Подписка на новости

Опрос

Нужно ли ввести комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

2011 №4

Новый GPS/GSM/GPRS-модем для мониторинга транспортных средств Enfora Spider MT-Gμ GSM2438

Алексеев Виктор


Американская фирма Enfora является одним из ведущих производителей GPS/GSM-модемов для систем мониторинга транспортных средств. В трекерах Enfora прикладное программное обеспечение пользователя размещено в памяти базовых модулей. Поэтому создать управляющее ПО может практически любой начинающий программист. В состав серии GSM/GPRS/GPS-трекеров Enfora Spider входят модели: MT-Gi GSM2354, MT-Gi GSM2356, MT-Gu GSM2358, mini MT GSM2228, AT, GSM5108, MT2500 (GSM2418); MT3000 (GSM2374/76); Mini MT (GSM2428) [1-6]. В июне 2011 г. в коммерческую продажу поступила еще одна новая модель — MT-Gμ GSM2438.

Общие характеристики модема Spider MT-Gμ

Spider MT-Gμ (внутрифирменное название GSM2438) — это новый GSM/GPRS/GPS-трекер для транспортных средств [7]. Модем Spider MT-Gμ — модернизированный вариант хорошо известного трекера GSM2338. Он может работать в диапазонах GSM 850/1900 и 900/1800 МГц. Блок GSM/GPRS выполнен на базе нового модуля Enfora GSM0408 [7].

В режиме GSM поддерживаются функции: Text, PDU, MO/MT, Cell Broadcast, AMR, EFR, FR & HR. Параметры режима GPRS соответствуют классу «В» (Class B, Multislot 2, GSM/GPRS Rel 97, AMR Rel 99, CS1-CS4, PBCCH/PCCCH).

Мощность передатчика в режиме GPRS (Class 4, 850/900 МГц) — 2 Вт, в режиме GPRS (Class 1, 1800/1900 МГц) — 1 Вт.

В режиме GSM/GPRS в данной модели реализованы протоколы PPP, UDP API, TCP API, UDP PAD, TCP PAD. Сессия TCP/UDP и PPP-соединение поддерживаются непрерывно в течение всего времени выполнения других функций.

В блоке GPS использован новый модуль Enfora GPS0403. В трекере GSM2438 имеются встроенные антенны GSM (850/1900/900/1800 МГц) и GPS (центральная частота 1575,42 МГц).

В стандартном рабочем режиме модем постоянно получает данные со спутников GPS и передает навигационную информацию на центральный сервер. Для работы с GPS-сообщениями используются протоколы обмена NMEA, TAIP, Enfora binary. С центральным сервером модем обменивается NMEA-сообщениями в формате GGA, GLL, GSV, GSA, RMC, VTG. Имеется функция хранения GPS-сообщений в энергонезависимой памяти модуля [7]. Модем может работать с десятью серверами. Также в режиме GPS поддерживаются функции: виртуальный одометр, фиксированные геозоны и формат буферированных сообщений.

Основные отличия новой модели от предыдущей (GSM2338) заключаются в том, что в трекере GSM2438 имеется встроенный трехмерный акселерометр и новый базовый модуль GPS0403. Кроме того, в модели GSM2438 использованы новые схемотехнические решения, снижающие энергопотребление, а также расширены библиотеки специальных АТ-команд и служебных сообщений.

Диапазон напряжений питания модема GSM2438 составляет 9–40 В. Опционно модемы могут поставляться с предохранителем по входу питания, со встроенным аккумулятором резервного питания и без него. Аккумулятор имеет емкость 230 мАч и предназначен для кратковременной работы в случае потери основного питания.

Размеры устройства 63,5×63×24,4 мм. Модем предназначен для эксплуатации при температурах –35…+85 °С. В модеме используются внешние GSM- и GPS-антенны, для подключения которых применяются автомобильные радиочастотные разъемы FAKRA RF. Внешний вид GSM2438 показан на рис. 1.

