Новые возможности определения координат с использованием M2M-модулей компании Telit

№ 4’2014
PDF версия
Определение собственного местоположения мобильного устройства сегодня совсем не является экзотикой, как это было еще 10–15 лет назад, скорее отсутствие такой функции представляется чем-то необычным. При этом в большинстве случаев источником координат становится модуль спутниковой навигации (GNSS), работающий с одной или (что чаще) несколькими группировками космических аппаратов. Полноценно функционируют на сегодня системы GPS, ГЛОНАСС, развиваются Galileo и Beidou

Введение

При всех преимуществах GNSS, эти модули обладают и известными недостатками. Во-первых, данные устройства не действуют в глубине помещений, в тоннелях, подземных паркингах и других местах с ограниченной или полностью отсутствующей видимостью спутников (обсервацией). Во-вторых, слабозащищенной остается внешняя антенна модуля, которая для обеспечения необходимой обсервации должна находиться на хорошо заметном месте. В-третьих, высокая чувствительность современных GNSS-модулей делает их уязвимыми для различного рода электромагнитных помех — происходит перенасыщение входного малошумящего усилителя модуля и, как результат, потеря сигналов спутников. И наконец, несмотря на то, что практически все современные GNSS-модули способны работать в стандарте NMEA, расширенный функционал (в частности, режимы энергосбережения, A-GPS, частота выдачи навигационных данных и пр.) доступен только при использовании фирменных бинарных протоколов, зачастую достаточно сложных и зависящих от установленного в модуле чипсета. В рамках данной статьи рассмотрим некоторые методы решения вышеперечисленных задач, предлагаемые компанией Telit.

 

Dead reckoning

К числу вариантов выхода из положения относится применение датчиков инерциальной навигации (dead reckoning) совместно с модулями GNSS. Такая гибридная схема позволяет навигационному модулю некоторое время (от одной до десятков минут) формировать валидные координаты при полном отсутствии сигналов спутниковых систем. Компания Telit предлагает свое решение — модуль SL869-DR [1]. Он построен на базе известного чипсета от ST Microelectronics ST8088, имеющего аппаратную поддержку интерфейсов UART, USB, I2C и CAN, а также несколько дискретных входов. Благодаря этим аппаратным особенностям, а также специальному ПО модуля обеспечивается работа как со спутниками GPS и ГЛОНАСС, так и с инерциальными датчиками. Возможные режимы функционирования модуля SL869-DR с инерциальными датчиками показаны в таблице 1.

Таблица 1. Режимы работы модуля SL869-DR с инерциальными датчиками

Конфигурация

Датчик угловой скорости

Датчик линейной скорости

Другие датчики

Автономная

Датчик ускорения (одно- или трехосевой)

Импульсы скорости (дискретные)

Дискретный сигнал направления (вперед/назад)

Гироскоп на шине CAN

Гироскоп на шине CAN

Датчик скорости на шине CAN

Датчик направления на шине CAN

Датчики вращения колес (DWP)

CAN DWP

Смешанная

Датчик ускорения (одно- или трехосевой)

Как видно из таблицы 1, модуль может работать как с полностью автономными датчиками (MEMS), так и использовать CAN-шину для получения информации из бортовой сети автомобиля. В последнем случае цена решения снижается практически до стоимости одного GNSS-модуля.

Схема подключения инерциальных датчиков к SL869-DR

Рис. 1. Схема подключения инерциальных датчиков к SL869-DR

Примерный дизайн схемы подсоединения инерциальных датчиков и CAN-интерфейса к модулю SL869 приведен на рис. 1. На рис. 2 показана схемотехника подключения модулей серии SL869 (SL869, SL869-DR, SL869-T, а также SL869 V2). Последний в списке — модуль SL869 V2 — не имеет USB-, CAN- и I2C-интерфейсов и не поддерживает dead reckoning, поэтому соответствующие цепи не подключаются.

Схема подключения модулей серии SL869

Рис. 2. Схема подключения модулей серии SL869

 

m2mLOCATE

Еще одним способом повышения надежности определения координат является использование альтернативных методов, например получение информации о местоположении по базовым станциям GSM и 3G. Подробно методика описана в [2], здесь лишь упомянем, что все GSM-модули Telit могут собрать сведения о параметрах базовых станций всех операторов, в отличие от изделий других производителей, предоставляющих данные лишь о той сети, в которой в настоящее время зарегистрирована SIM-карта. Компания максимально упростила этот метод для пользователей своих GSM/3G-модулей, создав технологию m2mLOCATE [3]. Алгоритм работы m2mLOCATE показан на рис. 3.

Алгоритм работы m2mLOCATE

Рис. 3. Алгоритм работы m2mLOCATE

Для определения местоположения модулю достаточно подать одну AT-команду [4]. Далее все происходит автоматически: модуль самостоятельно сканирует частотные каналы, находит информацию о базовых станциях, устанавливает соединение с сервером Telit, передает на него полученные данные и в ответ принимает сообщение с текущими координатами. m2mLOCATE интегрирована во все модули компании, построенные на чипсете Intel, — начиная от бюджетного GL868-DUAL V3 и заканчивая высокоскоростным HE910-G. Точность местоопределения достаточно высока — погрешность составляет около 50 м в пределах городской черты и несколько хуже в сельской местности. В рамках стандартного пакета услуг Telit бесплатно предоставляет возможность сделать 1000 запросов местоположения в месяц на один модуль. Этого, как правило, достаточно для резервного канала. Если же требуется обеспечить большее количество запросов, предусмотрено заключение дополнительного соглашения с производителем.

 

Совместная работа GSM/GPRS- и GNSS-модулей

Стараясь упростить жизнь разработчикам, Telit также внедрил возможность получать информацию и управлять GNSS-модулем непосредственно с модуля GSM. Это позволяет в бюджетных проектах сэкономить на ресурсах центрального процессора, поскольку освобождается один последовательный порт, а также пропадает необходимость в анализе NMEA-протокола и/или бинарных фирменных протоколов GNSS-модулей, что необходимо для реализации загрузки эфемерид, управления режимами энергосбережения и других расширенных функций.

Стандартная схема соединений между процессором, GNSS- и GSM-модулями представлена на рис. 4. Процессор через свой UART1 управляет передачей данных GSM-модулем, а через UART2 — получением навигационных данных. UART1 GSM-модуля может использоваться для трассировки при поиске ошибок (при этом потребуется подключить его к компьютеру) либо для дополнительного канала управления (но для этого нужен будет третий UART процессора, не показанный на рис. 4).

Классическая схема подключения GNSS-модуля

Рис. 4. Классическая схема подключения GNSS-модуля

В альтернативном же варианте, предлагаемом Telit, UART GNSS-модуля напрямую соединяется с UART1 GSM-модема (рис. 5). UART2 процессора при этом освобождается и может быть применен для других нужд приложения. Встроенная программа GSM-модуля позволяет как управлять режимами работы GNSS, так и распознавать полученные с навигационного модуля сведения. В таблице 2 показаны основные команды для работы в таком режиме и дано их краткое описание [5].

Усовершенствованная схема подключения GNSS-модуля

Рис. 5. Усовершенствованная схема подключения GNSS-модуля

Таблица 2. Команды для управления GNSS-модулем

Команда

Описание

AT$GPSP

Включение/выключение GNSS-модуля

AT$GPSR

Выполнение заводского сброса, холодного, теплого или горячего старта

AT$GPSD

Выбор типа модуля GNSS

AT$GPSSW

Запрос версии прошивки GNSS

AT$GPSAT

Выбор типа GNSS-антенны (активная или пассивная)

AT$GPSNMUN

Выбор типов NMEA-сообщений, которые будут передаваться в AT-интерфейс без обработки

AT$GPSACP

Получить данные о местоположении

AT$GPSCON

Прямой доступ к GNSS-модулю (прозрачный режим)

AT$GPSPS

Управление режимами энергосбережения

AT$GPSWK

Выход из режима энергосбережения

AT$GPSSAV

Сохранить конфигурацию GNSS

AT$FTPGETIFIX

Загрузить эфемериды с FTP-сервера в модуль (SiRF)

AT$HTTPGETIFIX

Загрузить эфемериды с HTTP-сервера в модуль (SiRF)

AT$HTTPGETSTSEED

Загрузить и декодировать эфемериды с HTTP-сервера (ST)

AT$INJECTSTSEED

Загрузить декодированные эфемериды в модуль (ST)

AT$GPSGPIO

Конфигурирование входов/выходов модуля GSM, управляющего навигационным модулем

AT$GPSSERSPEED

Задать скорость порта для передачи GNSS-данных

Как видно из таблицы 2, GSM-модули Telit способны управлять включением/выключением модулей GNSS, загрузкой эфемерид, декодированием NMEA и режимами энергосбережения, чего, как правило, вполне достаточно для большинства приложений. В настоящее время производителем реализована поддержка GNSS-модулей на базе чипсетов SiRF (в частности, SE868) и ST8088 (серия SL869). Эти команды могут использоваться и для управления совмещенными 3G/GNSS-модулями (из линейки xE910). Ведется работа по поддержке новейших модулей Telit на чипсете MT3333 (SL869 V2 и SL871).

Отдельно следует отметить прозрачный режим. Дело в том, что сама идея управлять GNSS-модулем AT-командами не нова и уже осуществлена некоторыми изготовителями M2M-модулей. Однако другие производители позволяют управлять только GNSS-модулями из ограниченного списка, что заставляет потребителя применять лишь конкретные компоненты для своих изделий. Если же модуль GNSS не входит в этот список, использовать его в такой связке весьма затруднительно (если вообще возможно). И вот здесь приходит на помощь команда AT$GPSCON, посредством которой транслируются все отклики GNSS в AT-порт и, наоборот, подаются произвольные команды в AT-порт, впоследствии переданные навигационному модулю. Такое уникальное решение предоставляет возможность использовать в связке с GSM-модулями любые другие устройства, работающие по последовательному интерфейсу.

 

Заключение

Компания Telit, давно зарекомендовавшая себя на рынке M2M-решений, постоянно отслеживает потребности потребителей и предлагает новые изделия, позволяющие создавать высокотехнологичные современные устройства, применяющиеся практически во всех областях деятельности человека. Европейская система качества и доступная документация в сочетании с приемлемыми ценами на аппаратные M2M-решения и набором дополнительных услуг обеспечивает конкурентоспособность конечных продуктов.

Литература
  1. Telit SL869 DR Hardware User Guide. 1VV0301118 Rev.0 — 2013-12-20
  2. Рудневский А. Определение местоположения по базовым станциям в сетях GSM // Беспроводные технологии. 2010. №3.
  3. Telit m2mLOCATE datasheet.
  4. Канкулов К. Ультракомпактный GSM/GPRS-модуль GE866 // Беспроводные технологии. 2013. №3.
  5. Telit AT Commands Reference Guide. 80000ST10025a Rev. 20 — 2014-05-05.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *