Задача определения координат, скорости и высоты над уровнем моря с появлением технологии GPS перестала быть чем-то необычным. В настоящее время, с появлением GPS-приемников, которые позволяют определять координаты с точностью до нескольких метров, ее можно решить за считанные секунды с использованием связки «GPS-приемник + GSM/GPRS-модуль + микроконтроллер». В этом случае контроллер получает по последовательному порту NMEA сообщения с координатами от GPS-приемника, обрабатывает их и передает GSM/GPRS-модулю для отсылки в диспетчерский центр. В такой схеме используются, в общей сложности, три микроконтроллера: главный, микроконтроллер в GPS-приемнике и микроконтроллер в GSM/GPRS-модуле. Однако существует возможность удешевить устройство, если использовать всего один мощный микроконтроллер. Это возможно при совместном применении беспроводных процессоров компании Wavecom и плагина C-GPS (Companion GPS). В этом случае используется один мощный микроконтроллер на ядре ARM9, который управляет стеком GSM и получает данные от GPS-чипсета. C-GPS-плагин доступен для беспроводных процессоров Q2686/87 и WMP50/100/150. Краткие характеристики рассматриваемых беспроводных процессоров приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики беспроводных процессоров Q2686/87 и WMP50/100/150

	Q2686/87	WMP50/100/150
Процессор	ARM9
Архитектура	32
Тактовая частота, МГц	104
Open AT MIPS max.	87
Open AT Flash, МБ	1,5	внешняя
Open AT RAM, кБ	256	внешняя
АЦП	2	4
ЦАП	1
UART	2
USB	2.0
I2C	1
LED-драйвер	1
GPIO	до 44
Клавиатура	5х5

C-GPS-решение от компании Wavecom дает разработчикам возможность легко интегрировать функции GPS в свое GSM/GPRS-устройство на базе беспроводных процессоров, используя готовые библиотеки и программную среду Open AT. Эти библиотеки позволяют управлять C-GPS-чипсетом. В текущем релизе используется RF-чипсет Opus One совместно с baseband-чипсетом Prelude One компании e-Ride. Характеристики этой связки приведены в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики чипсета Opus One + Prelude One

Число каналов приема	32
Чувствительность обнаружения, дБм	-145
Чувствительность слежения, дБм	-157
Точность определения координат вне помещений	3,0 м CEP
Точность определения координат внутри помещений	15,0 м CEP
Время холодного старта, с	38
Время теплого старта, с	36
Время горячего старта, с	2,5
Напряжения питания, В	3 и 1,2
Максимальная потребляемая мощность, мВт	160
Рабочая температура, °С	-40...85
Режимы	Автономный, A-GPS

На основе Opus One/Prelude One компания eRide выпускает готовые модули EMD1100Z (MiniRide) и EMD1000K (CompactRide) (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Чипсет Opus One + Prelude One

EMD1000K ниже по цене, чем EMD1100Z, но имеет больший размер. Для C-GPS можно использовать любое из этих решений.

Компания Wavecom предоставляет отладочный комплекс (рис. 2) для C-GPS-решения, состоящий из дочерней платы C-GPS и отладочных комплектов для беспроводных процессоров Q2686/87 или WMP50/100/150.

 

 

Рис. 2. Отладочный комплект для C-GPS-решения

Этот комплекс позволяет уменьшить время разработки готового устройства. Дочерняя C-GPS-плата (рис. 3) имеет разъем, одинаково подходящий как к отладочному комплекту для Q2686/87, так и к комплекту для WMP50/100/150.

 

 

Рис. 3. Дочерняя плата C-GPS

 

Рис. 4. Отладочный комплект WMP100

Рассмотрим C-GPS-решение на примере модуля CompactRide. Структурная схема модуля приведена на рисунке 5, а блок-схема соединения модуля с беспроводным процессором - на рисунке 6.

 

Рис. 5. Структурная схема модуля CompactRide

 

 

Рис. 6. Блок-схема соединения модуля CompactRide с беспроводным процессором

Все цифровые цепи модуля расположены на его правой стороне, все RF-цепи - на левой стороне (см. рис. 7).

 

 

Рис. 7. Печатная плата модуля CompactRide

Это сделано для того, чтобы все потенциальные источники шума были расположены как можно дальше от высокочувствительной RF-части. Исключения составляют только сигналы TCXO_EN и RESET, но в нормальных условиях эти сигналы имеют статичное значение, поэтому мешать работе не должны. Конденсаторы, стоящие по питанию цифровых цепей, расположены поблизости от входного сигнала.

Модуль питается двумя напряжениями: 1,2 и 3 В, однако требования к напряжению питания RF-части - более строгие, поэтому в типовой схеме нужно использовать три регулятора напряжения: на 1,2 В для питания ядра, на «чистые» 3 В для питания RF-части (в дальнейшем «3 В RF»), и на 3 В для питания baseband. Допускается использование двух регуляторов, на 1,2 и на 3 В, но при этом RF-часть запитывается через дополнительный LC-фильтр. Необходимо тщательно подойти к выбору регуляторов напряжения. В случае, если нет возможности использовать микросхемы, рекомендуемые eRide, заменять их надо на аналоги с теми же или лучшими характеристиками, иначе разработчик рискует получить чувствительность ниже заявленной. Как правило, в этом случае GPS-приемник будет видеть спутники, но захватить сигнал и определить координаты не сможет.

Временные диаграммы включения модуля приведены на рисунке 8.

 

Рис. 8. Временные диаграммы включения модуля CompactRide (пояснения см. в тексте)

Последовательность включения модуля следующая: подается питание 1,2 В, затем 3 В и 3 В RF, причем 3 В должно подаваться только после достижения напряжением 1,2 В по крайней мере 90% величины. Затем необходимо выставить RESET в высокий уровень, но не ранее, чем пройдет 600 мкс с момента установления напряжения 3 В. Схемотехнически это можно сделать так: подать сигнал GPS_EN на вывод ENABLE регулятора 1,2 В, а сигнал с его выхода подать на вход ENABLE регулятора 3 В через RC-цепь. После этого можно посылать команду на RXD.

Временные диаграммы выключения модуля приведены на рисунке 9.

 

Рис. 9. Временные диаграммы выключения модуля CompactRide (пояснения см. в тексте)

Последовательность действий при выключении - следующая: подается команда выключения модуля по шине RXD, снимается напряжение 3 В, 3 В RF, потом снимается напряжение 1,2 В.

Через последовательный порт модуль C-GPS управляется командами, а так же передает предварительно обработанные данные от спутников в беспроводной процессор. Беспроводной процессор для связи с модулем использует один из двух доступных UART. Для того, чтобы получать данные с чипсета, необходимо подписаться на FCM-поток через приложение Open AT. Wavecom предлагает несколько типовых примеров, используя которые, легко создать свое собственное приложение. Второй UART можно использовать под другие задачи, например для управления AT-командами или для отправки NMEA-сообщений.

Модуль может работать в двух режимах: в автономном и в режиме A-GPS. В автономном режиме модуль декодирует навигационные данные (альманах) только от спутников, поэтому он требует, чтобы уровень сигнала на его входе был не менее -146 дБм до момента первого определения. Параметр TTFF (time to first fix) в этом режиме самый большой, так как модуль декодирует данные эфемериса со скоростью 50 бит/сек (скорость, с которой спутник передает свои данные). В этом режиме модуль может находиться около 30 секунд. После того, как модуль декодировал альманах и данные эфемериса, он может принимать сигнал с уровнем вплоть до -157 дБм. В этом режиме модуль может использовать дополнительные данные, получаемые от приложения, такие, как текущее время и текущее местоположение, если они доступны. В противном случае он использует предыдущие данные эфемериса до тех пор, пока они будут валидны (в течение шести часов).

В режиме A-GPS модуль запрашивает навигационные данные со специальных серверов посредством какого либо канала передачи данных (SMS, WAP, TCP IP и др.) и, соответственно, работает при уровне сигнала до -157 дБм. В этом режиме параметр TTFF самый маленький. Интерфейс модуля не привязан к определенным серверам, поэтому может работать с любыми серверами, предоставляющими навигационные данные.

Модуль MiniRide (рис. 10), как уже было сказано, отличается от CompactRide меньшими размерами и более высокой ценой.

 

 

Рис. 10. Модуль EMD1100Z

Все рекомендации, данные для модуля CompactRide, справедливы и для MiniRide. Диаграммы включения и выключения модуля полностью аналогичны. На рисунке 11 приведена принципиальная схема соединения модуля MiniRide с отладочным комплектом Q2686/87 или WMP50/100/150.

 

Рис. 11. Соединение MiniRide с отладочным комплектом Q2686/87 или WMP50/100/150

Разрешающие сигналы модуля соединены с цифровыми выходами беспроводного процессора. Все они управляются с помощью приложения Open AT.

Разводку платы для любого из представленных модулей можно выполнить на двусторонней печатной плате. Необходимо тщательно подойти к разводке высокочастотной линии передачи от модуля до разъема. Линия должна иметь волновое сопротивление 50 Ом. При ее разработке можно использовать бесплатную программу APPcad для расчета микрополосковых линий, доступную на сайте компании Agilent www.hp.woodshot.com/.

Ответственный за направление в КОМПЭЛе - Олег Пушкарев

 

Получение технической информации, заказ образцов, поставка -
e-mail: wireless.vesti@compel.ru