RPG - REGISTRADOR DE POSICIONAMENTO GLOBAL
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1,2
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Cássio Fabricio Martucci , Ivan Jorge Chueiri , Silze Inara Miyuki Ruiz Takano
Curitiba, PR - Brasil
[email protected], [email protected]
(1)
(2)
– PUC-PR
– Pontifícia Universidade Católica do Paraná.
– LACTEC – Instituto de Tecnologia para Desenvolvimento.
Palavras Chaves
GPS, AVL, Armazenamento, DataLog, Compact Flash Memory Card.
Abstract
The RPG is a system that implements a new technology for data storage. An application is for GPS data
storage where each mobile unit has a GPS receiver couple RPG that storage your position. The RPG suply
a small circuit wich is possible to register all position in Compact Flash Memory Card. This allows the
owner of entire fleet manage the mobile assets when the mobile come back.
Resumo
A proposta do RPG é apresentar uma solução para problemas de armazenamento em grande escala de
dados e troca de informação em diversas aplicações como Monitoramento de Veículos, agricultura de
precisão e Log de dados geo-referenciados ou em tempo real. De maneira confiável e de custo acessível o
RPG inova na forma de trocar informações, bem como torna a capacidade de armazenamento escalonável
de acordo com a necessidade do sistema que irá utilizá-lo.
1 - Introdução
O uso de sistemas de geo-referenciamento, agricultura de precisão e monitoramento de veículos
normalmente são compostos por um receptor GPS cuja precisão pode variar de acordo com a aplicação e um
sistema de transmissão que pode usar como meio de envio dos dados redes celular, satélites geo-estacionários ou
de baixa órbita, radio trunking e etc. O grande problema destes sistemas é a limitação de memória local, que
atualmente não ultrapassa 0,5Mb. Como a transmissão é feita através sistemas da satélite cada byte transmitido
tem alto custo, então transmite-se somente o essencial para reduzir custos, dessa maneira outras informações
relevantes, porém não tão essenciais, são desprezadas nestes sistemas.
Algumas informações necessitam ser transmitidas e analisadas em tempo real, já outras podem ser
processadas no futuro. Por exemplo: em um sistema de monitoramento de veículos, caso um caminhão seja
arrombado, é necessário que a estação de monitoramento avise a polícia no mesmo instante, no entanto se o
motorista utilizou um desvio para não pagar pedágio ou se está utilizando postos de gasolina diferente dos
recomendados estas informações podem ser processadas no futuro, ou seja no regresso do móvel.
Este conceito faz com que haja uma grande redução nos custos de transmissão, fazendo com que cada vez
mais os hardwares de AVL utilizem mais inteligência (processamento e armazenamento local) para minimizar
custos de transmissão.
Um conceito muito utilizado é o conceito de cercas eletrônicas, onde o hardware é capaz de avaliar se o
móvel está dentro ou fora de uma determinada região para tomar decisões pré-estabelecidas. Desta forma podese programar que um móvel só transmita à estação de monitoramento caso este tenha saído das fronteiras da
cerca. O RPG é um Hardware que pode ser acoplado a sistemas AVL já instalados sem alterar sua operação ou
modo de funcionamento, e no regresso do móvel trazer uma gama de informações que permitam um estudo do
comportamento detalhado do móvel.
O RPG pode também ser acoplado diretamente a Receptores GPS via porta Serial para aplicações onde
não haja necessidade de um monitoramento on-line, dessa maneira o RPG disponibilizará num dispositivo de
armazenamento uma grande quantidade de informações úteis para um sistema de Logística, que
comprovadamente pode aumentar a produtividade de transporte das empresas.
2. Desenvolvimento
O RPG é constituído de um circuito que implementa interfaces seriais para acoplamento com receptores
GPS, terminais, ou até mesmo modems, um conector para o dispositivo de armazenamento de massa Compact
Flash Memory Card. Este dispositivo pode alcançar valores que chegam de 4Mb até 1Gb comercialmente. Todos
controlados por um microcontrolador de baixo consumo de energia, no qual reside o firmware que gerencia o
completo funcionamento do RPG, ainda possui um conector de expansão que permitirá customizar o RPG para
aplicações que necessitam de circuitos adaptativos e o circuito de alimentação.
RPG
COMPACT
FLASH
CIRCUITO DE
ALIMENTAÇÃO
CONECTOR CF
CONECTOR DE
EXPANSÃO
INTERFACE COM
GPS
MICROCONTROLADOR
FIRMWARE
Figura 1: diagrama geral do RPG
Microcontrolador: possui Real Time Clock, bateria de Back up, 2 portas seriais independentes, Watchdog
Timer.
Conector de Expansão: possui 50 pinos para tornar a placa do sistema universal a qualquer aplicação.
Pode-se acoplar a este conector mais memória, interface para aquisição analógica e/ou digital e até
mesmo um modem para comunicação.
Interface com GPS:possui interface serial – Nível TTL;
Outros Componentes: Decoder, Latch, Mémoria Ram
Circuito de Alimentação: Entrada não regulada de 7-20V e fornece 5V para a circuito.
Compact Flash Memory Card:
Os CF utilizam conector 50 pinos e se comunicam através do Protocolo ATA, o mesmo utilizados por Hard
Disks (HD), portanto são dispositivos de bloco que permitem leitura e gravação em setores de 512 bytes. Cartões
CF são desenvolvidos com tecnologia flash, uma solução de armazenamento não volátil que não requer bateria
para retenção de dados indefinidamente.
Totalmente programável o RPG opera de acordo com um arquivo chamado “config.rpg” que pode ser
transferido ao RPG através da inserção da Compact Flash contendo o arquivo, diretamente por uma das duas
portas serias ou ainda por um modem conectado a uma destas portas. Este arquivo descreve ao RPG como deve
operar podendo conter programação de períodos de stand-by, filtros para aquisição de dados, bem como pode
programar o RPG para fazer polling de dados.
A leitura e escrita de arquivos é implementada através de uma tabela de alocação de arquivos, FAT
(File Allocation Table), que é implementada no firmaware e reside no microcontrolador fazendo todo o
gerenciamento de leitura e de escrita de arquivos, permitindo que este arquivo gerado possa ser portável para
qualquer sistema operacional, visto que é um aquivo em formato texto.
Com capacidade de interpretar o protocolo NMEA 0183 2.0 e a opção de interpretar outros protocolos,
o RPG implementa uma forte capacidade de operar com cercas eletrônicas. Estes “cercas” até o presente
momento são compostas por algumas dezenas de polígonos que definem as regiões. No RPG devido ao imenso
volume de memória que este possui este número de polígonos não possui um limite fixo, ou seja, é possível
utilizar uma “cerca” que acompanhe uma estrada durante centenas de quilômetros com pouquíssimos metros
lado a lado.
A confecção deste arquivo de configuração é feita por utilitário gráfico que funciona no PC auxiliando a
geração do arquivo a partir de máquinas de estados que podem ser simples ou complexas. Por exemplo, o RPG
pode ser programado para filtrar e interpretar todas as mensagens que comecem com $GPGGA (sentença NMEA
que contem LAT e LON), caso a posição fornecida pela sentença seja válida então comparar se está dentro ou
fora da cerca eletrônica contida no arquivo de configuração, caso esteja fora então acione uma das saídas digitais
até que seja acionada uma das entradas digitais.
Concomitantemente pode ser programando para armazenar na Compact Flash qualquer movimentação
desde que seja maior do que um determinado valor em metros por ex: 30m.
Após a geração do arquivo pelo utilitário gráfico este pode ser gravado na CF e assim que inserido no
RPG este estará funcionando como programado. No exemplo ao retornar o móvel trará consigo todas as posições
fornecidas pelo GPS com uma distância mínima de 30m.
Firmware: é responsável por toda inteligência do sistema, interpreta os processos de aquisição que foram préprogramados no CF e então inicializa o GPS, o configura de maneira a atender as especificações préprogramadas e faz aquisição dos dados do GPS. O firmware também implementa a FAT, tabela de alocação de
arquivos, que será responsável por encontrar o arquivo de configuração na memória, bem como criar o arquivo
que conterá todos os dados a serem armazenados no cartão de memória CF.
Software: O SW permite ao usuário selecionar os dados a serem de adquiridos de acordo com as sentenças
associadas e a freqüência com que estes serão armazenados, durante este processo o cálculo do número de bytes
a serem armazenados será mostrado de maneira dinâmica de acordo com a seleção dos dados. Outro método de
disparo do RPG será o método externo, esse método irá disparar aquisições quando houver uma interrupção em
HW. Para o sistema periódico o usuário será informado sobre a autonomia do sistema, podendo saber se a gama
de dados selecionados e o mecanismo de disparo vão atender às suas necessidades utilizando como parâmetros o
tempo e a quantidade de dados a serem adquiridas.
No módulo de extração de dados o usuário poderá:
-
Apagar a programação existente;
-
Apagar os dados coletados;
Interface c/
Usuário
Dados a Serem Amostrados
Seleção dos
Mecanismos de
Disparo
Apagar Programação
ou Dados
Transferir Dados P/
Arquivo
Mecanismos de Disparo
Função de Gravação
no CF
Função de Leitura no
CF
Arquivo
em Disco
Seleção Dos Dados a
Serem Amostrados
Figura 2: diagrama do software
3. Resultados Obtidos
O objetivo do sistema dentre outras funções, eliminar a necessidade de uma pessoa para operar o
equipamento no momento da aquisição dos dados, pretende-se que a aquisição seja automática, sem intervenção
de técnicos ou especialistas.
Uma vez que a aquisição esteja completa o objetivo é disponibilizar os dados para análise. Ilustramos
abaixo a ilustração do objetivo do sistema RPG.
Demonstração dos Dados Adquiridos durante viagem Curitiba – Ponta Grossa – Curitiba.
Visualização Gráfica utilizando o OziExplorer – Software que permite a visualização dos dados
adquiridos - disponível na Internet.
Na figura 3, temos o trajeto Curitiba – Ponta Grossa – Curitiba, mapeado com 4.120 pontos, atualmente
este tipo de mapeamento com tamanha precisão somente pode ser realizado por PC ou Palmtops acoplados a
GPS ou até mesmo por aparelhos GPS com baixa resolução, devido à falta de memória dos GPS.
O RPG possibilitará de maneira simples a aquisição na máxima resolução do GPS de trajetos de distância
ou tempo, devido à sua alta capacidade de armazenamento nos CF.
Na figura 4, demonstra-se um zoom de 750% do trajeto demonstrando os pontos adquiridos, sendo
possível visualizar o trecho da serra em alta resolução.
Figura 3: Visualização detalhada de trecho entre Ponta Grossa e Curitiba.
figura 4: Visualização detalhada de trecho entre Ponta Grossa e Curitiba.
4.
Conclusão
O sistema apresentado obteve uma excelente performance na aquisição e na programação do GPS,
com seu baixo consumo de energia e alta capacidade de armazenamento acredita-se que suas aplicações serão
inúmeras.
5.
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