Перейти к основному содержанию
ИТарктика
УДК 654
Ласёк Михаил Петрович, Макаров Роман Владимирович
старший преподаватель, кафедра Радиофизики и электроники,
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина»

студент, кафедра Радиофизики и электроники, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина»
Разработка системы GPS мониторинга транспорта в малых и средних городах
Аннотация:

В статье описана работа системы GPS мониторинга транспорта, разработанная на кафедре Радиофизики и электроники, «СГУ им. Питирима Сорокина». Система включает в себя такие элементы: GSM модуль NEOWAY M590E, GPS модуль NEO-6M, отладочная плата Arduino UNO R3. Взаимодействие с системой осуществляется через приложение написанного для ОС Android на языке Java.

Ключевые слова: Мониторинг транспорта, GPS, Arduino, NEOWAY M590E, NEO-6M, Android..

Введение

Применение спутникового слежения за транспортом на основе навигационной системы GPS позволяет транспортным компаниям повысить эффективность работы, облегчить задачи управления и учета расходов на транспорт. Использование спутникового наблюдения позволит пользователям услуг транспортных компаний отслеживать нужный им транспорт, а работодателю отслеживать работу водителей и оптимизировать их маршрут. С развитием электронной базы появилась возможность создавать собственные, недорогие системы GPS мониторинга. В статье описан пример создания такой системы.

Принцип работы системы GPS мониторинга

Система мониторинга состоит из четырех элементов: спутник, GPS трекер, сервер и смартфон.

рш

GPS трекер получает сигнал со спутника, высчитывает свои собственные геоданные. Данные передаются системе управления на микроконтроллере, где они расшифровываются. Затем эти данные передаются в GSM модем, который с помощью GPRS соединения отправляет эти данные на  сервер. Данные о местоположении, скорости  и времени отправляются на сервер. По запросу клиента с сервера данные считываются и выводятся на экран мобильного устройства.

GPS трекер

GPS трекер - это небольшое устройство для спутникового слежения за транспортными средствами, животными и другими объектами. С помощью него можно отслеживать местоположения объектов онлайн, а также увидеть  историю передвижений объекта на электронной карте. Технически GPS трекер сочетает в себе GPS приемник, GSM модем и управляющий микроконтроллер. С помощью GPS приемника устройство вычисляет скорость движения, координаты, высоту над уровнем моря и время. “Общение” GPS приемника с микроконтроллером осуществляется по последовательному интерфейсу связи UART на скорости 9600 бод. Микроконтроллер получает данные от GPS приемника в формате протокола NMEA [1] с периодом 1 секунда. Микроконтроллер обрабатывает полученные данные и посылает их по UART на модем. GSM модем отправляет на сервер необходимую информацию, по каналам сотовой связи.

дло

GPS приемник представляет собой плату, на которой расположены микросхема NEO-6M, EEPROM память, стабилизатор напряжения на 3.3 вольта и антенна. Напряжение питания  приемника 5 вольт.

NEO-6M - это автономный GPS модуль Швейцарской фирмы u-blox,  размером 16x12,2x2,4 мм. Приемник является 50 канальным (может работать с 50 спутниками одновременно), точность нахождения координат до 2х метров, время обновления координат один раз в секунду. Напряжение питания чипа составляет от 2.7 до 3.6 вольт. Модуль может работать в диапазоне температур от  -40°C до 85°C.

В качестве управляющего микроконтроллера (МК) был выбран ATmega328p на отладочной плате Arduino Uno R3. Отладочная плата была выбрана по нескольким причинам: присутствием обвязки микроконтроллера Atmega328p, наличием аппаратного UART интерфейса, возможностью реализации программного UART интерфейса, бесплатно распространяемой  средой разработки, необходимым объемом FLASH (32кб) памяти, достаточным количеством цифровых выводов (более 5ти), низким энергопотреблением (менее 1мВт), ненадобностью сторонних программаторов.

GSM модем представляет собой плату, на которой расположены: модуль NEOWAY M590E, слот под сим карту и другие необходимые элементы. “Общение” с GSM модемом осуществляется с помощью интерфейса USART. Управляется модем специальными АТ командами [2], которые изложены в нескольких стандартах связи, среди которых GSM 03.40 и GSM 07.07. NEOWAY M590E — это беспроводной модуль GSM/GPRS связи, размером 28х22х2.6мм. Напряжение питания модуля составляет 3.3-4.5 вольт, рабочий ток 210мА, ток в режиме сна 2.5мА. Модуль может потреблять пиковый ток до 2х ампер при поиске сотовой сети и передачи данных. NEOWAY M590E поддерживает такие стандарты связи как GSM, GPRS class 10, а так же протоколы TCP/IP/FTP/UDP, что позволяет ему работать в сетях сотовой связи.  Модуль работает на европейских частотах 900/1800Мгц и в диапазоне температур от -40°C до 85°C.

Принципиальная схема GPS трекера приведена на рисунке 3. Для преобразования напряжения питания из 12-15 вольт в 5 используется стабилизатор напряжения КР142ЕН5В.

дл

Алгоритм работы GPS трекера

При подаче питания на устройство, GPS приемник включается автоматически, а GSM модем включается микроконтроллером (МК). Затем МК проверяет работоспособность модема и соединение с интернетом. После чего проверяется, получены ли данные с GPS приемника, и если данные получены, то они обрабатываются. Завершающим шагом является подключение к серверу, отправка геоданных и отключение от него. После чего весь цикл начинается с проверки работоспособности GSM модема.

Код управляющей программы, написанный на языке C  в среде разработки Arduino IDE. Для работы с протоколом NMEA используется библиотека «TinyGPS++», а так же на рисунке 4 приведен пример подключения к FTP серверу и отправки геоданных на него с применением АТ команд.

пш

Android приложение

Для создания пользовательского приложения на базе ОС Android используется бесплатная среда разработки Android Studio. Используемый язык программирования Java. Приложение подключается к серверу, считывает данные с него и обрабатывает их. После чего происходит вывод этих данных на экран смартфона в качестве объекта на карте. Для работы с картами используется Яндекс библиотека MapKit [3].

Работа приложения осуществляется в 3х потоках: Графический поток, поток “Сервер”, поток “Таймер”. Графический поток отвечает за обновление графического интерфейса программы, на котором отражается карта и объекты на ней. Поток сервер необходим для подключения к серверу, получения  и обработки данных от него. Поток таймер отвечает за интервал между обновлениями геоданных на карте, которые получены от сервера.

Заключение

Разработана система GPS мониторинга транспорта. Главными плюсами разрабатываемого устройства является его низкая цена по сравнению с аналогами. Низкая цена обусловлена применением наиболее дешёвых и доступных электронных компонентов на сегодняшний день. Данное устройство может быть использовано пассажирскими автотранспортными предприятиями малых и средних городов. С помощью этого устройства пассажиры будут знать, где находится нужный им автобус, а предприниматель отслеживать работу водителей. Так же данное устройство может быть применено транспортными компаниями, для отслеживания работы транспортных средств.

Список литературы

  1. Описание NMEA протокола. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://yug–gps.narod.ru/docs/000x/st007.htm.
  2. M590 AT COMMAND SETS V3.0. [Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://www.avislab.com/blog/wpcontent/uploads/2015/10/Neoway_M590_AT_Command_Sets_V3.0.pdf.
  3. Yandex MapKit для Android. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://tech.yandex.ru/mapkit/doc/3.x/concepts/android/quickstart–docpage/.

Reference

  1. Description of the NMEA protocol. [Electronic resource]. – Mode of access: http://yug–gps.narod.ru/docs/000x/st007.htm.
  2. M590 AT COMMAND SETS V3.0. [Electronic resource]. – Mode of access:http://www.avislab.com/blog/wp–content/uploads/2015/10/Neoway_M590_AT_Command_Sets_V3.0.pdf.

Yandex MapKit for Android. [Electronic resource]. – Mode of access:https://tech.yandex.ru/mapkit/doc/3.x/concepts/android/quickstart–docpage/