Дипломная работа: Мобільний термінал охоронної системи для автомобіля

Дипломная работа: Мобільний термінал охоронної системи для автомобіля

Мобільний термінал охоронної системи для автомобіля

Анотація

Проведений аналіз методів побудови охоронних систем з використанням можливостей глобальної системи позиціонування GPS та каналів GSM зв’язку; вдосконалений мобільний термінал охоронної системи для автомобіля шляхом введення акустичного каналу передачі даних та модернізації тракту живлення; розрахований мікрофонний тракт та параметри імпульсних джерел живлення, підібрана і обґрунтована елементна база мобільного терміналу охоронної системи; спроектований друкований вузол та проведені розрахунки, які підтверджують його працездатність та відповідність його параметрів вимогам технічного завдання; підтверджена економічна доцільність запуску виробу у виробництво; дана оцінка умовам виробництва та охорони праці.

Результатом проведеної роботи є набір конструкторської документації, необхідний для виготовлення мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля.

Аннотация

Проведен анализ методов построения охранных систем с использованием возможностей глобальной системы позиционирования GPS и каналов GSM связи; усовершенствован мобильный терминал охранной системы для автомобиля путем введения акустического канала передачи данных и модернизации тракта питания; рассчитан микрофонный тракт и параметры импульсных источников питания; подобрана и обоснована элементная база мобильного терминала охранной системы; спроектирован печатный узел и проведены расчеты, подтверждающие его работоспособность и соответствие его параметров требованиям технического задания; подтверждена экономическая целесообразность запуска изделия в производство; дана оценка условиям производства и охраны труда.

Результатом проведенной работы стал комплект конструкторской документации, необходимый для изготовления мобильного терминала охранной системы для автомобиля.

Annotation

The methods analysis of security systems construction hardware-assisted with the possibilities of global positioning system GPS and communication channels GSM is carried out; the mobile terminal of security system for the car is improved by introduction of an acoustical data channel and reengineering the section of a power supply; the microphone section and parameters of pulsed feeding sources are rated; the element baseline of the mobile terminal of security system is selected and proved; the printed board assembly is designed and the calculations confirming its service capability and conformity of its parameters to demands of the technical project are carried out; the economic feasibility of production start-up of the hardware product is confirmed; the conditions of production and labour safeties are estimated.

The complete set of the design documentation necessary for manufacturing of the mobile terminal of security system for the car became the result of the spent work.

Найменування та область застосування

Мобільний термінал охоронної системи автомобіля для дистанційного контролю координат об'єктів в режимі реального часу з використанням супутникової системи навігації "NAVSTAR" та каналів мобільного зв’язку стандарту GPRS.

1.  Підстава для розробки

Підставою для виконання роботи є навчальний план спеціальності "Виробництво електронних засобів" і завдання на дипломне проектування.

2.  Мета та призначення розробки

Метою роботи є розробка мобільного терміналу для дистанційного контролю координат об'єктів, що рухаються, в режимі реального часу в складі охоронної системи, що задовольняє умовам ТЗ, має підвищений рівень точності, надійності, економічності та зручності експлуатації та естетичний зовнішній вигляд.

3.  Джерела розробки

Схема електрична принципова КЮГИ.467479.091 РЭ, видана на підприємстві ТОВ "АВІАРМ" м. Київ.

4.  Технічні вимоги

4.1.  Склад мобільного терміналу

6.2.1.  Моноплата;

6.2.2.  Корпус;

6.2.3.  Акумулятор;

6.2.4.  Суміщена GPS/GSM антена.

4.2.  Показники призначення

5.2.1. Максимальна кількість контрольованих базою даних об’єктів – 100.

5.2.2.  Підтримка систем навігації – GPS, GALILEO.

5.2.3. Використання мереж GSM/GPRS і якості каналу передачі інформації

5.2.4.  Максимальний час визначення місцеположення, не більше 30 с

5.2.5.  Точність визначення місцеположення, не більше ............. 2,5 м

5.2.6.   Автономність роботи мобільного терміналу в режимі GSM/GPRS , не більше                   24 год.

5.2.7. Об’єм бази даних мобільного терміналу – до 100000 записів.

5.2.8. Можливість контролю встановлених на автомобілі давачів – відкривання дверей, багажника, вікон та ін.

5.2.9. Можливість трансляції аудіо інформації на диспетчерський центр.

5.2.10.  Напруга живлення…………………………від 9,5 до 35 В.

5.2.11.  Середній споживаний струм при напрузі живлення 12 В,

не більше………………………………………………...........110 мА

5.2.10.  Час роботи від внутрішньої акумуляторної батареї при температурі 20°С, не менше………………………………………...…4 год.

5.3.  Вимоги до електромагнітної сумісності

Пристрій повинен відповідати вимогам до електромагнітної сумісності і індустріальним радіозавадам згідно ГОСТ 22505-83.

5.4.  Умови експлуатації

5.4.1.  Робоча температура

мінімальна........................................................................... мінус 10 °С

максимальна............................................................................... +40 °С

5.4.2.  Гранична температура

мінімальна............................................................................ мінус 25°С

максимальна................................................................................ +55°С

5.4.3.  Робоча відносна вологість при температурі +20°С

мінімальна....................................................................................... 50%

максимальна................................................................................... 80%

5.4.4.  Гранична відносна вологість при температурі +25°С........ 93%

5.4.5.  Атмосферний тиск

мінімальний................................................................................ 84 кПа

максимальний........................................................................... 107 кПа

5.4.6.  Синусоїдальна вібрація.

діапазон частот........................................................................ 10-70 Гц

прискорення не більше.............................................................. 40 м/с2 

5.5.  Вимоги до надійності

5.5.1.  Середній наробіток на відмову, з довірчою ймовірністю , не менше                   10000 годин.

5.5.2.  Середній час відновлення, не більше...................... 5 годин.

5.5.3.  Пристрій повинен бути відновлюваний та ремонтопридатний згідно ГОСТ 27.002-89.

5.5.4.  Термін зберігання не менше ................................... 3 років.

5.6.  Естетичні та ергономічні вимоги

5.6.1.  Ергономічні вимоги повинні відповідати ГОСТ 12.2.032-78, ГОСТ 12.2.033-78 і ГОСТ 26.035-78.

5.6.2.  Умовні функціональні позначення повинні відповідати ГОСТ 25874-83.

5.6.3.  Естетичні вимоги повинні відповідати ГОСТ 23852-79.

5.6.4.  На терміналі повинні бути передбачена індикація режимів роботи терміналу для однозначного сприйняття працездатності виробу.

5.7.  Вимоги до транспортування та збереження

5.7.1.  Транспортування терміналу здійснюється в упакованому виді за умовами ГОСТ 23088-80. Термінал витримує транспортування на будь-які відстані автомобільним, залізничним та повітряним транспортом (у закритих транспортних засобах), а також водним транспортом (у трюмах судів).

5.7.2.  При навантаженні та транспортуванні повинні суворо виконуватися вимоги маніпуляційних знаків на тарі.

5.7.3.  Норми умов збереження приладу згідно ГОСТ 15150-69.

5.8.  Вимоги до безпеки обслуговування

Пристрій повинен задовольняти умовам безпеки згідно ГОСТ 12.2.006-87. Забезпечити відсутність гострих кромок конструкції.

5.9.  Вимоги до стандартизації та уніфікації

Рівень стандартизації та уніфікації повинен відповідати ГОСТ 12.201-83. Коефіцієнт стандартизації не менше 0,4. Коефіцієнт уніфікації не менше 0,6.

5.10.  Вимоги до технологічності

Вимоги до технологічності згідно ГОСТ 14.201-83. Всі комплектуючі вироби повинні проходити вхідний контроль на відповідність вимогам ТУ.

5.11.  Масогабаритні показники

5.11.1.  Маса терміналу, не більше.............................................. 0,23 кг;

5.11.2.  Габарити:

довжина, не більше...................................................................... 135 мм

ширини, не більше....................................................................... 70 мм

висота, не більше.......................................................................... 30 мм

6.  Економічні показники

При розробці терміналу має враховуватися досвід попередніх розробок, техніко-економічні показники повинні бути на рівні кращих вітчизняних і зарубіжних зразків.

При розробці терміналу повинні бути враховані вимоги з мінімізації вартості зразків при їх подальшому тиражуванні.

За результатами розробки необхідно визначити орієнтовну вартість приладів при серійному виробництві.

Обсяг випуску 2000 штук за рік. Відпускна ціна не більше 630 USD.

7.  Вимоги до складальних частин конструкції, сировини та експлуатаційних матеріалів

7.2.  При розробці терміналу для забезпечення вимог до надійності і термінів активного функціонування повинні застосовуватися комплектуючі вироби, характеристики яких забезпечують виконання вимог ТЗ.

7.3.  Матеріали, що входять до складу терміналу, повинні зберігати свої фізико-механічні властивості при дії на них зовнішнього середовища та забезпечувати гарантійні терміни експлуатації, зберігання і транспортування.

7.4.  При розробці терміналу допускається застосування матеріалів і комплектуючих виробів як вітчизняного, так і зарубіжного виробництва, що забезпечують виконання вимог ТЗ.

8.  Вимоги до маркування та пакування

Термінал пакувати в індивідуальну тару.

Маркування приладу проводиться згідно ГОСТ 24388-88.

9.  Патентно-правові вимоги

9.2.  Термінал повинен вільно використовуватися в Україні без інтелектуальних прав власників діючих патентів.

9.3.  В процесі розробки терміналу повинна бути передбачена можливість патентування основних технічних рішень.

10.  Вимоги до збереження комерційної таємниці

10.2.  В даній роботі не повинні використовуватися і міститися відомості, що становлять комерційну таємницю. Всі роботи, що виконуються за даним ТЗ, технічна документація і звіти є відкритими.

10.3.  Розробка матеріалів за даним ТЗ повинна проводитися з урахуванням дотримання вимог комерційної таємниці відповідно до існуючих на підприємстві-виконавці керівних документів.

10.4.  Відповідальність за забезпечення конфіденційності і комерційної таємниці при розробці терміналу покладається на відповідального виконавця робіт.

11.  Вимоги до розробки конструкторської і технологічної документації

Конструкторська та технологічна документація повинні виконуватися відповідно до вимог ЕСКД.

12.   Стадії та етапи розробки

1.  Технічне завдання

2.  Технічна пропозиція

3.  Ескізний проект

4.  Технічний проект

5.  Захист проекту.

Дане ТЗ на всіх етапах розробки може уточнюватися та доповнюватися за погодженням сторін.

Перелік умовних позначень та скорочень

Вступ

Охоронні системи (ОСТ) для автомобіля с кожним днем стають дедалі складнішими і використовують щоразу нові принципи роботи для забезпечення більшої надійності, безпеки та захисту від злому. На сучасному рівні розвитку таких систем, беручи до уваги наявні технологій виробництва електронних компонентів, їх інтеграція з мережами GSM (Global System for Mobile Communications [28]), GPRS (General Packet Radio Service [29]) та GPS (Global Positioning System [30]) стає економічно обґрунтованим, як в плані реалізації так і в обслуговуванні та надійності передачі даних.

Актуальність впровадження охоронних систем для автомобіля полягає в забезпеченні захисту транспортного засобу, життя та здоров'я водія та пасажирів, а також вантажів, що транспортуються у ньому, включаючи і джерела інформації.

Оскільки технології охоронних систем постійно розвиваються і змінюються, надзвичайно актуальною є розробка дешевих і надійних систем, причому таких, алгоритм роботи котрих можна змінити вже після встановлення завдяки програмному забезпеченню.

Метою роботи є вдосконалення конструкції мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля.

Для досягнення поставленої мети необхідно:

·  провести аналіз схем та конструкцій існуючих GPS/GSM охоронних систем та визначити їх переваги та недоліки;

·  вдосконалити функціональну та принципову схеми обраного терміналу шляхом введення додаткових пристроїв, які реалізують акустичний канал зв’язку та тракт живлення, при цьому маючі на меті привнесення мінімальних затрат у собівартість пристрою;

·  провести електричні розрахунки основних функціональних вузлів;

·  обрати необхідну елементну базу, яка б забезпечила відповідність мобільного терміналу вимогам ТЗ до точності, надійності, економічності та зручності в експлуатації;

·  спроектувати друкований вузол, який реалізує привнесені функції терміналу;

·  провести розрахунки, що підтверджують працездатність виробу;

·  провести аналіз ринку, оцінити рівень якості виробу, визначити собівартість та мінімальний обсяг виробництва;

·  провести аналіз умов виробництва та охорони праці на підприємстві-виготовнику.

Новизна роботи полягає в тому, що в спроектованому пристрої об’єднано багато функцій - навігаційних, охоронних, сигнальних, що дає переваги в експлуатації та обслуговуванні, а також економічну вигоду та зручність і надійність при дистанційному керуванні та програмуванні такого пристрою.

Практична цінність полягає в використанні терміналу в складі системи для моніторингу пересувних об’єктів в межах України та країн СНД, можливості застосування її в сфері охорони власності та в логістиці.

Результати роботи можуть бути використані при розробці новітніх охоронних систем із застосуванням GSM каналу зв'язку та GPRS технології, а також в навчальному процесі для вивчення основних принципів побудови подібних автомобільних охоронних систем та сучасної елементної бази, яка дозволяє реалізувати такі системи апаратно.

1. Аналіз технічного завдання

Розроблюваний пристрій – мобільний термінал – є складовою частиною мобільної охоронної системи для автомобіля, яка використовується для дистанційного контролю координат об'єктів в режимі реального часу з використанням супутникової системи навігації "NAVSTAR" та каналів мобільного зв’язку стандарту GPRS.

Згідно з ТЗ, даний пристрій маєв своєму складі два вбудовані прийомопередавачі, які забезпечують, відповідно, роботу з супутниковими системами навігації GPS та GALILEO, та обмін даними через канали GSM та GPRS і також елементну базу, яка надає можливість підключення 8 логічних та 2 аналогових датчиків.

Живлення пристрою здійснюється від бортових мереж рухомих об’єктів з напругою 9,5 -35 В, а в разі автономної роботи - від акумулятора, що забезпечує роботу терміналу без зовнішнього живлення впродовж 24 годин.

В якості матеріалу для несучої конструкції (корпусу) використовується алюміній через його високі антикорозійні властивості, легкість обробки та прийнятні показники витривалості та маси.

Згідно ТЗ, розроблюваний пристрій призначений для встановлення на рухомих об’єктах у місцях, де відсутні агресивні середовища та є стабільний температурний режим, тому його герметизація не потрібна.

2. Аналіз методів побудови охоронних систем та їх функції

2.1  Огляд сучасних методів побудови охоронних систем

В сучасних умовах до охоронних систем висуваються підвищені вимоги надійності та безпеки. Як правило такі системи розробляються на базі найновіших досягнень науки та техніки. Для охоронних систем, які використовують для передачі даних GSM канал, найбільш прийнятним є використання GPRS режиму передачі даних. Такі системи забезпечують належний захист при передачі даних про стан ТРЗ та дають можливість експлуатації на всій території, де існує покриття GSM мережі.

В найпростішому випадку охоронна система містить:

·  датчики охоронної системи (зазвичай не більше трьох);

·  мобільний термінал – здійснює обробку сигналів,які надходять від датчиків, приймає дані від GPS приймача та здійснює обмін даними по мережі GSM

·  мобільний телефон клієнта.

Дані про стан терміналу надходять на мобільний телефон клієнта у вигляді SMS повідомлень.

Переваги такої системи:

·  низьке енергоспоживання;

·  простота в експлуатації;

·  а також конфіденційність обслуговування.

Недоліки:

·  повільний та ненадійний метод передачі даних про стан системи

·  неможливість дублювання інформації через інші канали зв'язку.

Більш ефективною та надійною є система з режимом CSD. CSD (Circuit Switched Data) – технологія передачі даних через еквівалент модемного зв’язку в мережі GSM. При використанні CSD інформація передається по одному виділеному та закріпленому за CSD-з’єднанням каналу в мережі GSM. Зона CSD покриття відповідає зоні покриття мережі GSM.

Крім мобільного терміналу та мобільного телефону така система містить:

·  базовий термінал, розміщений в диспетчерському центрі (ДЦ);

·  сервер бази даних (БД) з картографічним програмним забезпеченням (ПЗ). Сервер БД може бути суміщений з ДЦ [2].

Використання режиму передачі даних CSD та SMS одночасно значно підвищує ефективність охоронної системи.

Недоліками такої системи є – повільна та коштовна передача даних та наявність лише одного сервера БД, це пов'язано з підвищеною небезпекою втрати даних.

Для збільшення надійності та економії ресурсів в якості каналу передачі даних в охоронних системах може використовуватись мережа Internet [3].

За своїм складом такі системи не відрізняються від аналогічних з використанням режиму CSD з деякою відмінністю – модем мобільного терміналу працює виключно в GPRS режимі.

При встановленій на мобільному телефоні карті та наявності доступу до GPRS мережі телефон може виступати в якості спрощеного ДЦ з можливістю моніторингу об’єкту в режимі реального часу.

Недоліками такої системи є:

·  використання для передачі даних виключно GPRS режиму;

·  недостатня захищеність даних.

Інший підхід реалізовано при реалізації охоронних систем з використанням мобільних та базових терміналів, які працюють в діапазоні УКВ. Головною перевагою таких систем є низька собівартість. З іншого, боку таким системам притаманний головний недолік, з-за якого широкого розповсюдження для охорони мобільних об’єктів такі системи не набули – можливість забезпечення зв’язку лише на відстані до десятків кілометрів.

Найбільш досконалими є системи, в яких їх компоненти (мобільні та базові термінали) працюють одночасно в режимі GPRS та CSD з підтримкою дублювання службою SMS. Завдяки цьому термінал у будь-який момент часу, при наявності покриття стільникової мережі GSM, може здійснювати обмін даними з ДЦ.

Термінал захищений від злому завдяки використанню проміжного сервера (Сервер 1, див. рис 2.1) та захисного екрану локальної мережі. Сервер 2 виступає у ролі БД. В такій системі відсутній обмін даними з мобільним телефоном клієнта.

2.2  Моніторинг рухомих об’єктів

У загальному випадку система моніторингу місцезнаходження об'єктів складається з двох частин – центру моніторингу та управління – ДЦ, та об’єктів моніторингу – деякої кількості транспортних засобів (ТРЗ). На транспортний засіб встановлюється мобільний термінал – реєстратор навігаційних й інших даних.

У ДЦ встановлюється комп'ютер або комп'ютерна мережа з інстальованими засобами, які забезпечують:

·  одержання даних від мобільних терміналів;

·  зберігання даних;

·  відображення та аналіз отриманої інформації;

·  можливість дистанційного керування виконавчими пристроями на ТРЗ.

Відомі два основних способи моніторингу рухомих об'єктів: пасивний моніторинг і активний.

Пасивний моніторинг передбачає запис навігаційних і інших даних в енергонезалежну пам'ять мобільного терміналу. Зчитування даних може відбуватись по прибутті ТРЗ до місця призначення.

Активний моніторинг передбачає поточну передачу даних про стан ТРЗ через канали зв’язку GSM мережі до ДЦ.

За сучасного розвитку GSM мереж, які набули широкого розповсюдження, найбільш ефективним є варіант активного моніторингу рухомих об'єктів з використанням технологій GSM/GPRS.

Поєднання активного і пасивного моніторингу дає можливість мінімізувати ймовірність втрати інформації та забезпечити своєчасну передачу необхідної інформації про стан ТРЗ.

2.3  Вимоги до працездатності та надійності систем моніторингу рухомих об’єктів

На повну чи часткову працездатність системи можуть безпосередньо впливати такі фактори:

·  наявність сигналу/покриття GSM чи покриття GPRS;

·  наявність сигналу GPS необхідного рівня;

·  економічний фактор (оплата послуг оператора GSM)

·  наявність напруги живлення системи;

·  надійність роботи внутрішнього програмного забезпечення (ПЗ) терміналу;

·  якість надання послуг мобільного зв’язку та Internet з боку ДЦ

Наявність сигналу/покриття GSM чи покриття GPRS.

При відсутності покриття GSM/GPRS, охоронні системи можуть або втрачати зв'язок з ТРЗ внаслідок його виходу із зони обслуговування, або бути взагалі заблокованими. Вирішенням цієї проблеми є дублювання каналів передачі даних.

Наявність GPS сигналу необхідного рівня.

При відсутності прямого супутникового зв’язку з об’єктом зв’язку, що проявляється у відсутності дійсних координат від приймача GPS, координати можна визначати альтернативними, хоча і менш точними методами. Перший з них - це визначення координат за допомогою номера базової станції GSM мережі в межах якої знаходиться ТРЗ. Точність визначення координат обмежена радіусом розташуванням базових станцій. Другий спосіб полягає у використанні спеціальних типів GPS приймачів з можливістю продовження розрахунку місцеположення за допомогою сигналів з гіроскопу та одометру коліс автомобіля. Цей спосіб дозволяє деякий час продовжувати визначати координати, але похибка їх визначення буде зростати з часом через наявність похибки датчиків.

Наявність зовнішнього живлення системи.

Зникнення живлення по будь-яким причинам повністю виводить систему з ладу, тому наявність у мобільному терміналі власного автономного живлення стає просто необхідним. Тривалість підтримки автономності терміналу напряму пов’язана з алгоритмами роботи самої системи. Прийнятною є автономність порядку 24 – 72 годин, що також враховує час на розшук ТРЗ в разі угону.

Надійність роботи внутрішнього ПЗ терміналу

Це один із головних факторів, який напряму впливає на надійність та ефективність охоронної системи. В недостатній мірі протестоване програмне забезпечення веде до часткової чи повної непрацездатності системи охорони.

Якість надання послуг операторів мобільного зв’язку та послуг Internet з боку ДЦ впливає на повну чи часткову втрату працездатності системи. Дублювання каналів зв’язку значно підвищує надійність роботи систем.

2.4 Аналіз функціонування та характеристик існуючих терміналів

На сьогоднішній день вітчизняний ринок насичений багатьма видами різноманітних охоронних систем, у тому числі такими, що використовують канали GPS, GALILEO, GSM та GPRS для моніторингу стану різноманітних об’єктів, зокрема ТРЗ.

Зведену характеристику сучасних мобільних охоронних систем, які займають чинне місце на ринку нашої країни наведемо у вигляді таблиці (див. таблицю 2.1).

Перелічимо деякі особливості кожної з розглянутих систем:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7