Внешний вид модема GSM2438

Рис. 1. Внешний вид модема GSM2438

На лицевой панели размещены держатель SIM-карты с автоматическим выталкивателем и три светодиодных индикатора режимов, которые информируют о наличии питания и статусе соединений GSM, GPRS, GPS. На задней панели модема размещены антенные разъемы FAKRA, разъем Molex 43024-0800 для пользовательских вводов/выводов и разъем для подключения голосовой гарнитуры (2.5mm Headset).

Интерфейсы модема GSM2438

Описание вводов/выводов модема GSM2438 приведено в таблице 1.

Таблица 1. Вводы/выводы интерфейсного разъема модема GSM2438

Номер контакта разъема Molex Наименование контакта Внутрифирменное наименование ввода/вывода Описание
1 Switched Power GPIO8 Рабочее питание от ключа зажигания
2 RS232 Serial Data In GPIO6 Последовательный двухпроводной интерфейс, «Ввод»
3 RS232 SerialData Out GPIO7 Последовательный двухпроводной интерфейс, «Вывод»
4 Ground GPIO4 Заземление (корпус автомобиля)
5 Unswitched Power GPIO5 Постоянное питание от аккумулятора
6 User Controlled I/O GPIO3 Вывод/ввод пользователя
7 User Controlled I/O GPIO1 Вывод/ввод пользователя
8 User Controlled Output GPIO2 Вывод/ввод пользователя

На интерфейсный разъем Molex выведены контакты для подключения питания от ключа зажигания и от аккумулятора, а также пользовательские вводы/выводы. Следует обратить внимание на то, что номера контактов интерфейсного разъема Molex и внутрифирменное название вводов/выводов Enfora не совпадают (рис. 2).

Интерфейсные разъемы модема GSM2438

Рис. 2. Интерфейсные разъемы модема GSM2438

Контакт 1 может быть использован как переключающийся ввод/вывод при программировании с помощью Event Engine. При включении зажигания питание подается на вывод номер 1, и модем расценивает это как два входных события: «IF Power ON» и «AND Ignition HIGH». Для работы с этими событиями рекомендуется использовать следующие последовательности АТ-команд:

AT$EVENT=12,0,8,1,1 //IF Power ON;

AT$EVENT=12,2,7,1,1 //AND Ignition HIGH.

Для момента работы стартера, пока не запустился двигатель, рекомендуется использовать команду:

AT$IGNDBNC=0.

Состояние вводов/выводов модема GSM2438 можно программировать с помощью АТ-команд и использовать их для специальных прикладных задач. Параметры программируемых вводов/выводов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры программируемых вводов/выводов модема GSM2438

Наименование пользовательских вводов/выводов Направление AT-команда для конфигурации Описание
GPIO-1 IN/OUT AT$IOGP1 Ввод/вывод общего назначения. Для установки в режим PullUp/PullDown используется команда AT$IOPULUP. В процессе перезагрузки (Reset) GPIO-1 будет находиться в низком состоянии. После окончания перезагрузки вывод возвращается в предыдущее состояние. Электрические параметры приведены в таблице 3.
GPIO-2 IN/OUT AT$IOGP2 Ввод/вывод общего назначения. В процессе перезагрузки (Reset) GPIO-2 будет находиться в низком состоянии. После окончания перезагрузки вывод возвращается в предыдущее состояние.
GPIO-3 OUT AT$IOGP3 Вывод общего назначения (защелка). Состояние задается микроконтроллером и поддерживается неизменным в течение всей работы, включая процесс перезагрузки. Выход может быть использован для управления мощными исполнительными устройствами.
GPIO-4 IN AT$IOGP4 Ввод для контроля режима питания модема. Низкое состояние соответствует режиму питания от встроенного резервного аккумулятора. Высокое состояние соответствует питанию от внешнего источника.
GPIO-5 OUT AT$IOGP5 Вывод предназначен для контроля линии перезагрузки General-purpose GPS-приемника. Высокое состояние соответствует нормальному режиму работы. Низкое состояние соответствет режиму перезагрузки.
GPIO-6 OUT AT$IOGP6 Вывод для контроля светодиода LED2 или RS232.
GPIO-7 OUT AT$IOGP7 Вывод для контроля светодиода LED3 или RS232.
GPIO-8 IN AT$IOGP8 Ввод для контроля состояния зажигания.

