Обзор современного оборудования, предназначенного для спутникового мониторинга транспортных средств
В настоящее время для целей управления автотранспортом на рынке телекоммуникационного оборудования представлено большое количество технических устройств. Каждое устройство отличается принятым техническим решением и предоставляет различное количество услуг. Среди производителей оборудования для GPS мониторинга выделяются также и российские компании.
Долгое время лидирующие позиции по оценкам потребителей занимали автомобильные контроллеры фирмы Teltonika. Модель автомобильного контроллера Teltonika FM2200, показанного на рисунке 1.11, имеет основные функции: наличие черного ящика, управляющие команды по SMS, отправка данных по SMS, встроенный одометр, связь через TCP, связь через UDP .
Рисунок 1.11 – Внешний вид автомобильного контроллера Teltonika FM2200
Всего в серверном центре Wialon используется 7059 объектов Teltonika FM2200 — это составляет 13% от общего количества автомобильных контроллеров.
Еще одним, известным на территории России, производителем устройств для GPS/ГЛОНАСС мониторинга транспорта является ООО "АПК КОМ". Среди последних разработок данной фирмы следует выделить терминал ASC 6, внешнее исполнение которого показано на рисунке 1.12.
Рисунок 1.12 – Терминал ASC 6 производства ООО "АПК КОМ"
Существенным отличием терминала является то, что он позволяет осуществлять управление внешним оборудованием при помощи 4 дискретных выходов, используя команды по GPRS или SMS.
Для наглядности основные технические параметры терминала ASC 6 сведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 Технические параметры терминала ASC 6
| Технический параметр | Значение параметра |
| Чувствительность GPS приемника, дБм | -165 |
| Чувствительность ГЛОНАСС приемника, дБМ | -150 |
| Количество каналов GPS приемника,шт | |
| Количество каналов ГЛОНАСС приемника, шт | |
| .Стандарт связи | GSM 900/1800 |
| Мощность GSM передатчика, Вт | |
| Количество SIM карт, шт | |
| Количество аналоговых входов, шт | |
| Количество импульсных входов, шт | |
| Количество транзисторных выходов,шт | |
| Интерфейс RS232, шт | |
| Шина CAN (Интерфейс RS458), шт | |
| Тип карты памяти | MicroSD |
| Разъем для подключения гарнитуры, шт | |
| Линейный аудио выход, шт |
Продолжение таблицы 1.2 Технические параметры терминала ASC 6
| Технический параметр | Значение параметра |
| Напряжение питания, В | +10..+30 |
| Аккумуляторная батарея | Li-Ion |
Одной из таких компаний по производству GPS трекеров является ООО «НПО «ГалилеоСкай». Разработками данного научно-производственного объединения пользуется один из самых крупных операторов систем GPS мониторинга в Беларуси Gurtam. Наиболее востребованы среди пользователей данным видом услуг трекеры Galileo GPS/Galileo ГЛОНАСС, внешний вид которого показан на рисунке 1.10. Терминалы определяют местоположение мобильного объекта путем записи времени и маршрута в виде точек с географическими координатами и передают данные на сервер, для дальнейшей их обработки и посылки на пульт диспетчера. Совместно с координатами производится запись ряда параметров транспортного средства (ТС), состояний аналоговых и дискретных входов терминала, и цифровых интерфейсов.
Для приема сигнала сети сотовой подвижной связи применяется GSM антенна Антей 916 – автомобильная выносная антенна на магнитной базе, предназначенная для работы с GSM устройствами, работающими в частотном диапазоне GSM 900/1800.
Экономичная GSM антенна Антей 916 увеличивает радиус устойчивого приёма на открытой и пересечённой местности. Улучшает качество принимаемого и передаваемого сигнала, способствует энергосбережению аккумуляторов беспроводных устройств. В таблице 1.3 приведены основные технические характеристики данного изделия.
Внешнее конструктивное исполнение антенны Антей 916 и разъем для подключения к GSM устройству показаны на рисунке 1.13.
Рисунок 1.13 – Конструктивное исполнение антенны Антей 916
Таблица 1.3 – Технические характеристики GSM антенны
| Параметр | Значение |
| Частотный диапазон, МГц | GSM 900/1800 |
| Сопротивление, Ом | |
| Коэффициент усиления, дБ | |
| Разъём | SMA |
Рисунок 1.10 – Автомобильный контроллер Galileo GPS
Ниже представлена таблица, в которой приведены основные техические характеристики трекера.
Таблица 1.4 – Технические параметры Galileo GPS/Galileo ГЛОНАСС
| Параметр | Galileo GPS | Galileo ГЛОНАСС |
| Аналоговые входы, шт | ||
| Дискретные входы, шт | ||
| Частотно-импульсные входы, шт | ||
| Диапазон напряжений, В | 0-33 | 0-33 |
| Входное сопротивление каждого входа, кОм | ||
| Параметр | Galileo GPS | Galileo ГЛОНАСС |
| Максимальная измеряемая частота, кГц | ||
| Транзисторные выходы (выход 0/1), шт | ||
| Тип элементов питания, | Li-Ion аккумулятор; | |
| Средняя потребляемая мощность, Вт | 1,2 | 1,6 |
Продолжение таблицы 1.4 – Технические параметры Galileo GPS/Galileo ГЛОНАСС
| Параметр | Galileo GPS | Galileo ГЛОНАСС |
| Интерфейсы | CANBUS (J1939),два порта RS-232,microSD, 1-Wire,USB 2.0 | CANBUS (J1939),два порта RS-232,microSD, 1-Wire,USB 2.0 |
| Тип выхода речевого оповещения | Аналоговый (линейный выход) | Аналоговый (линейный выход) |
| Размер данных пакета передаваемой информации, байт | 26 (основной пакет), 48 (контрольная точка) | 26 (основной пакет), 48 (контрольная точка) |
| Точность определения координат (95% времени), м | ||
| GSM модем | GSM 850/900/1800/1900, GPRS класс 10 | GSM 850/900/1800/1900, GPRS класс 10 |
ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ЗАДАНИЙ НА ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Для выбора параметров устройства, разрабатываемого в данной дипломной работе, технологий спутниковой навигации и связи использовались стандарты, рекомендации и другие нормативные документы, опубликованные различными международными организациями в сфере телекоммуникаций и стандартизации.
Главным руководящим документом, в котором представлены общие технические требования, предъявляемые к оборудованию систем сотовой подвижной электросвязи, работающему на территории нашей республики, является Государственный стандарт Республики Беларусь СТБ 1356-2011 [6].
Этот стандарт устанавливает требования к параметрам электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС) и требования к параметрам излучения РЭС, а также требования по эффективному использованию радиочастотного спектра.
Согласно этому документу для оборудования мобильной станции стандарта E 900/1800 предусмотрены следующие полосы частот:
- 890 – 915 МГц для передачи от мобильной станции (МС) к базовой станции (БС) и 935 – 960 МГЦ для приема сигнала от БС в диапазоне 900 МГц;
- 1710 – 1785 МГЦ для передачи сигнала от МС к БС и 1805 – 1880 МГц для приема сигнала от БС в диапазоне 1800 МГц.
Все технические параметры для оборудования МС в стандарте СТБ 1356-2011 приведены в соответствии со спецификацией TS 25.101, 2009, разработанной Европейским институтом телекоммуникационных стандартов [7].
Мощность передатчика в телефоне ограничена максимум 2 Вт в GSM 900 и 1 Вт в GSM 1800 в соответствии с данным документом. Чувствительность приемника ограничивается значением -102 дБм. При формировании сигнала применяются следующие виды модуляции: GMSK, 8-PSK, QPSK, 16-QAM, 32-QAM. Допустимая пиковая скорость, которая используется для передачи данных от МС к БС составляет 270,833 кбит/с.
Основные технические требования для приемного оборудования спутниковой навигационной системы приведены в интерфейсном контрольном документе NAVSTAR GPS Space Segment / Navigation User Interfaces (ICD-GPS-200).
Спутники излучают открытые для использования сигналы в диапазонах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц L5=1176,45 МГц. Навигационная информация может приниматься антенной (обычно в условиях прямой видимости спутников) и обрабатываться при помощи GPS-приёмника.
Сигнал с кодом стандартной точности (C/A код — модуляция BPSK), передается в диапазоне L1 и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2, распространяется без ограничений на использование. Точность определения координат составляет около 10 метров у гражданских пользователей. Чувствительность приемника в диапазоне L1 для кода С/A составляет не менее -160 дБм.
На сегодняшний день большинство современных производителей выпускают автомобили со встроенной CAN-сетью для связи исполнительных устройств автомобиля с электронным блоком управления. Для контроля состояния данных элементов в разрабатываемом устройстве предусмотрен интерфейс для соединения с CAN-шиной, что позволить подключить его к бортовой сети автомобиля. Основные технические параметры протокола CAN приведены в стандарте ISO 15765-4[10].
В стандарте ISO 11898 определено, что в данном случае CAN-сеть имеет топологию «шина» с физическим уровнем в виде дифференциальной пары. Передача осуществляется кадрами, которые принимаются всеми узлами сети. Синхронная шина, с типом доступа Collision Resolution (CR), который детерминировано (приоритетно) обеспечивает доступ на передачу сообщения, что особо ценно для промышленных сетей управления. Полезная информация в кадре состоит из идентификатора длиной 11 бит (стандартный формат) или 29 бит (расширенный формат, надмножество предыдущего) и поля данных длиной от 0 до 8 байт. Идентификатор говорит о содержимом пакета и служит для определения приоритета при попытке одновременной передачи несколькими сетевыми узлами.
Вероятность появления ошибки передачи составляет 4,7×10-11. Согласно стандарту ISO 15765-4 при длине сети не более 40 метров и при использовании среды передачи в виде дифференциальной пары максимальная скорость передачи данных достигает 1 Мбит/c.
В разрабатываемой системе для подключения контрольных датчиков, организация связи с которыми затруднена или невозможна при помощи проводных линий, предусмотрена возможность построения беспроводной сети на основе стандарта Bluetooth. Требования к параметрам сети и используемым устройствам в данном стандарте приведены в спецификации IEEE 802.15.1[11]. Согласно этому документу Bluetooth-устройства могут обмениваться данными, когда они находятся в радиусе до 200 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях. В таких сетях применяется свободный от лицензирования диапазон 2,4-2,4835 ГГц. Весь диапазон разделен на 79 частот , с шириной полосы 1МГц. В новой версии два Bluetooth-устройства могут устанавливать соединение с максимальным значением скорости передачи данных 1 Мбит/c менее чем за 5 миллисекунд и поддерживать его на расстоянии до 100 м.
В настоящее время большинство датчиков, установленных на автомобилях, имеют на выходе цифровой сигнал с разрешением 1024 - 4096 уровней, поэтому в проектируемой системе предусмотрен вход для цифровых устройств с разрядностью цифрового сигнала до 12 бит.