2. Технологический раздел

1. Исходные материалы

В разработке устройства применялись устройства и программное обеспечение

• Паяльная станция Lukey852D+Fan

• Руки

• Расходные материалы

• Модем GSM Sim 900D

• Приемник GPS Quectel L10

• Отладочная плата STM32F4 Discovery

• Среда разработки программы CooCox CoIDE

• Микроконтроллер STM32F100C4T6

• Импульсный стабилизатор напряжения на LM2596t-3.3

О всех (кроме первых трех) будет рассказано в данном разделе

2. Технологии используемые в данном проекте

1. GPS

Выбранные трекеры используют спутниковую систему навигации – GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования). GPS позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

Принцип определения координат объекта в системе GPS основан на вычислении расстояния от него до нескольких спутников, точные координаты которых известны. Информация о расстоянии минимум до 3 спутников позволяет однозначно определить координаты объекта как точку пересечения сфер, центр которых спутники, а радиус измеренное расстояние.

Рис. 1 Определение местоположения по сигналу с трёх спутников

Расстояние до каждого из спутников определяется как время прохождения радиосигнала от спутника до приемника умноженное на скорость света. Возникает задача точного определения времени прохождения радиосигнала. Она решается за счет генерации и передачи со спутника сигнала, модулируемого с помощью специальной последовательности. Точно такой же сигнал генерируется в GPS приемнике, а анализ отставания принятого сигнала от внутреннего позволяет определить время его прохождения.

Рис 2.Определение времени прохождения радиосигнала от спутника

Для точного определения времени прохождения сигнала часы GPS приемника и спутника должны быть максимально синхронизированы, отклонение даже на несколько микросекунд приводит к погрешности измерения в десятки километров. На спутнике для этих целей имеются высокоточные атомные часы. Установить аналогичные часы в GPS приемник невозможно (используются обычные кварцевые часы), поэтому для синхронизации времени используются дополнительные сигналы, как минимум с еще одного спутника.

На практике при хорошей видимости небосвода GPS приемники получают сигналы сразу от множества спутников (до 10-12), что позволяет им синхронизировать часы и определять координаты с достаточно высокой точностью.

Р ис. 3 Работа системы GPS спутников на орбите Земли

Орбиты спутников системы GPS. Пример видимости спутников из одной из точек на поверхности Земли. Visible sat- число спутников, видимых над горизонтом наблюдателя в идеальных условиях (чистое поле).

Наряду с последовательностью, по которой определяется время распространения сигнала, каждый спутник передает двоичную информацию - альманах и эфемериды. Альманах содержит информацию о текущем состоянии и расчетную орбиту всех спутников (получив информацию от одного спутника, появляется возможность сузить секторы поиска сигналов других спутников). Эфемериды - уточненную информацию об орбите конкретного спутника, передающего сигнал (реальная орбита спутника может отличаться от расчетной). Именно точные данные о текущем положении спутников позволяют GPS приемнику рассчитывать относительно них собственное местоположение.

2. GPRS

Выбранные трекеры используют сотовую сеть стандарта GSM для передачи данных по GPRS.

GSM (Global System for Mobile Communications) – это глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи.

GPRS (General Packet Radio Service) - надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет.

Рис 4. Общая схема передачи данных через GPRS

Система GSM состоит из множества подсистем, но для передачи информации по GPRS используется 2 из них: подсистема базовых станций и подсистема GPRS.

Подсистема базовых станций состоит из приёмо-передающих базовых станций расставленных таким образом, что области их покрытия образуют соты и контроллеров базовых станций.

Подсистема GPRS состоит из пакетного коммутатора и GPRS шлюза.

Как только трекер запросит обмен данными через GPRS, GSM-модуль посылает запрос на базовую станцию, которая в свою очередь передаёт информацию на контроллер базовых станций. Контроллер базовых станций соединяется с пакетным коммутатором. Пакетный коммутатор выполняет функции обработки пакетной информации и преобразования кадров GSM в форматы, используемые протоколами TCP/IP глобальной компьютерной сети Internet. Выполнив преобразование он отсылает данные на GPRS шлюз. Шлюз обеспечивает связь системы GPRS с пакетными сетями передачи данных: Internet, Intranet и др. Он содержит всю необходимую информацию о сетях, куда абоненты GPRS могут получать доступ, а также параметры соединения.