Кроме питания, на интерфейсный разъем Molex выведены два программируемых ввода/вывода, один вывод общего назначения и двухпроводной последовательный интерфейс (Tx, Rx). Пользовательские вводы/выводы позволяют подключать к навигатору различные внешние устройства и конфигурировать их с использованием Event Tools.

Программируемый ввод/вывод GPIO1 (контакт 7 разъема Molex 43024-0800) может быть установлен в высокое или низкое состояние соответственно командами AT$IOPULUP=1 или AT$IOPULUP=0.

Аналогично с помощью АТ-команд программируется ввод/вывод GPIO2 (контакт 8 разъема).

Специальный вывод GPIO3 (контакт 6) представляет из себя «триггер с защелкой». Этот вывод контролируется микроконтроллером и сохраняет свое состояние неизменным в любых ситуациях. Его можно использовать для дистанционной блокировки дверей или двигателя.

На GPIO4 (контакт 4) подается минус напряжения питания. Модем программируется с помощью Event Engine таким образом, что в случае выключения зажигания состояние этого вывода меняется с высокого на низкое, и модем переходит на резервное питание от встроенного аккумулятора. При необходимости сообщение об этом событии может быть послано в виде SMS или UDP-сообщения.

На GPIO5 (контакт 5) подается постоянное питание непосредственно от аккумулятора. При отключении питания на этом выводе происходит перезапуск модема. При этом стираются все GPS-данные.

Вводы/выводы GPIO6 и GPIO7 (контакты 2, 3) предназначены для двухпроводного последовательного интерфейса (Tx, Rx). Также, с помощью АТ-команд, GPIO6 и GPIO7 могут быть сконфигурированы для контроля состояния GPS- и GSM/GPRS-связи (светодиоды LED1, LED2).

Подробно процедуры программирования пользовательских вводов/выводов модема GSM2438 описаны в [5].

Электрические параметры вводов/выводов модема GSM2438 приведены в таблице 3.

Таблица 3. Электрические параметры вводов/выводов модема GSM2438

Наименование параметра GPIO1 GPIO2 GPIO3
Верхний уровень входного напряжения (InputVIH), В >1,5
Нижний уровень входного напряжения (InputVIL), В <0,3
Верхний уровень выходного напряжения (OutputVOH), В 2,6 2,72  
Нижний уровень выходного напряжения (OutputVOL), мВ 200 320  
Ток потребления в режиме источника, мкА 60    
Ток потребления в режиме стока 3,7 мА 3,7 мА Максимальный ток 1,5 А при напряжении 40 В

Встроенный трехкоординатный цифровой акселерометр фиксирует любые пространственные перемещения модема. Например, в случае буксировки автомобиля с отключенным двигателем модем сразу передаст на центральный пульт сигнал тревоги и будет показывать траекторию перемещения автомобиля на штрафную стоянку. Тревожное сообщение будет передано на центральный сервер даже в случае незначительной аварии (резкое торможение или ускорение, лобовой, боковой, задний удары). Акселерометр может быть запрограммирован с учетом изменения следующих параметров:

  • режим работы (нормальный, ждущий);
  • пауза «пробуждения» (20–2560 мс);
  • частота измерений (0–25 раз в секунду);
  • коэффициент фильтрации;
  • полоса пропускания фильтра;
  • установка пространственной ориентации устройства.

Программирование акселерометра осуществляется с помощью специальных АТ-команд [5]. Так, например, при монтаже акселерометр ориентируют относительно корпуса автомобиля с помощью команды AT$ACCORN. Команда AT$ACCAM позволяет устанавливать все допустимые значения параметров движения; AT$ACCDBG выводит на экран настройки акселерометра; AT$MGCCFG используется для автокалибровки положения акселерометра в пространстве. Всего для управления акселерометром используется десять АТ-команд [5].

