Оскільки приймач постійно споживає струм близько 100 мА, а це половина всього споживаного струму, використовується система енергозбереження. Вона відключає за допомогою ключа GPS приймач тоді, коли місцеположення визначати непотрібно.
Антена для приймача GPS є активною. Живлення до неї подається по центральній жилі кабелю. Конструктивно вона суміщена з GSM антеною.
Вхідні кола складаються з датчиків ДТ1-ДТ8, сигнали з яких приходять на роз’єм терміналу “IN/OUT”. Далі вони проходять захисні кола ЗК1-ЗК8 та приходять на порти P1 CPU, де інформація обробляється та, при спрацюванні якогось елемента датчика, йде на модем GSM.
Крім восьми цифрових входів мобільний термінал має 2 аналогових входи ДРП1, ДРП2 від датчиків рівня палива, чи інших. З них сигнал йде до роз’єма “AIN” потім ділиться дільниками на багатооборотних резисторах ДН1, ДН2 і йде на підсилювачі напруги ПН1, ПН2, які масштабують напругу, забезпечуючи її необхідний рівень для роботи з внутрішнім АЦП CPU.
Вихідні керуючі кола побудовані з використанням оптичної розв’язки ОР1-ОР4 та керують ключами К1-К4. Ці ключі, зазвичай, використовують для блокування реле стартера, блокування запалення, ввімкнення сирени, блокування бензонасосу чи інших. Логіка роботи ключів програмується диспетчерським центром.
Ядром системи є GSM модем та CPU. GSM модем працює під керуванням програмного забезпечення, створеного на мові програмування Python. Модем має АЦП та ЦАП, вбудовану внутрішню пам’ять та велику кількість портів вводу-виводу [15]. На нього покладені функції обробки даних від GPS приймача, синхронізація його внутрішнього таймера з часом GPS, робота з двома АЦП, передача звукової інформації, керування вихідними командами та робота з CPU та пам’яттю.
Модем по команді з ДЦ, за допомогою мультиплексора, керує індикацією на світлодіодах VD1-VD3. Реалізовано режим захисту від зависання внутрішнього програмного забезпечення. Модем та CPU стежать за роботою один одного та, якщо стан роботи їх не відповідає заданому відбувається процес вимкнення-вмикання для модему ключем на транзисторі та перезавантаження програми в CPU.
Запис коду програм в CPU при програмуванні у виробника відбувається через роз’єм “JTAG”. Запис коду програми до модему Telit GM868-PY програмною мовою Python відбувається через роз’єм “COM”. Далі код поступає через мультиплексор SW1 на вхід UART модему GSM. Мультиплексором можна вибрати або підключення до модулю GPS, або роз’єм “COM” для програмування модема. Це зроблено, оскільки модем має лише два UART порти. Обмін даними між CPU та пам’яттю Flash пам’яттю (128 МБ), та CPU і модемом відбувається по SPI протоколу.
Для живлення мобільного терміналу використано бортову автомобільну мережу 12-35 В яка напряму подається на роз’єм “PWR”.
Живлення схеми організоване паралельно, тобто поки є бортова напруга 12-35 В термінал працює від неї через DC/DC перетворювач зі стабілізатором струму. Він видає стабілізовану напругу 4,2 В з обмеженням по струму в 1 А, одночасно заряджаючи резервну батарею. На вході цього стабілізатора стоїть захисна схема з обмежувального діоду, діоду та відновлюваного запобіжника. Вона дозволяє захистити мобільний термінал при подачі напруги неправильної полярності та при перевищенні її 36 В.
В якості резервного джерела живлення застосовується літієва акумуляторна батарея G1 напругою 3,6 В і ємністю 1,5А∙год.
Використання такого низьковольтного живлення дозволило безпосередньо підключати модем до акумулятора і відмовитись від потужного багатоканального перетворювача напруги для живлення інших елементів. Це подовжило час автономної роботи терміналу. Коли батарея зарядиться вона споживає невеликий струм (декілька мА) для компенсації саморозряду і на роботу терміналу більше не впливає.
Напруга 4,2 В використовується для живлення модему GSM, інші ж елементи схеми живляться від ще одного джерела живлення – імпульсного стабілізатора напруги (ІСН). ІСН перетворює рівень вхідної напруги 4,2 В до 3,15 В. Він має низьке власне енергоспоживання 85 мкА та ККД не нижче 90%, що дозволяє не вимикати його взагалі.
Функції енергозбереження реалізовано за допомогою комутації живлення для GPS приймача, переходу CPU в сплячий режим та ввімкненням режиму енергозбереження в модемі. Основні технічні характеристики розробленого терміналу наведені в табл. 3.1.
Таблиця 3.1 – Основні технічні характеристики розроблюваного терміналу
| Напруга живлення, В | 6…36 |
| Струм споживання середн./макс. , мА | 110/250 |
| Габаритні розміри блоку, мм | 135´70´30 |
| Типи зовнішніх датчиків, кількість входів/виходів | 10/4 |
| Діапазон робочих температур | -30…65 ˚C |
| Об’єм внутрішньої пам’яті, Mb | 128 |
| Ресурс пам’яті | 100000 циклів запис/стирання |
| Інтервал дискредитизації запису, с | 0,02 |
| Час автономної роботи, год. | ≥24 |
В більшості існуючих мобільних терміналів, зокрема в розглянутих вище, відсутні тракти прийому та передачі звукової інформації. Призначенням розробленого мікрофонного тракту є зйом та передача стану звукового становища в підконтрольних транспортних засобах до ДЦ в якості достатній для його аналізу та однозначного сприйняття голосових повідомлень. Наявність мікрофонного тракту збільшує функціональність терміналу та зручність його експлуатації, а також зменшує додаткові фінансові витрати на пристрої, які забезпечують обмін голосовими повідомленнями між підконтрольним транспортним засобом та ДЦ.
Для роботи мобільного терміналу використовується два мікрофонних підсилювача. Один з них (МП1) встановлений безпосередньо в мобільному терміналі, а інший поруч з мікрофоном, забезпечуючи основне підсилення та покращуючи відношення сигнал-шум на вході другого підсилювача (МП2).
Схема частини мікрофонного підсилювача наведена на рис. 4.1. В схемі використано два однакових підсилювача.
3.4 Опис електричної схеми тракту живлення і керування енергозбереженням мобільного терміналу
Для розробки мобільного терміналу використовувалися інтегральні мікросхеми високого ступеня інтеграції та готові модулі (GSM та GPS). Оскільки кожен елемент схеми має певні вимоги до джерела живлення як по пульсаціям, так і по допустимим коливанням напруги, а також необхідно враховувати мобільність терміналу (забезпечення низьких втрат при перетворенні напруги) застосовано двохступінчате пониження напруги за допомогою імпульсних інтегральних понижуючих перетворювачів. Баланс струмів споживання першого з них на мікросхемі L6902 приведено в табл. 3.2.
Таблиця 3.2 – Баланс струмів споживання для L6902
| Споживач | Кількість споживачів у тракті, шт | Діапазон напруги живлення, В | Струм споживання середн., А |
| MAX1692 | 1 | 3,2–6 | 300 |
| GC864 | 1 | 3,4–4,25 | 500 |
| GSP103448 | 1 | 3,0–4,2 | 200 |
Стабілізатор перетворює вхідну напругу, що може змінюватися в діапазоні 8…36 В у стабілізовану 4,2 В. Він також живить другий стабілізатор з вихідною напругою 3,15 В, заряджає внутрішній акумулятор та живить GSM модем. Має внутрішнє обмеження струму на рівні 1 А.
Вибір саме L6902 обумовлений наступними її можливостями:
– до 1 А вихідний струм з обмеженням (стабілізатор струму);
– діапазон вхідних напруг 8 – 36 В;
– джерело опорної напруги 3,3 В з нестабільністю 2 %;
– 5 % нестабільність по обмеженню вихідного струму;
– регульована вихідна напруга 1,235 – 34 В;
– фіксована частота генерації 250 кГц;
– робота у режимі холостого ходу;
– регульоване обмеження максимального струму;
– захист від обриву зворотного зв’язку;
– інтегрований термозахист;
– розроблена спеціально для застосування в якості зарядного пристрою для акумулятора.
Для роботи інших елементів схеми використовується перетворювач на мікросхемі МАХ1692. Він стабілізує напругу 3,15 В з 4,2 В. Баланс струмів споживання цього джерела живлення на мікросхемі МАХ1692 приведено в табл. 3.3.
Таблиця 3.3 – Баланс струмів споживання для мікросхеми МАХ1692
| Споживач | Кількість споживачів у тракті, шт | Діапазон напруги живлення, В | Струм споживання середн., мА |
| OP496 | 1 | 2,6–5,0 | 3 |
| MSP430 | 1 | 2,0–5,5 | 3 |
| CD4052 | 2 | 2,0–15 | 1 |
| LEA-4H | 1 | 2,7–3,6 | 100 |
Вибір саме МАХ1692 обумовлений наступними її можливостями: