
包头 |
POS机号 |
新增数据总数 |
第1条类型 |
第1条上车站号 |
$A5CA |
0x01-04 |
XXXX |
SCSK |
XX |
第1条余额 |
第2条类型 |
第2条上车站号 |
第2条下车站号 |
XXXX |
XCJS |
XX |
XX |
第2条计费 |
第2条余额 |
。。。。 |
校验 |
结束 |
XXXX |
XXXX |
|
XX |
‘\r\n’ |
表3上传数据中心客流数据格式
表4上传数据中心交易数据格式
。。。 |
上车站号n |
下车站号n |
计费n |
余额n |
校验 |
结束 |
|
XX |
XX |
XXXX |
XXXX |
XX |
‘\r\n’ |
车载终端通过485接口向POS机提供位置/时间信息,使各POS机的计时与UTC时间同步;POS机接收到命令后自动跳站,省去了司机每到一站按跳站键的烦恼。针对两次刷卡车辆,城市一卡通比较普及的地区,车载终端可提供可靠的客流数据采集,而对于1次刷卡计费的车辆则需要通过估算或者安装客流计数器来计算客流,车载终端为客流计数器提供通信接口。
3、OBD车辆状态数据采集
通过车载OBD接口获取车况状态,实时对里程、速度、油门状态以及转向、开关门等信息进行监测并显示在用户界面;还可进行ECU控制程序升级(可选,需厂家提供通讯协议)。
OBD数据采集功能示意如图6所示,通过该图可知要实现OBD数据采集的目的,所述OBD数据采集模块进一步包含:总线驱动电路和OBD协议转换芯片,且OBD协议转换芯片与第二子系统的MCU单元相连。
所述总线驱动电路用于与不同的OBD协议进行硬件接口。OBD协议转换芯片完成OBD协议的物理层和数据链路层及部分应用层,实现了OBD控制器功能,通过接收MCU单元的命令完成OBD数据的收发,且MCU单元能够根据需要提取出不同数据帧中的有用信息,如里程、速度、油门状态以及转向、开关门等。
目前协议转换芯片已可支持16种常规的汽车通讯协议,可跟现在的大部分汽车的各种控制模块进行诊断通讯。能支持大部分汽车OBDII及专用的诊断应用。该协议转换芯片支持的协议有:
表5支持协议表
J1850PWM |
41.6kb/s FORD |
J1850VPW |
10.4kb/s GM/Chrysler |
[0092]
ISO9141-2 |
5baud init自动波特率 |
ISO14230(KWP2000) |
5Buad init10.4kb/s |
ISO14230(KWP2000) |
fast init10.4kb/s |
ISO15765 |
ID11bits500KBPS |
ISO15765 |
ID29bits500KBPS |
ISO15765 |
ID11bits250KBPS |
ISO15765 |
ID29bits250KBPS |
J1939 |
ID29bits250KBPS |
4、车载报站器通信接口
按照《QC/T705-2004客车电子报站器》标准规定,采用RS485接口实现自动报站器与外部设备的通信,针对具体情况,提供三种解决方案:
●车载终端通过485接口向报站器发送位置信息,采用标准NMEA格式,报站器根据位置信息选择播报信息;
●车载终端根据位置信息驱动报站器,向报站器发送跳站,报站等指令,指令格式如表6所示:
表6报站器接收指令格式
其中命令字段包括:TIZH,跳站指令;BAZH,报站指令;TISHx,提示指令x。
车载终端集成报站器功能,直接输出播报语音至车辆扬声器。
5、车载终端扩展接口
车载终端具有丰富的外部接口,具有极高的灵活性和可扩展性:
表7车载终端接口功能表
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。