Режим GFMI

В модеме GSM2438 поддерживается режим GFMI (Garmin Fleet Management Interfa). В 2008 г. фирмы Garmin и Enfora заключили соглашение о поддержке модемами Spider MT интерфейса Garmin — GFMI [11]. Объединение в одном устройстве автомобильного GPS-навигатора Garmin и GPS/GSM/GPRS-трекера Enfora Spider MT позволило создать замкнутую систему слежения за транспортными средствами с обратной связью через центральный диспетчерский сервер.

Схема работы GFMI показана на рис. 3.

Схема совместной работы навигатора Garmin c трекером Enfora GSM2438

Рис. 3. Схема совместной работы навигатора Garmin c трекером Enfora GSM2438

Для реализации GFMI необходим модем GSM2438, навигатор Garmin и специальное программное обеспечение с поддержкой GFMI как для навигатора Garmin, так и для модема Enfora.

С помощью GFMI диспетчер транспортной компании может отслеживать транспортное средство в реальном масштабе времени и корректировать режим его работы. С другой стороны, водитель может связываться с диспетчером и запрашивать у него необходимую информацию. Для активации функции GFMI в GSM2438 необходимо получить у фирмы Enfora дополнительный код доступа для каждого модема. Следует обратить внимание на тот факт, что не все GPS-навигаторы могут работать совместно с модемом Enfora GSM2438.

При работе в системе GFMI порт RS232 модема Enfora GSM2438 подключается к порту USB навигатора Garmin с помощью специального кабеля Garmin FMI cable 010, имеющего преобразователь интерфейсов и источник питания 5 В [11].

Управление функциями GFMI реализуется с помощью специальных АТ-команд фирмы Enfora. Эти команды посылаются с центрального сервера по протоколу TCP API через GSM/GPRS-канал на модем GSM2438. Получив эту команду, модем вырабатывает сообщение FMI и передает его через порт RS232 навигатору Garmin. Навигатор обрабатывает это сообщение и выводит результат на экран дисплея. Одновременно этот ответ передается через USB-порт навигатора на модем GSM2438, который пересылает его по каналу GSM/GPRS на центральный сервер.

Так, например, команда AT$GFMI=1 транслируется через модем GSM2438 на навигатор Garmin и активизирует функцию GFMI. При этом в главном меню навигатора появляется новое окно с надписью «Диспетчер».

Главное меню GFMI навигатора Garmin Nuvi 205 содержит четыре основных раздела (рис. 4):

Главное меню навигатора Garmin с поддержкой GFMI

Рис. 4. Главное меню навигатора Garmin
с поддержкой GFMI
  • Остановки.
  • Сообщения.
  • Найти место.
  • О водителе.

Навигаторы Garmin с поддержкой GFMI имеют сенсорный экран Touch screen. Выбор соответствующего пункта меню осуществляется простым прикосновением к соответствующей картинке. Водитель и диспетчер могут обмениваться произвольными сообщениями. Диспетчер посылает на модем соответствующие АТ-команды, результат которых выводится на экран навигатора Garmin. Например, если с сервера посылается команда AT$GFMI=3, «Stop»,1,«0001», то на экране навигатора в разделе «Сообщения, входящие» появится сообщение «Stop». В свою очередь, водитель может послать диспетчеру свое сообщение в произвольной форме. Для этого нужно выбрать пункт меню «Сообщения, исходящие» и набрать на появившейся виртуальной клавиатуре нужный текст.

Плановые остановки задаются диспетчером заранее и хранятся в навигаторе в разделе «Мои остановки». Водитель может двигаться по маршруту от остановки до остановки, каждая выполненная или пропущенная остановка контролируется диспетчером.

Например, в случае, когда водитель получил сообщение о необходимости остановки, прочитал его или удалил, на сервер будут посланы команды:

AT$EVENT=89,1,89,100,104

AT$EVENT=89,3,40,89,1075864263 //SEND UDP Message to the Server

В списке управления GFMI имеется более тридцати АТ-команд. Подробно они рассмотрены в [815].

В настоящее время версия 6,0 (FMI V1, FMI V2) ПО Garmin поддерживает перечисленные ниже протоколы [12]:

  • текстовые сообщения произвольной формы (128 знаков);
  • остановки;
  • время прибытия в заданный пункт;
  • автоматическое оповещение о прибытии в заданный пункт (или опоздании);
  • обновление (изменение) данных о маршруте с диспетчерского пункта;
  • подтверждение доставки сообщения (FMI V2);
  • стандартные ответы водителя, до 200 сообщений (FMI V2);
  • персональные данные о водителе (FMI V2);
  • техническое состояние автомобиля;
  • ежеминутные сообщения о состоянии транспорта (FMI V2);
  • пингование модема GSM2438 (FMI V2);
  • дополнительные данные, заполняемые клиентом.

Кроме того, Garmin дополнительно поставляет прикладное программное обеспечение для диспетчерского сервера GFMI. Интерфейс этой программы адаптирован для обычных людей, не имеющих специальных навыков работы с системами GPS-навигации. В главном меню размещены функциональные клавиши, соответствующие перечисленным выше протоколам GFMI. Диспетчер может одним нажатием клавиши выбрать соответствующий протокол и задать необходимые параметры. При этом на экране показываются основные характеристики контролируемого объекта, такие, например, как текущее время, количество зарегистрированных спутников, координаты, скорость движения.

Введение в системах слежения двусторонней связи между диспетчерским пунктом и водителем позволяет значительно улучшить систему безопасности транспортных средств. В случае, когда по каким-либо причинам на экране диспетчера пропадают GPS-данные от конкретного автомобиля, на этот автомобиль немедленно посылается тестовый запрос, который высвечивается на экране навигатора Garmin. Если ответа нет, диспетчер может дистанционно заблокировать зажигание, двери и направить тревожное сообщение в службу спасения. Кроме того, в модеме GSM2438 предусмотрена функция «тревожной кнопки». Поэтому водитель в критических ситуациях может сам отправить аварийное сообщение диспетчеру. Работу системы GFMI можно протестировать с использованием сервера поддержки Enfora.

В модеме GSM2438 в полном объеме поддерживаются уникальные преимущества продукции Enfora, прежде всего это функции PAD и Event Processing.

В том случае, когда полностью недоступен GPRS-режим и пропадает GSM-соединение, модем накапливает в энергонезависимой памяти информацию, получаемую со спутников GPS, и информацию, поступающую от системы телеметрических датчиков. При этом модем в автоматическом режиме постоянно пытается восстановить GSM/GPRS-соединение. Как только такое соединение будет восстановлено, модем отправит накопленную информацию на центральный сервер.

Кроме работы в автоматическом режиме, предусмотрено и ручное управление. Оператор с центрального диспетчерского пульта может запрашивать дополнительные данные, а также перепрограммировать модем, используя Интернет и короткие сообщения SMS [9]. С другой стороны, модем MT-Gμ можно с помощью команды AT$MSGLOGEN сконфигурировать таким образом, чтобы результаты выходного события сохранялись в памяти модема и пересылались на центральный сервер.

В модеме реализована функция поддержки часов реального времени Real Time Clock (RTC). С помощью АТ-команд задаются параметры синхронизации RTC. Текущее время может синхронизироваться с мировым временем по сигналам со спутников GPS при каждом включении питания модема. Также синхронизация текущего времени может осуществляться по определенному графику несколько раз в сутки.

В качестве еще одной полезной функции модема GSM2438 можно назвать User variables (переменная пользователя), которая позволяет сохранять дополнительные значения определенных параметров во флэш-памяти модема [15]. Функция User variables дает возможность отправлять разные формы отчетов в одном сообщении. В альтернативном варианте нужно было бы для каждой формы отчета отдельно отправлять свои собственные сообщения. При использовании функции User variables можно задавать значения таймера таким образом, чтобы сообщение всегда сохранялось в стеке переменных пользователя, даже в случае аппаратного сброса модема (например, потеря питания).

В модеме GSM2438 поддерживается функция FOTA (Firmware Over The Air) — обновление базового программного обеспечения через Интернет [16]. Эта опция используется в тех случаях, когда модемы размещены на удаленных объектах и физический доступ к ним затруднен.

Для создания прикладных приложений пользователя используется встроенное программное обеспечение Event Processing (обработка событий). Это ПО позволяет пользователю самому создавать новые AT-команды и решать прикладные задачи без внешнего микроконтроллера и дополнительных управляющих программ [5, 8]. Например, использование функции Event Processing дает возможность даже неопытному пользователю легко адаптировать трекеры Enfora практически к любой интерактивной картографической системе и наблюдать положение объекта на карте в реальном масштабе времени.

Для облегчения процесса программирования модемов серии Spider MT фирма Enfora разработала прикладную программу ScriptGen [18]. Эта программа позволяет обрабатывать группы различных событий и записывать их в память базового модуля в виде последовательности АТ-команд (script). Программа ScriptGen загружается в стандартный ПК и отрабатывается на модеме, подключенном к этому компьютеру. Программа имеет простой и удобный интерфейс пользователя. Работа осуществляется в диалоговом режиме. В процессе ответов на запросы программы создается определенный сценарий работы модема. При дальнейшей обработке этот сценарий преобразуется в текст программы (скрипт). Использование ScriptGen значительно облегчает и автоматизирует процесс конфигурирования сложных последовательностей событий.

Для отладки оборудования можно воспользоваться тестовым сервером Enfora, адрес которого http://apitest.enfora.com/udpapp. Этот сервер постоянно открыт для свободного доступа. С его помощью можно контролировать SMS-, NMEA-сообщения с модема GSM2438, а также менять его конфигурацию. Подробно инструкция для связи с тестовым сервером приведена в [7]. Модем GSM2438 имеет сертификаты FCC, GCF, PTCRB, CE, RoHS, Anatel, Emark, Industry Canada, AT&T.

Модем выпускается в двух модификациях: GSM2438-00 со встроенным аккумулятором резервного питания и GSM2438-01, без аккумулятора.

Литература

  1. Enfora Spider MT-Gi. User's Guide. GSM235xUG001. Rev. 1,04. 8/31/2010.
  2. MT 2500. User Guide. GSM2418UG001. V. 1,01. June, 2011.
  3. Enfora Enabler IIIG-BGA Modem Integration Guide. GSM0408IG001. Rev. 1,03.
  4. MT3000. User Guide. GSM2374UG001. V. 1,01.
  5. MT-Gμ. AT-Command Reference. GSM2438AT001. V. 1,00. 11 April, 2011.
  6. Enfora Enabler IIIG-BGA Modem Integration Guide. GSM0408IG001. Rev. 1,03.
  7. MT-Gμ. User Guide. GSM2438UG001. V. 1,00. 11 April, 2011.
  8. Mobile Tracker Event Cookbook (GSM2000CB001).
  9. Enfora Application Note GSM0000AN022 – AT-Commands Over SMS.
  10. GSM0000GN012 – Engineering Mode Manual. Serving Cell and Neighbor Cell values. GSM0000GN012. %EM command. Enfora. 2011.
  11. Application Note: GSM2338AN001. Connecting the Garmin Navigator to Enfora GSM2338 Using FMI Protocol.
  12. Enfora — Garmin Fleet Management Interface. Technical Guide. GSM2338TG001. Rev. 1,01.
  13. Enfora AT-Command, Supplement – Garmin FMI, AT-Command Reference. GSM2338AT002. Rev. 1,02.
  14. Garmin Fleet Management Interface Control. Specification.
  15. User Variables Overview Technical Note. ENF0000TN001. Rev. 1,0. 3/19/2009.
  16. Enfora FOTA Application Note. ENF0000AN002. Rev. 1,02.
  17. Event Monitor and Reporting Overview. Enfora. GSM0000AN015.
  18. Clarke X. Enfora ScriptGen. Rev. 1,0. 2011.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Беспроводные технологии PDF


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке