Bluetooth 4.0 Low Energy для M2M сегмента - НАВИА: вчера, сегодня, завтра Удаленная загрузка ПО в модули GEMALTO
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
№ 4 (50) 2014
БЕСПРОВОДНЫЕ
РЕШЕНИЯ
НАВИА:
вчера, сегодня, завтра
Удаленная загрузка ПО
в модули GEMALTO
Bluetooth 4.0 Low Energy для M2M сегмента
В НОМЕРЕ:
ИНТЕРВЬЮ
НАВИА вчера, сегодня и завтра 6
БЕСПРОВОДНЫЕ РЕШЕНИЯ
ML8090 продолжает славные традиции ML8088 10
Bluetooth-модули НАВИА BT-01 16
Новое решение STMicroelectronics 20
для построения беспроводных сетей субгигагерцового диапазона
Устройство определения местоположения объекта: 22
аналитический подход к выбору
РАСПРОДАЖА 30
НОВОСТИ 34
АКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Увеличение выходного напряжения и максимального тока 40
при помощи последовательного соединения изолированных
преобразователей семейства μMODULE
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ
FPC/FCC-разъемы компании OMRON: 44
надежность, простота и доступность
ВЫСОКОНАДЕЖНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
MLO – новые возможности для РЧ-устройств автоэлектроники, 50
работающих в тяжелых условиях эксплуатации
ИГРЫ С «ЖЕЛЕЗОМ»
Загрузка ПО и микрокода в модули Gemalto «по воздуху» 54
журнал для инженеров и конструкторов 3
анонсы
МОБИЛЬНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ
ДЛЯ «ВЕСТНИК ЭЛЕКТРОНИКИ» Повышенная надежность MLO-компонентов
по сравнению с керамическими аналогами
Специальное приложение доступно связана с меньшей склонностью
для скачивания в App Store и Goоgle play. к растрескиванию и возникновению
Оно позволит читать журнал с экрана усталостных процессов благодаря нулевому
рассогласованию тепловых характеристик…
телефона или планшета.
стр. 50
Многие гаджеты содержат Компания PT Electronics (НАВИА)
подготовила к выпуску модуль ML8090,
Bluetooth-чипсеты.
построенный на новейшем навигационном
Широкое применение чипсете семейства Teseo III (STA8090FG)
Bluetooth 4.0 LE от STMicroelectronics. Модуль способен
находит и в сфере М2М. одновременно следить за 48 спутниками
любой из навигационных систем
В статье рассматривается ГЛОНАСС\GPS\Galileo\BeiDou\QZSS стр. 10
новый продукт под
брендом НАВИА –
Bluetooth-модуль BT-01. В современных портативных устройствах
для соединения отдельных печатных плат
и функциональных блоков (дисплеев, сенсоров,
печатных клавиатур и других устройств ввода)
используется технология гибких печатных шлейфов
и печатных плат FFC/FPC.
В настоящее время соединители FPC/FFC выпускают
многие производители, в частности,
японская компания Omron. стр. 44
«Вестник электроники» – первый «образцовый» журнал.
Образец любого продукта, описанного в издании, пред-
ставлен на складе компании PT Electronics.
Вестник электроники Журнал «Вестник электроники» зарегистрирован Министер-
№ 4 (50) 2014 ством Российской Федерации по делам печати, телерадио-
Главный редактор вещания и средств массовых коммуникаций. Свидетельство
Катерина Косарева о регистрации ПИ № ФС77-50844 от 14 августа 2012 г.
ekaterina.kosareva@vestnikmag.ru
Адрес редакции:
Дизайн и верстка
Елена Стрельникова 194214, Санкт-Петербург, пр. Энгельса, 71
Подписано в печать 19.12.2014 Тел.: +7(812)324-63-50
Тираж: 4200 экз. editor@vestnikmag.ru
Отпечатано в типографии «Премиум Пресс»
стр. 16 197374, Санкт-Петербург, ул. Оптиков, 4
журнал для инженеров и конструкторов 5
интервью
материал на сайте: 50.6
НАВИА ВЧЕРА, СЕГОДНЯ И ЗАВТРА
для модулей GL8088s, что позволило нам выпустить в де-
кабре первые серийные экземпляры. Отмечу, что мы были
первыми в мире, кто выпустил серийные модули на чипсете
STA8088FG.
В феврале 2012 г. мы выпустили первые предсерийные об-
разцы модуля ML8088s, опять-таки став первыми в мире, кто
выпустил самый маленький на тот момент GPS/ГЛОНАСС-
модуль с краевыми SMD-контактами. Для российских про-
изводств этот модуль стал настоящим вызовом, заставив-
шим несколько предприятий заметно пересмотреть свой
технологический процесс.
Где производится продукция под маркой НАВИА?
Мы прошли достаточно большой путь в выборе партнеров
по выпуску нашей продукции. Начали производство моду-
лей на одном из предприятий Санкт-Петербурга, потом пе-
ренесли часть линейки в Подмосковье (Зеленоград). Выпу-
скали модули там достаточно долго, однако мы продолжали
искать и других партнеров. Протестировали еще несколь-
ко производств, кто-то подошел, кто-то не смог выпустить
продукцию с надлежащим качеством. Одновременно иска-
ли производство в Юго-Восточной Азии, поскольку значи-
тельная часть наших клиентов собирает свои конечные из-
делия именно там. С точки зрения логистики получается,
что «плечо» ЮВА–ЮВА короче, а это выгодно и нам, и на-
шим клиентам. Таким образом, сегодня у нас несколько пло-
щадок для сборки модулей. Мы направляем продукцию по
кратчайшему маршруту к нашему покупателю.
Какие разработки НАВИА вы хотели бы подчеркнуть особо?
Традиционно мы занимаемся навигационными модулями
и всем тем, что может потребоваться нашим клиентам, что-
Команда НАВИА специализируется на разработке и про- бы эти модули применять: программное обеспечение, де-
изводстве изделий в области беспроводной связи. В этом монстрационные платы, анализ устройств пользователя
году специалистами НАВИА были разработаны навигаци- и многое другое. Поскольку стандартные недорогие по-
онный модуль (подробнее о нем можно прочитать в статье купные антенны не реализуют точностный потенциал на-
Сергея Дронского «ML8090 продолжает славные тради- ших модулей, нам пришлось разработать свою антенну. Та-
ции ML8088») и модуль Bluetooth LE на основе новейших ким образом, из разработок навигационных модулей плавно
чипов от STMicroelectronics. Рассказать о компании и но- выкристаллизовалось дополнительное направление – ан-
винке мы попросили Владимира Осадчего, руководителя тенны. Еще одно новое направление нашей деятельности
команды разработчиков НАВИА. – разработка Bluetooth LE модулей. Мы разработали бюд-
жетную версию модуля, максимально простого в примене-
Расскажите о фирме НАВИА. С чего начинался этот про- нии, и, соответственно, делаем для него и всю «инфраструк-
ект? туру» – демонстрационную плату, встроенное программное
обеспечение, программное обеспечение для работы с де-
НАВИА – зарегистрированный торговый знак ООО «Пе- монстрационной платой, технологическое программное
троИнТрейд». Это не отдельное предприятие. обеспечение для серийного выпуска…
Направление было создано в начале 2011 г., и вскоре мы Расскажите об истории появления нового модуля.
уже имели рабочие прототипы модулей GL8088s, а к кон-
цу лета – прототипы модулей ML808s. К ноябрю мы подго- Как я уже говорил, первоначально мы ориентировались
товили производственное технологическое оборудование только на разработку навигационных модулей на базе чип-
№4 (50), декабрь, 2014
сетов STMicroelectronics (ST). Так на этом
чипсете мы разработали два модуля со
сходной функциональностью, отличаю-
щихся размерами и, соответственно,
расположением выводов. Модули не-
однократно модернизировались
с целью улучшения потребитель-
ских качеств и технологичности
(для информации – нынешняя
версия печатной платы моду-
ля имеет номер 8).
Развитие навигационных
приемников не оста-
навливается ни на день,
разрабатываются новые
технические решения, вво-
дятся в строй давно ожидаемые
спутниковые группировки – европейский
«Галилео» и китайский «БейДоу» («Компас»). Все
это стимулирует производителей микросхем разраба-
тывать новые чипсеты для спутниковых приемников. Вот
мы и освоили новый для себя чипсет МТ3333 производства
тайваньской компании «Медиатек». Модуль на нем был вы-
полнен в форм-факторе нашего традиционного ML8088sE
и практически pin-to-pin совместимым. Были получены по- и еще чуть-чуть дополни-
ложительные результаты, выпущена малая партия модулей тельно. Потребовались данные
(порядка 40 шт.). Клиентам модуль понравился, однако его для синхронизации времени – появи-
цена оказалась слишком высока – мы заложили в нем слиш- лась и такая информация. Захотели получать информацию
ком много «вкусняшек на вырост», что и сыграло отрица- о погрешности – пожалуйста! Захотели работать с сервисом
тельную роль в судьбе этой разработки. Вердикт – неконку- дифференциальной коррекции – никаких проблем!
рентоспособен…
Так что мы стараемся постоянно обеспечивать пользовате-
Соответственно, наш традиционный партнер по чипсетам ля максимальным набором информации.
компания STMicroelectronics тоже не сидела сложа руки
и выпустила новый чипсет Teseo III. Это принципиально но- Что находится в разработке?
вая разработка с рядом функций, которые ранее были до-
ступны только в приемниках профессионального уровня и, Сейчас мы разрабатываем новые навигационные модули на
соответственно, высокого ценового диапазона. В то же вре- двух разных чипсетах – STA8090FG и MT3333. Модули бу-
мя энергопотребление нового чипсета находится на уровне дут выполнены в разных конструктивах и ориентированы
современных бытовых чипсетов ведущих производителей. на разные сегменты рынка. Многофункциональный модуль
Как это получилось у ST – даже не представляю. Но полу- ML8090F будет выполнен в традиционном для нас форм-
чилось… Компания является нашим давним и проверенным факторе ML8088sE с существенными дополнениями: к при-
партнером, мы имеем возможность применять самые новые вычным 22 краевым выводам добавятся 32 LGA-вывода «на
и перспективные их разработки. Когда ST разработала вели- брюшке». Пользователю, желающему применить модуль «по
колепный Bluetooth LE чипсет BlueNRG, на его базе мы уже минимуму», будет достаточно припаять только привычные
и разработали свой Bluetooth-модуль. краевые выводы, а тем, кто пожелает полностью реализо-
вать потенциал нашего модуля, понадобится припаять все
Какими серийными изделиями в настоящее время может контакты. Благо, к контактам LGA пользователя уже давно
похвастаться НАВИА? приучают другие производители. Вообще, модуль ML8090F
заслуживает отдельного большого разговора – в нем мы ре-
Мы запустили в серию два модуля на чипсете STA8088FG ализуем много интересных задумок.
в разных форм-факторах, выпустили для них отладочные
платы. Естественно, модули в процессе серийного выпуска Модуль на чипсете MT3333 будет выполнен в нано-формате.
претерпели некоторые изменения, которых от нас потре- Подробности я пока раскрывать не буду, подождите немно-
бовала реальная эксплуатация. Так что это – серия, причем го, и сами увидите.
большая по российским меркам. Антенны НАВИА произво-
дятся малой серией. По Bluetooth-модулям мы планируем сделать новую версию
с особо малым энергопотреблением. Возможно, он не будет
Сейчас готовимся к серийному выпуску Bluetooth LE моду- совместим по форм-фактору с BT-01A, но это и не нужно.
ля BT-01A. Естественно, и к нему мы выпускаем отладочные
платы. Хочу отметить, что традиционный ML8088sE получит новую
версию – низковольтный ML8088LV. Дело в том, что тради-
Ну и особо хочу отметить наше программное обеспече- ционно в большинстве модулей внутренние узлы работают
ние – оно традиционно отслеживает изменения в тенден- от напряжения питания не выше 2 В, а основное напряжение
циях на рынке. Пока клиентам нужны были только данные питания модулей ранее было принято равным 3,3 В. Разница
о местоположении объекта, мы давали ему эти данные в напряжениях чаще всего превращалась в тепло, не выпол-
журнал для инженеров и конструкторов 7
интервью
4 навигационных модуля:
ML8088sE + 3 новых модуля
2 модуля BluetoothLE:
BT-01A и BT-01
2 навигационных модуля:
GL8088sE и ML8088sE
2 модуля BluetoothLE:
BT-01A и BT-01 2015
Обновленные 2014
навигационные модули:
GL8088sE и ML8088sE
2014 год
2013
ML – лидер рынка России (!)
2 навигационных Продано: более 272 Кшт.
модуля: GL8088S 2013 год
и ML8088S Приемники GL и ML
Продано: 106 Кшт.
2012
Россия, Казахстан, Украина, Китай, Сингапур, Германия – это
те страны, с которыми мы работаем. Там находятся инже-
2012 год неры, с которыми мы контактируем по применению наших
Приемники GL и ML модулей. Возможно, есть еще страны, инженеры из которых
Продано: 88 Кшт еще не связывались с нами.
Какое из применений вам наиболее запомнилось?
Наиболее запомнилось применение нашего модуля в метео-
зонде. Да, мы имели предварительную информацию о том,
няя никакой полезной работы. По этой причине все больше что модуль должен работать на больших высотах (более
и больше потребителей переходят на напряжение питания 18 км), но, знаете ли, сомнения все равно оставались. И вот
1,8 В для своих приборов. Мы решили влиться в стройные когда наш заказчик сообщил, что метеозонд нормально под-
ряды сторонников низковольтного питания и сделать мо- нялся на 38 км и наш модуль отработал нормально все это
дуль с напряжением питания 1,8 В. Естественно, при этом время, вот тогда действительно был восторг!
существенно снизится потребляемая модулем мощность.
В то же время мы добавляем модулю ранее не задейство- Участвовала ли продукция НАВИА в международных вы-
ванные интерфейсы – и он становится готовым к работе ставках?
с MEMS-датчиками для реализации функции Dead Reckoning
(навигация в условиях плохого или отсутствующего сигнала Да, конечно! Первый «бенефис» НАВИА был на выставке
от спутников). Программное обеспечение уже готово, мо- CeBit 2012 в Ганновере (Германия). Модуль понравился, он
дули скоро появятся. успешно принимал сигналы через небольшие окна в потол-
ке выставочного зала. Потом была выставка Electronica 2012
Также мы планируем выпустить новые версии нашей антен- в Мюнхене. Тоже успешно, масса интереса к нашим модулям.
ны с уменьшенными габаритами.
В 2013 г. мы принимали участие в выставках Telematics India
Естественно, все наши изделия будут выпускаться в сопро- 2013 в городе Пуна (Индия) и ElectronicAsia 2013 в Гонконге.
вождении сервисного оборудования – демонстрационные
платы, программное обеспечение для ускорения процесса В 2014 г. мы также принимали участие в выставках
освоения и, естественно, техподдержка… ElectronicAsia 2014 в Гонконге и Electronica 2014 в Мюнхене.
В каких областях и в каких странах применяется продук- Так что нас хорошо знают за рубежом.
ция НАВИА?
Какова динамика выпуска продукции НАВИА?
Ответ достаточно традиционный: там, где требуется полу-
чать данные о местоположении объекта. Автомобильные На этот вопрос я не могу ответить с высокой точностью,
трекеры, переносное и полустационарное оборудование, однако динамика примерно такова: 2011 г. – полторы тысячи
координаты которого требуется знать… штук; 2012 г. – 90 тыс. шт.; 2013 г. – 110 тыс. шт. В 2014 г. ожи-
дается объем в 400 тыс. шт.
Новые направления – синхронизация времени, высокоско-
ростные изменения и метеозонды.
№4 (50), декабрь, 2014журнал для инженеров и конструкторов
беспроводные решения
Сергей Дронский
материал на сайте: 50.10
ML8090 ПРОДОЛЖАЕТ
СЛАВНЫЕ ТРАДИЦИИ ML8088
В статье описан самый мощный современный модуль сегодня обеспечивают такую точность, например геодези-
ML8090 (семейство TESEO III) для определения настояще- ческие приемники, которые используют для установления
го местоположения объекта и предсказания его положе- координат на местности для определения границ земель-
ния в будущем (Dead Reckoning). ных участков.
В настоящее время система определения местоположения Как известно, на сегодня полностью развернуты две спут-
по спутникам используется буквально везде, разве что ис- никовые системы определения координат – отечествен-
ключая интеллектуальные пылесосы и холодильники. Воз- ный ГЛОНАСС и американский GPS. Оба имеют полно-
можно, я несколько преувеличиваю... Хотя и там, и там зна- ценную спутниковую группировку и запасные спутники. На
ние точного положения в пространстве было бы совсем не подходе:
лишним. Скажем, для интеллектуального холодильника зна- • европейская система Galileo (на текущий момент четы-
ние положения в пространстве может сократить число те- ре спутника, полное развертывание запланировано на
лодвижений пользователя, а заказ продуктов может содер- 2018 г.);
жать автоматически определенный адрес. По положению • китайская система BeiDou2 (на текущий момент 15
в пространстве и карте города вполне можно определить спутников, полное развертывание к 2020 г.);
местонахождение устройства. Конечно, для этого точность • японская система QZSS (на сегодня один спутник диф-
определения координат должна составлять не более метра, ференциальной коррекции, до 2017 г. должно быть вы-
а лучше – несколько сантиметров. Иначе как определить, ведено на орбиту еще три спутника, а после 2018 г. –
в какой именно кухне установлен искомый холодильник? Ти- остальные). Эта система, скорее, является дополнением
повая планировка квартир такова, что кухни соседей раз- к GPS и имеет главной целью увеличить точность изме-
делены одной стеной, холодильники стоят «спина к спине» рения координат (до сантиметров) на территории Япо-
и различаются по положению максимум на метр. нии.
Для интеллектуального пылесоса знание текущих коорди- Модуль ML8090
нат с точностью до сантиметров вполне может дать ему но-
вое качество. На сегодня алгоритм движения такого устрой- Фирма PTElectronics (Navia) подготовила к выпуску но-
ства основан на случайном столкновении с препятствиями. вейший модуль ML8090, построенный на новейшем нави-
Самые продвинутые модели могут использовать сигналы от гационном чипсете семейства Teseo III (STA8090FG) от
барьеров и не заходить за них. Если бы программа управле- STMicroelectronics. Модуль способен одновременно сле-
ния движением пылесоса могла опираться на точные коор- дить за 48 спутниками любой из навигационных систем
динаты с точностью до сантиметров, можно было бы соста- ГЛОНАСС/GPS/Galileo/BeiDou/QZSS. В семейство TESEO III,
вить задание прибору, просто очертив на плане квартиры объединяющее все необходимое для построения систем
зоны, где надо убирать, а где не надо. определения положения, входят несколько модулей тре-
тьего поколения для разных условий работы, а также про-
Фантастика? Пока да, но средства измерения положения граммное обеспечение (ПО) DRAW для расчета предска-
в пространстве быстро развиваются. зания положения объекта. DRAW расшифровывается как
Dead Reckoning Automotive Way и может быть переведено
Навигационные системы как «Предсказание движения автомобиля».
В настоящий момент мы имеем точность определения ко- Основные характеристики устройства:
ординат порядка единиц метров, но технически можно уве- • 48 каналов для одновременного слежения за спутника-
личить точность до единиц сантиметров. Это если гово- ми любой системы GNSS и два канала быстрого опре-
рить о массовой продукции, а системы спецприменения уже деления положения;
№4 (50), декабрь, 2014• однокристальное решение: на одной подложке разме- Структура и возможности модуля
щены малошумящий усилитель и высокочастотные узлы; STA8090FG представляет собой однокристальный модуль,
• чувствительность –162 дБм внутри помещения в режи- способный одновременно работать со всеми системами спут-
ме захвата; никовой навигации (GPS/ГЛОНАСС/Galileo/BeiDou/QZSS).
• время захвата (TTFF) менее 1 с при горячем старте В производственной гамме имеются также изделия Automotive
и 30 с при холодном; grade, пригодные для использования в бортовой автомобиль-
• высокопроизводительное микропроцессорное ядро ной технике. Блок-схема модуля показана на рис. 1.
ARM946 (тактовая частота до 196 МГц);
• 256 кбайт статического ОЗУ; Способность STA8090FG использовать одновременно мно-
• встроенная SQI flash-память объемом 16 Mбайт; жество сигналов от всех систем GNSS, независимо от их
• часы реального времени; принадлежности к разным системам, позволяет ему рассчи-
• 32-битный сторожевой таймер; тывать данные позиционирования с высочайшей точностью.
• три последовательных интерфейса; Кристалл отлично работает в тяжелых условиях современ-
• интерфейс I2C, способный работать в режиме Master ных городов с высокоэтажной застройкой и в условиях, ког-
и Slave и позволяющий подключить интегрированный да захват и слежение за спутниками сильно затруднены на-
датчик ускорения и твердотельный гироскоп для полу- личием строений и другими препятствиями. Требуется лишь
чения данных для расчетов траектории в режиме Dead минимальное количество вспомогательных элементов (об-
Reckoning; вязка) STA8090FG для получения полностью законченного
• синхронный последовательный интерфейс (SSP, под- изделия с весьма конкурентной ценой. Малое место, необ-
держивается режим Motorola-SPI); ходимое для размещения STA8090FG в готовом устрой-
• USB 2.0 Full speed с интегрированным приемопередат- стве, делает этот кристалл подходящим для использования
чиком; в портативных трекерах, разнообразных устройствах те-
• два контроллера CAN-шины, позволяющие подключе- лематики, планшетах и смартфонах, морских и спортивных
ние для считывания текущих значений скорости/пробе- устройствах.
га автомобиля и т. д.;
• двухканальный АЦП; Энергоэффективность
• встроенный импульсный модуль управления питанием; STA8090FG отличают продвинутые средства управления
• условия эксплуатации: энергопотреблением. Основные интерфейсы UART и SPI ра-
o основной (Vinl) и резервный (Vinb) источники пита- ботают с уровнем сигнала 1,8 или 3,3 В (по выбору пользо-
ния 1,6–4,3 В; вателя), а питание модуля может быть в диапазоне 1,8–4,3 В.
o питание цифровой части (Vdd) 1,2 В ±10%; Это позволяет использовать совместно с модулем совре-
o питание высокочастотных узлов (Vcc) 1,2 В ±10%; менные процессоры, непосредственно подключая модуль
o питание цепей ввода/вывода (Vddio) 1,8 В ±5% или к шинам данных. Устройства сопряжения не требуются. Гра-
3,3 В ±10%; ницы напряжения питания позволяют использовать литие-
• корпус TFBGA99 (5x6x1,2 мм), 0,5 мм шаг выводов; вые аккумуляторы непосредственно без дополнительных
• диапазон рабочих температур –40…+85 °C. стабилизаторов.
Рис. 1. Блок-схема STA8090FG
журнал для инженеров и конструкторов 11беспроводные решения
STA8090FG поставляется полностью Таблица 1. Распределение сигналов по выводам ML8090
укомплектованным матобеспечени-
ем, которое выполняет все расче- Номер Питание
Сигнал ML8088SE Расположение Применение
ты по позиционированию, включая контакта интерфейса, В
слежение, захват, навигацию и вы- RxD0 1 1
вод данных. При этом никакая до- TxD0 2 2
полнительная память не требуется, PPS (GPIO1) 3 3
т. е. в кристалле есть все, что нужно. TxD1 4 4
RxD1 5 5
Точность определения координат мо- GND 6 6 1,8/3,3
дуля ML8090 в инженерных образцах SPI-CS 7
на сегодня составляет 2 м по уровню GNSS status (GPIO0) 8 8 GNSS status
0,5 при использовании альфа-версии SPI-MISO 9
SPI-MOSI 10
встроенного ПО. Это означает, что
SPI-CLK 11
при статистической обработке боль-
Vbat 12 12 RTC voltage
шого количества отсчетов (5–10 тыс.) Vdd 13 13 Краевой Main voltage
50% точек попадают внутрь окруж- Vant 14 Act antenna voltage
ности диаметром 2 м. По мере дора- Питание
ботки математического обеспечения Interface1 15 интерфейсов группы
точность вырастет минимум втрое 1,8/3,3 R1
и составит 1 м – 60 см. Конечный UART0_DTR/ UART0 DTR / Active
16
ActAntenna En Antenna On/Off
потребитель, естественно, полу-
GND 17 17
чит доработанное ПО. Также в кри-
/RST 18 18
сталле заложена возможность вы- STDBYn 19
полнять определение координат GND_RF 20 20
с использованием фазовых методов, RF_In 21 21
что даст увеличение точности до GND_RF 22 22
50 см. Active antenna current
AntSense1 23
sensor pin 1
В кристалл интегрированы часы ре- GPIO2 24
ального времени и цепи их поддерж- GPIO10 25 3,3 DR ACC SPI CS
ки от резервной батареи. GPIO11 26 DR GYRO SPI CS
UART0_DCD 27 1,8/3,3
I2C-SD / DR REAR
Максимальная частота выдачи ко- I2C-SD (GPIO9) 28
sensor
ординат составляет 10 Гц. Это про- I2C-CLK / DR ODO
граммное ограничение, поскольку I2C-CLK (GPIO8) 29
3,3 sensor
описываемое изделие предназначено Питание
LGA
для гражданского применения. Interface2 30 интерфейсов группы
R2
ADC In1 31 ADC In1 0–1,4 В
Для инженеров-разработчиков пре-
ADC In2 32 ADC In2 0–1,4 В
доставляется SDK для пользовате-
USB-DP/TxD2 33 15
ля, а большие свободные ресурсы для USB-DM/RxD2 34 16
приложения пользователя позволяют CAN0Tx 35
3,3
решать сложные задачи. Например, CAN0Rx 36
используя SDK, можно дописать соб- UART0_DSR 37
ственную программу и в готовом при- UART0_RTS 38 1,8/3,3
UART0_CTS 39
40
41
42
43
Active antenna current
AntSense2 44
sensor pin 2
MMC_DATA0 45
MMC_DATA1 46
MMC_DATA2 47
MMC_DATA3 48
MMC_CMD 49 LGA
MMC_CLK 50 3,3
JTAG JTRST 51
JTAG JTCK 52
JTAG JTDI 53
Рис. 2. Примерное расположение выво- JTAG JTDO 54
дов на нижней поверхности ML8090 JTAG JTMS 55
№4 (50), декабрь, 2014боре полностью исключить внешний процессор, всю логику СИГНАЛ ОТ СПУТНИКОВ НАВИГАЦИИ:
работы готового изделия обеспечить внутренними, уже име- хороший – все спутники видны
ющимися ресурсами STA8090FG. SDK поставляется по запро- ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ:
плохой сигнал от спутников навигации
су пользователя бесплатно, но потребуется подписать NDA.
Информация от спутников используется
для калибровки датчиков
Также следует отметить традиционно качественную защи-
ту антенного входа от электростатики: до 8 кВ воздушного
разряда гарантируется официально, фактически – до 15 кВ. СКОРОСТЬ И УСКОРЕНИЕ
15 кВ – это пробивной промежуток порядка 4 мм в воздухе. ДАННЫЕ ОТ СПУТНИКОВ
КАЛИБРОВКА
Новый модуль ML8090 будет доступен в почти таком же
корпусе, как и ML8088. Боковые выводы останутся теми
РЕЖИМ ЧИСТОГО НЕБА
же, дополнительные выводы появятся на нижней поверх-
ности модуля (рис. 2). Поначалу цена нового устройства Рис. 4. Движение автомобиля в режиме «открытого неба»
будет несколько выше, чем ML8088, но по мере освоения
производства и наращивания выпуска предполагается до-
стичь такой же стоимости изделия, как сейчас у ML8088. Если автомобиль движется по городу с высокими зданиями,
Распределение сигналов по выводам ML8090 приведено то прием сигналов спутников затруднен (рис. 5). В этом слу-
в таблице 1. чае STA8090FG дополняет данные по положению от спут-
ников данными от гироскопа, акселерометра и одометра.
Краевой вывод 15 (рис. 2) служит для подачи питания (1,8 Для сведения данных от датчиков используется встроен-
или 3,3 В) интерфейсов группы R1 (краевые контакты). Пита- ное ПО DRAW.
ние нижних интерфейсов (3,3 В) заведено на вывод 30. Сиг-
нал Standby (вывод 19) и сигнал WakeUp всегда работают
СИГНАЛ ОТ СПУТНИКОВ НАВИГАЦИИ:
с уровнем 1 В. Группа контактов JTAG предназначена для от- плохой, мало спутников в зоне видимости
ладки ПО. ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ:
система DRAW увеличивает
точность позиционирования
благодаря данным от датчиков
На момент написания статьи производитель еще не пред-
ставил окончательную разводку выводов. Наиболее вероят-
но, что выводы внешнего (1–22) и первого внутреннего (23–
ДАННЫЕ ОТ СПУТНИКОВ
44) рядов останутся неизменными, а назначение выводов
«внутренней десятки» (45–54) может измениться. Впрочем, СКОРОСТЬ И УСКОРЕНИЕ
работа идет быстро, и я уверен, что к моменту публикации
этой статьи модуль будет окончательно разведен и готов
к промышленному выпуску.
ГОРОДСКАЯ ВЫСОТНАЯ ЗАСТРОЙКА
Сценарии использования режима предсказания для
STA8090FG
Рис. 5. Движение автомобиля в режиме застройки города вы-
В качестве примера возьмем обычный автомобиль. Система сотными зданиями
позиционирования на базе STA8090FG будет получать дан-
ные от систем спутниковой навигации от антенны, показа-
ния трехосевого твердотельного датчика ускорения (MEMS Третий вариант – движение по многоуровневой развяз-
Accelerometer), трехосевого твердотельного гироскопа ке (рис. 6). В этом случае важно знать не только плоскост-
(MEMS Gyroscope) и данных о перемещении автомобиля, ные координаты, но и высоту. Программа DRAW использует
доступных по CAN-шине (рис. 3). весь комплекс данных, включая данные от трехкоординат-
ного твердотельного акселерометра, что позволяет значи-
тельно точнее определять положение автомобиля на раз-
вязке, а именно – на каком из лепестков развязки находится
в данный момент автомобиль.
АНТЕННА
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ГИРОСКОП СИГНАЛ ОТ СПУТНИКОВ НАВИГАЦИИ:
отличный, доступны все спутники
ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ:
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР система DRAW увеличивает точность
позиционирования благодаря данным
ОДОМЕТР от трехосевых датчиков
СОСТАВ ДАТЧИКОВ
ДАННЫЕ ОТ СПУТНИКОВ
Рис. 3. Состав датчиков для системы предсказания положения СКОРОСТЬ И УСКОРЕНИЕ
Пока автомобиль движется по местности без помех при- МНОГОУРОВНЕВЫЕ УЛИЦЫ
ему сигналов спутников (режим «чистого неба», рис. 4),
STA8090FG использует данные для расчета положения и ка-
либровки вспомогательных датчиков. Рис. 6. Движение автомобиля на многоуровневой развязке
журнал для инженеров и конструкторов 13беспроводные решения
И наконец, самый сложный вариант – подземный много-
уровневый паркинг или протяженный туннель (рис. 7).
В этом случае сигналы спутников отсутствуют полностью, Компания PT Electronics (Navia) подготовила
но система DRAW, используя информацию от трехосе- к выпуску модуль ML8090, построенный на новейшем
вых твердотельных акселерометра и гироскопа, а также от навигационном чипсете семейства Teseo III
одометра, продолжает выдавать информацию о положе- (STA8090FG) от STMicroelectronics.
нии автомобиля с высокой точностью. Модуль способен одновременно следить
за 48 спутниками любой из навигационных систем
СИГНАЛ ОТ СПУТНИКОВ НАВИГАЦИИ:
отсутствует, спутники не видны
ГЛОНАСС\GPS\Galileo\BeiDou\QZSS
ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ:
система DRAW рассчитывает позицию
используя данные от трехосевых датчиков
и одометра
данных, включая температуру. Показания твердотельных
акселерометров и гироскопов достаточно сильно зави-
сят от температуры. Если обеспечить ПО DRAW данными
в том числе и от температурных датчиков, то после выпол-
СКОРОСТЬ И УСКОРЕНИЕ
нения калибровки точность расчетов положения значитель-
но увеличится.
Увеличение точности при работе ПО предсказания движе-
МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПАРКИНГ
ния DRAW можно проиллюстрировать такими данными:
при движении в течение 10 мин в туннеле Namsan (Сеул)
Рис. 7. Движение автомобиля на многоуровневом паркинге
пройден путь в 1500 м. Температура в туннеле изменилась
на 5°. Ошибка составила 40 м (2% от пройденного пути)
Преимущества многосистемного навигационного с учетом ухода данных твердотельного акселерометра
приемника и гироскопа, а без такой температурной коррекции – 430 м
(28% от пройденного пути).
Поскольку на текущий момент полностью развернуты всего
две полноценные спутниковые навигационные системы (от- ПО DRAW поставляется по запросу.
ечественный ГЛОНАСС и американская GPS), рассмотрим
преимущества совместного их использования. К ним отно- Заключение
сятся:
• минимизация времени первоначального определения В статье рассмотрен новый модуль ML8090, производящий-
местоположения; ся на базе последнего, самого современного однокристаль-
• минимизация дисперсии расчета координат; ного устройства STA8090FG.
• возможность отбора наилучших измерений;
• фильтрация случайных отклонений; Ключевые особенности ML8090:
• сохранение полной работоспособности в случае отказа • пять систем навигации – GPS/Galileo/Glonass/BeiDou/
одной из систем. QZSS;
• ARM946 MCU;
На рис. 8 показано сравнение возможностей только одной • повышенная точность определения координат (потен-
системы и двух систем одновременно. Использование двух циально до 50 см);
систем одновременно значительно улучшает работу систе- • два интерфейса UART, один USB/UART, один I2C, один
мы GNSS. Так, например, вдвое уменьшается разброс коор- SPI, один MMC, CAN;
динат и вдвое увеличивается точность их определения. • выбираемое пользователем напряжение работы интер-
фейсов (1,8 или 3,3 В);
При использовании ПО предсказания очень важно обеспе- • ПО DRAW для предсказания положения (Dead
чить максимальное количество и точность дополнительных Reckoning Automotive Way);
• широкий выбор внешних датчиков, настройка внешних
датчиков в уставках программы;
• автокалибровка датчиков в процессе работы, компен-
Ƚɪɭɩɩɢɪɨɜɤɚ GPS GPS+ȽɅɈɇȺɋɋ
сация температурных дрейфов, автоподстройка по-
казаний датчиков гироскопа\ускорения под реальное
ɫɩɭɬɧɢɤɨɜ
ɜɡɨɧɟɜɢɞɢɦɨɫɬɢ* 4,4 7,8 положение после монтажа (не требуется ни точной
установки, ни калибровки);
ɧɟɬɡɚɯɜɚɬɚ 380 ɦɢɧ ɧɢɤɨɝɞɚ • SDK для собственных приложений клиента.
HDOP* 5,3 2,1
ɬɨɱɧɨɫɬɶ* xɦ (x 0.4) ɦ
Образцы модуля ML8090 будут доступны
ɫɪɟɞɧɟɟɡɧɚɱɟɧɢɟ(ɱ) в первом квартале 2015 года.
По вопросам применения и заказа
Рис. 8. Сравнение возможностей одной и более одной системы обращайтесь в компанию PT Electronics,
GNSS wireless@ptelectronics.ru
№4 (50), декабрь, 2014журнал для инженеров и конструкторов
беспроводные решения
Иван Гончаров,
материал на сайте: 50.16 инженер по внедрению холдинга PT Electronics,
ivan.goncharov@ptelectronics.ru
BLUETOOTH-МОДУЛИ
НАВИА BT-01
В настоящее время многие современные гаджеты содер- Таблица 1. Технические характеристики модуля
жат Bluetooth-чипсеты – наручные часы, связанные с теле-
фоном по технологии Bluetooth LE (Low Energy), гаджеты
для фитнеса и прочие потребительские вещи. Широкое Параметр Значение
применение Bluetooth 4.0 LE находит и в сфере М2М.
В статье рассматривается новый продукт под брендом Стандарт Bluetooth LE
НАВИА – Bluetooth-модуль BT-01. Частотный диапазон, ГГц 2,400–2,4835
Профили и протоколы GAP, GATT, SM, L2CAP, LL
Модуль НАВИА BT-01 предназначен для обеспечения на- Разнос между каналами, МГц 2
дежного и стабильного радиоканала передачи данных
Волновое сопротивление антенны 50 Ом
в диапазоне 2,4 ГГц. Он работает в стандарте Bluetooth LE
и совместим с модулями других производителей, поддер- Максимальная мощность, дБм до +8
живающими этот стандарт. Чувствительность, дБм –96
Напряжение питания, В 3,3
НАВИА BT-01 представляет собой законченное
в режиме приема, мА до 28
устройство на базе чипсета BlueNRG производства
STMicroelectronics с выводами UART и GPIO. Краевые Ток потребления в режиме передачи, мА до 35
площадки позволяют легко и быстро интегрировать мо- в режиме сна, мкА 120
дуль в конечное изделие заказчика либо в плату разра- UART 1
батываемого устройства. Устройство выпускается в двух Интерфейсы
GPIO 4
исполнениях – НАВИА BT-01A со встроенной антенной
Скорости обмена по UART, Бод 1200–115200
и НАВИА BT-01, разработанный для применения совмест-
но со внешней антенной. Эти модули позволяют создать Пропускная способность радиоканала, кбит/с 1
техническое решение с высокими характеристиками для Электрический уровни 3,3 CMOS
обеспечения информационного обмена системы пользо- интерфейс, В совместимость по входам 5
вателя с внешним оборудованием при небольших затра- NAVIA BT-01A 28 15 2
тах. Технические характеристики устройства приведены Размеры, мм
NAVIA BT-01 21 15 2
в таблице 1.
№4 (50), декабрь, 2014Описание NAVIA BT-01(А) Радиочастотный процессор BlueNRG обеспечивает вы-
полнение стека протокола Bluetooth LE и осуществляет
Внешний вид модулей NAVIA BT-01 и NAVIA BT-01A приве- формирование и прием высокочастотных сигналов.
ден на рис. 1 и 2. Цепь высокочастотного согласования с антенной RF
match предназначена для согласования радиочастотно-
го тракта процессора BlueNRG и антенны и фильтрации
внеполосных помех.
Кварцевые резонаторы 16 МГц и 32768 Гц предназна-
чены для обеспечения работы процессоров STM32
и BlueNRG.
Антенна предназначена для преобразования электри-
ческого сигнала в радиосигнал и обратно. Может быть
выполнена в составе модуля или подключаться снаружи
к специальным контактам модуля.
На структурной схеме не показаны цепи электропитания
Рис. 1. Модуль Bluetooth НАВИА BT-01A (со встроенной антенной) процессоров, так как они не влияют на информацию, цирку-
лирующую в модуле.
Рис. 2. Модуль Bluetooth НАВИА BT-01 (без антенны)
Рис. 4. Расположение выводов модуля NAVIA BT-01(A)
Вариант исполнения модуля NAVIA BT-01 имеет выводы
Рис. 3. Структурная схема модуля NAVIA BT-01 ANT и GND для подключения внешней антенны, а NAVIA
BT-01A снабжен встроенной антенной и не требует подклю-
чения внешней антенны.
Структура модуля приведена на рис. 3. Назначение основ- На рис. 4 и в таблице 2 приведены расположение и назначе-
ных функциональных блоков: ние выводов модуля NAVIA BT-01(A).
Управляющий процессор модуля STM32 осуществля-
ет двусторонний обмен информацией с внешними На нижней поверхности модуля расположен вывод BOOT,
устройствами и преобразование поступающей инфор- предназначенный для производственных целей. В устрой-
мации в формат, пригодный для обработки радио- стве пользователя этот вывод не должен быть подключен
частотным процессором. к каким-либо цепям (т. е. должен быть оставлен «в воздухе»).
СПЕЦИАЛИСТА
КОММЕНТАРИЙ
Алексей Танцюра,
руководитель направления Беспроводные решения
холдинга PT Electronics, alexey.tantsura@ptelectronics.ru
С
Сегодня Bluetooth-модули NAVIA BT-01 способны решить ряд задач, связанных с системами АСКУЭ
и не только. При помощи смартфона или планшетного компьютера можно связаться со счетчиком,
в который интегрирован наш модуль, и получать данные по показаниям электроэнергии. Или другой
пример: использование в ОПС для связи и управления охранной системой дома при помощи смарт-
фона. И это только часть задач, которые можно решить при помощи Bluetooth-модуля. В дальнейшем
планируется внедрить АТ-команды для управления модулем, для упрощения работы или тестирования
со стороны заказчика. Кроме того, планируется расширение линейки модулей.
журнал для инженеров и конструкторов 17беспроводные решения
Таблица 2. Назначение выводов модуля
Технология Bluetooth становится
Вывод Назначение все более востребованной
на рынке М2М. Особая актуальность
GND общий провод модуля и конечного устройства
технологии наблюдается
VDD питание модуля в сфере ЖКХ, когда требуется
UART_Tx выход данных порта UART
получить показания счетчика,
расположенного в труднодоступном
UART_Rx вход данных порта UART месте. Так как многие мобильные
RST общий сброс процессора модуля устройства поддерживают
Bluetooth 4.0 Low Energy,
GPIO1 дискретный сигнал ввода/вывода 1 нет необходимость в специальной
GPIO2 дискретный сигнал ввода/вывода 2 разработке аппаратной части
считывающего устройства,
GPIO3 дискретный сигнал ввода/вывода 3
достаточно будет реализовать
GPIO4 дискретный сигнал ввода/вывода 4 приложение на базе iOS или
SWCLK линия тактового сигнала программирования
Android. Более продвинутые
пользователи смогут сами
SWDIO линия данных программирования контролировать свой расход,
тариф и бюджет.
Bluetooth модуль НАВИА с успехом
решает эту задачу.
Схема включения модуля
На рис. 5 показано подключение вы-
водов модуля NAVIA BT-01(A) к ми-
кроконтроллеру. Подключение вы-
водов модуля GPIO не приводится,
так как эти выводы предназначены
для подключения к ним различных
устройств – кнопок, контактных
датчиков, выходов различных изде-
лий (при настройке выводов модуля
как «входы») или входов устройств
индикации, входов управления раз-
личными устройствами и т. д. (при
настройке выводов модуля как «вы-
Рис. 5. Подключение выводов модуля NAVIA BT-01(A) к микроконтроллеру ходы»). Конкретное назначение
выводов GPIO определяется про-
граммным обеспечением модуля
Таблица 3. Подключение программатора к модулю и его настройками.
Программные интерфейсы обмена
Вывод ST-LINK Назначение модулей NAVIA BT-01 и NAVIA BT-
01A с устройством конечного поль-
GND 3, 4, 5, 6 общий провод модуля, ST-LINK и конечного устройства
зователя описаны в документе «Мо-
VDD 1, 2 питание модуля и буферов ST-LINK дуль Bluetooth LE BT-01 Описание
UART_Tx – не использован для программирования интерфейса обмена».
UART_Rx – не использован для программирования Подключение программатора
SWDIO 9 линия данных программирования от ST-LINK ST-LINK к модулю
SWCLK 7 линия тактового сигнала программирования от ST-LINK
Для загрузки программного обе-
RST 15 сброс процессора модуля, управление от ST-LINK спечения в модуль следует исполь-
GPIO1 – не использован для программирования
зовать программатор ST-LINK V2.
В таблице 3 указаны выводы модуля,
GPIO2 – не использован для программирования к которым нужно подключать про-
GPIO3 – не использован для программирования грамматор.
GPIO4 – не использован для программирования
№4 (50), декабрь, 2014журнал для инженеров и конструкторов
беспроводные решения
Гончаров Иван,
материал на сайте: 50.20 инженер по внедрению холдинга PT Electronics,
ivan.goncharov@ptelectronics.ru
НОВОЕ РЕШЕНИЕ STMICROELECTRONICS
ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ
СУБГИГАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА
На сегодня на рынке беспроводных решений существует
множество вариантов для организации канала связи в суб-
гигагерцовом диапазоне, как правило, это 433 или 868 МГц.
Доступ ко многим конечным устройствам нередко бывает
либо сильно ограничен, либо закрыт вовсе до проведения
специальных проверок. И нужно быть уверенным, что за-
явленное устройство проработает положенный срок в су-
ровых условиях, сохранив при этом показатели по энерго-
потреблению и, самое главное, по качеству связи. В статье
рассматривается новый интеллектуальный радиомодуль
SP1ML-868 компании STMicroelectronics.
Технические характеристики модуля
До недавнего времени у STMicroelectronics не было как та-
ковых готовых решений для организации беспроводной Рис. 1. Внешний вид модуля SP1ML-868
связи. Выпускались отдельные компоненты, на основе ко-
торых любой разработчик, обладающий хотя бы минималь- Новый модуль построен на базе чипсета Spirit1, основным
ными знаниями основ программирования, мог разработать преимуществом которого были прекрасные показатели по
устройства для считывания или передачи информации по энергопотреблению, по выходной мощности и структурам
каналам субгигагерцевого диапазона. Самыми известны- формирования пакетов данных. Приемопередатчик связы-
ми решениями выступали приемопередатчик Spirit1 и пе- вается с управляющим микроконтроллером, в данном слу-
редатчик STS1TX. Чипсеты обладали прекрасными харак- чае в его роли выступает STM32L151RB, по SPI-интерфейсу.
теристиками, прежде всего по энергопотреблению. Но не Линии GPIO могут быть сконфигурированы для сигнализа-
каждому разработчику удобно применять именно чипсеты, ции контроллеру приема данных, заполнения буфера и го-
точнее, строить систему на основе того или иного чипсета. товности к отправке или приему. На рис. 2 показана струк-
Это обусловлено несколькими факторами: во-первых, слож- турная схема модуля.
ность разработки, особенно с согласованием радиочастот-
ного тракта, и, во-вторых, тестирование готового продукта. Основные технические характеристики SP1ML-868:
Эти факторы не позволяли оперативно выпустить уже гото- • частотный диапазон 863–870 МГц;
вый продукт на рынок. Намного проще применять уже про- • встроенная антенна;
тестированный продукт в своем изделии, тем более если • выходная мощность до +11,6 дБм;
в этот модуль можно еще загружать собственное ПО для • интерфейсы UART, GPIO, SPI, SWD;
решения разных задач. Рассмотрим более подробно струк- • входное напряжение 1,8–3,6 В;
туру модуля SP1ML-868 (рис. 1). • скорость передачи данных до 500 кбит/с;
Дмитрий Покатаев,
КОММЕНТАРИЙ
СПЕЦИАЛИСТА
инженер по внедрению холдинга PT Electronics,
Dmitriy.pokataev@ptelectronics.ru
Несомненно, любой радиомодуль, появляющийся на российском рынке, привлекает повышенное внима-а-
ние. Особенно сейчас, когда часть достаточно известных и популярных радиомодулей уходит с рынка
ввиду морального старения. Большой выбор типов модуляции, «прозрачный» режим и возможность ис-
пользования кодом пользователя встроенного низкопотребляющего микроконтроллера на 100% (вы-
ведено достаточное количество пинов и интерфейс SWD) упрощают применение SP1ML-868 в уже
готовых устройствах и даже позволяют построить беспроводные датчики с питанием от батарей в те-
чение нескольких лет, добавив к модулю всего несколько элементов.
№4 (50), декабрь, 2014рые разработчик может сконфигури-
ровать регистры, установить моду-
ляцию, задать скорость потока и т. д.
Помимо выполнения основной функ-
ции, модуль также может выступать
в качестве исполнительного устрой-
ства, снимать показания, включать или
выключать свет, перекрывать газ или
воду в случае экстренной ситуации.
Схема включения модуля
Рис. 2. Структурная схема модуля
Схема включения модуля не требует
каких-либо дополнительных компо-
• модуляция 2-FSK, GFSK, GMSK, OOK, ASK; нентов, достаточно подать питание
• габариты 14х13,4х2,5 мм; на модуль и подключить UART, для
• диапазон рабочих температур –20…+70 °C. этого хватает выводов Tx и Rx. На-
пряжение питания интерфейсов под-
Модуль обладает широким входным диапазоном питания, может работать от ба- держивает как 1,8, так и стандарт-
тарейки. Показатели энергопотребления SP1ML-868 приведены в таблице. ные 3,3 В. Если требуется контроль
потока данных, необходимо задей-
ствовать линии RTS и CTS. У модуля
Таблица. Показатели энергопотребления SP1ML-868 выведен SWD-интерфейс, который
служит для отладки программного
Режим Значение обеспечения (ПО). При разработке
устройства необходимо предусмо-
Прием данных, TX, +11 дБм, 2-FSK, мА 20 треть возможность обновления ПО.
Подробная схема включения приве-
Прием данных, TX, -7 дБм, 2-FSK, мА 8
дена на рис. 3.
Прием данных, Rx, мА 13,5
Описание основных узлов, показан-
Командный режим, мА 2,2 ных на схеме:
• TRXLED применяется для индика-
Режим ожидания, мкА 1,4 ции приема или получения данных.
• Сигналы RTS и CTS служат для
управления аппаратным потоком.
Контроллер обладает встроенным датчиком температуры. Если написан соответ- • Линия MODE0 предназначе-
ствующий программный код, можно с его помощью снимать показания темпера- на для переключения между ко-
туры. Кроме того, контроллер содержит исходники и библиотеки для управления мандным режимом и стандарт-
Spirit1. Самой простой способ управления модулем – АТ-команды, используя кото- ным режимом работы.
• Линия SHDN служит для пере-
вода модуля в сон.
• BOOTMODE и RESET исполь-
зуются в случае, когда предус-
мотрено обновление ПО через
UART.
• Линии для подключения SWD-
интерфейса служат для програм-
мирования и отладки.
Средства разработки ПО являются
стандартными, как и для всех продук-
тов компании. На основе данного мо-
дуля можно создать устройство, кото-
рое будет отвечать всем современным
требованиям. Энергопотребление мо-
дуля является одним из лучших в сво-
ем классе и обеспечивает длительную
работу от батарейного питания. При
помощи ПО можно предусмотреть
работу встроенного датчика темпе-
ратуры контроллера, управление ап-
паратными линиями модуля, снятие
и обработку показаний.
Рис. 3. Схема включения модуля SP1ML-868
журнал для инженеров и конструкторов 21беспроводные решения
Александр Калужский
материал на сайте: 50.22 Владимир Осадчий
УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА:
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ВЫБОРУ
В статье рассматриваются параметры разного типа моду- емые разными компаниями, различаются между собой пара-
лей, являющихся входными устройствами приемников ин- метрами, функциональными возможностями, ценой и т. д.
формации от спутников систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo
и BeiDou. Предлагается аппарат для расчета эффектив- Основным элементом, в наибольшей степени определяю-
ности работы модулей, позволяющий проектанту и поль- щим качество приемника, является входной модуль, в кото-
зователю выбрать оптимальный для решения требуемой ром происходит прием и основная обработка информации,
навигационной задачи модуль из имеющихся на рынке. полученной от спутников. Модули, так же как и приемники,
Приведен расчет, по результату которого определен опти- разрабатываются разными организациями и также различа-
мальный из ряда выпускаемых отечественных и зарубеж- ются как параметрами – техническими, конструктивными,
ных модулей, проведен анализ полученного результата. экономическими, так и наличием сертификатов, лицензий,
потребляемой мощностью и т. п. Соответственно, перед
Введение организациями, которые выпускают приемники, встает про-
блема выбора типа входного модуля с учетом всех его до-
Одной из весьма актуальных задач является задача опре- стоинств и недостатков.
деления местоположения и скорости движения объектов:
автомобилей, кораблей, метеозондов, путешествующего че- Таким образом, модуль представляет собой устройство
ловека и пр. Эта задача решается путем создания ряда спут- с большим количеством характеризующих его параметров
никовых систем, передающих необходимую информацию, и разветвленной схемотехнической структурой. Такое
и приемников этой информации. Получаемая приемником устройство относится к многопараметрической системе [1,
информация и алгоритмы ее обработки позволяют опреде- 2]; соответственно, выбор оптимального типа модуля мо-
лить с необходимой точностью координаты объекта, в т. ч. жет быть осуществлен методами решения задач на основе
высоту его расположения, скорость его движения, а также системного подхода.
получить ряд других сведений.
В настоящем сообщении дается краткая информация по ре-
Учитывая высокую потребность в таких устройствах, оте- шению навигационной задачи, рассматриваются базовые
чественные и зарубежные компании разрабатывают и выпу- понятия аппарата расчета эффективности систем, приво-
скают большое количество приемников. Приемники, выпуска- дятся показатели функционально-аналогичных модулей, ме-
№4 (50), декабрь, 2014тодика и соотношения для расчета; проводится расчет эф- сигнала со зданиями или рельефом местности до того, как
фективности работы каждого модуля и анализ полученных он достигнет приемной антенны (сигналу требуется больше
результатов. времени для достижения антенны, что адекватно больше-
му, чем в реальности, расстоянию до спутника). В НСС GPS,
Некоторые сведения о решении кроме того, снижение точности определяет искусственно
навигационной задачи введенный МО США «избирательный доступ», что пред-
ставляет собой преднамеренное уменьшение точности
1. Общие сведения. Навигационные спутниковые системы гражданских GPS-навигаторов – для того, чтобы противник
(НСС) предназначены для оперативного навигационно-вре- (террористическая организация) не мог использовать мак-
менного обеспечения неограниченного числа пользовате- симальную точность GPS.
лей наземного, морского, воздушного и космического бази-
рования и состоят из работающих в единой сети спутников 2. Навигационные спутниковые системы
Земли, вращающихся с определенной скоростью на разных
орбитах. На борту каждого спутника находятся радиопере- 2.1. Система GPS. Global Positioning System (GPS) – спутни-
датчики, излучающие сигналы с определенной скважностью. ковая навигационная система, состоящая из работающих
Сигнал каждого спутника содержит данные псевдослучай- в единой сети 24 спутников, находящихся на 6 орбитах вы-
ного кода, эфемериса и альманаха. сотой около 17 000 км над поверхностью Земли. Спутники
постоянно движутся со скоростью около 3 км/с, совершая
Псевдослучайный код служит для идентификации передаю- два полных оборота вокруг планеты менее чем за 24 часа
щего спутника, которые пронумерованы числами в интер- (система GPS известна также под названием NAVSTAR).
вале от 1 до 32.
Мощность радиопередатчика спутника – порядка 50 Вт,
Данные эфемериса, постоянно передаваемые каждым спут- каждый спутник передает сигналы на 3 частотах – граж-
ником, содержат информацию о состоянии спутника (рабо- данские GPS-приемники используют частоту «L1», равную
чее или нерабочее), текущей дате и времени. 1575,42 МГц, сообщение передается каждые 12,5 минуты.
Данные альманаха содержат информацию о местоположе- Орбиты спутников располагаются примерно между 60 гра-
нии спутников; каждый из них передает альманах, содержа- дусами северной и южной широты. Этим достигается то,
щий параметры своей орбиты, а также всех других спутни- что сигнал от хотя бы от некоторых спутников может при-
ков системы. ниматься повсеместно в любое время. Одним из важнейших
преимуществ GPS перед существовавшими ранее наземны-
Таким образом, каждый спутник передает сигнал, в котором ми системами является всепогодность.
содержится информация о номере спутника, местоположе-
нии его и других спутников системы и дате и времени пе- Спутники GPS пронумерованы числами в интервале от 1 до
редачи этой информации. Приемная навигационная аппара- 32. Количество возможных номеров спутников (32) боль-
тура (ПНА) получает это сообщение и запоминает данные ше, чем число спутников (24), – для удобства обслуживания
эфемериса и альманаха для дальнейшего использования; эта GPS-сети: новый спутник может быть запущен, проверен
же информация используется для установки или коррекции и введен в эксплуатацию еще до того, как старый выйдет
часов приемника. из строя, этому спутнику будет присвоен новый номер в ин-
тервале от 1 до 32.
Для определения местоположения ПНА сравнивает вре-
мя отправки сигнала со спутника со временем его получе- Обычные гражданские GPS-приемники обеспечивают точ-
ния на Земле. Эта разница во времени говорит приемнику ность от 12 до 70 м в зависимости от действующего на дан-
о расстоянии до конкретного спутника. Полученная анало- ный момент SA, количества видимых спутников и их гео-
гичная информация от нескольких других спутников позво- метрии (без специальной математической обработки).
ляет определить (триангулировать) свое местоположение. Существуют также дополнительные (обычно достаточно
Получив сигналы от трех спутников (допустимый минимум), дорогостоящие) возможности увеличения точности до од-
ПНА определяет свою широту и долготу, что называется ного метра и менее.
двумерной фиксацией. Если же спутников четыре или бо-
лее, то ПНА может определить положение в 3-мерном про- 2.2. Система ГЛОНАСС. Глобальная Навигационная Спут-
странстве, т. е. указать широту, долготу и высоту. никовая система (ГЛОНАСС, GLONASS) – российская спут-
никовая система навигации, состоящая из 24 спутников,
Постоянно отслеживая свое местоположение в течение не- движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных
которого времени, ПНА также может рассчитать скорость плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и вы-
и направление движения, т. е. «наземную скорость» и «на- сотой 19 100 км. Принцип измерения аналогичен американ-
земный курс». ской системе навигации GPS. Система ГЛОНАСС работает
в диапазоне частот 1597,5–1605,9 МГц и определяет место-
Погрешности в работе НСС определяются несколькими нахождение объекта с точностью до 4,5 м; в дальнейшем
факторами. Фактором, влияющим на точность, является ге- предполагается увеличение точности до 2,5 и, далее, до
ометрия спутников, от которых принимаются сигналы, т. е. 1 метра.
их расположение относительно друг друга (при их близ-
ком взаимном расположении точность определения коор- 2.3. Система GALILEO. Галилео (Galileo) – совместный
динат хуже). Сюда же относится и невозможность приема проект спутниковой системы навигации Европейского сою-
сигналов от тех или иных спутников при сложном релье- за и Европейского космического агентства. Ожидается, что
фе местности, высоких зданиях и т. п. Следующим источни- GALILEO войдет в строй в 2014–2016 годах, когда на орбиту
ком ошибок является переотражение спутникового сигнала будут выведены все 30 запланированных спутников (27 опе-
от различных объектов, что возникает при взаимодействии рационных и 3 резервных).
журнал для инженеров и конструкторов 23Спутники «Галилео» будут выводиться на орбиты высотой 3. Режимы поиска спутниковых сигналов приемной
23 222 км (или 29 600,318 км от центра Земли), проходя навигационной аппаратурой
один виток за 14 ч 4 мин и 42 с и обращаясь в трех плоско-
стях, наклоненных под углом 56° к экватору, что обеспе- ПНА осуществляет поиск спутниковых сигналов НСС в од-
чит одновременную видимость из любой точки земного ном из трех режимов: «холодный старт», «теплый старт»,
шара по крайней мере четырех аппаратов. Временна’я по- «горячий старт» — в зависимости от наличия в ПРМн ин-
грешность атомных часов, установленных на спутниках, формации о спутниках НСС: данных альманаха (общие дан-
составляет одну миллиардную долю секунды, что обеспе- ные о параметрах орбиты навигационных спутников), кото-
чит точность определения места приемника около 30 см рые действительны в течение 30 суток, и данных эфемериса
на низких широтах. За счет более высокой, чем у спутников (уточняющие данные альманаха для конкретного спутника
GPS, орбиты, на широте Полярного круга будет обеспече- в конкретный момент времени), действительных в течение
на точность до одного метра. 30 минут.
2.4. Система Бэйдоу (BeiDou). Бэйдоу – спутниковая систе- 3.1. Холодный старт. В памяти ПРМн отсутствует инфор-
ма навигации КНР. На 26 октября 2012 года включала в себя мация о спутниках (номера спутников, данные эфемери-
16 спутников, расположенных на геостационарной орбите, са и альманаха). В этом случае ПРМн сканирует частот-
и обеспечивала определение географических координат ный диапазон в поисках сигналов. Этот процесс включает в
в Китае и на соседних территориях. Планируется, что кос- себя поиск, декодирование сигналов и проведение расчетов
мический сегмент навигационной спутниковой системы и может занимать от 5 до 20 минут. Точная продолжитель-
Бэйдоу будет состоять из 5 спутников на ГСО и 30 спут- ность зависит от ряда факторов, включая количество видимых
ников на орбитах, отличных от ГСО. Планируется, что на спутников и алгоритм поиска, реализованный в данной модели.
полную мощность система выйдет к 2020 году после уре-
гулирования вопросов, касающихся частотных диапазонов, В общем случае алгоритм поиска может быть представлен
с российской, американской и европейской сторонами. следующим образом:
В настоящее время система работает на частоте сигнала – установление связи с первым из найденных спутников;
B1 (отмеченной Евросоюзом как E2) с частотой 1559,052– – получение и сохранение данных альманаха;
1591,788 МГц; согласовывается вопрос наложения специ- – получение и сохранение данных эфемериса;
альных сигналов системы Compass на специальные сигна- – установление связи еще с тремя спутниками, получение
лы PRS системы Galileo (диапазон L1, центральная частота от них и сохранение данных эфемериса;
1575,42 МГц). Предположительно, система будет работать – вычисление координат по полученным данным о место-
в частотных диапазонах B2: 1166,22–1217,37 МГц и B3: положении спутников и эфемериса.
1250,618–1286,423 МГц.
3.2. Теплый старт. В памяти ПРМн содержатся данные аль-
2.5. Сравнительные характеристики GPS и ГЛОНАСС. Ос- манаха, данные эфемериса отсутствуют или устарели.
новное отличие системы ГЛОНАСС от системы GPS в том,
что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении Алгоритм поиска в этом режиме может быть представлен
не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, следующим образом:
что обеспечивает им большую стабильность. Таким обра- – установление связи со спутниками;
зом, спутники ГЛОНАСС не требуют дополнительных кор- – получение и сохранение данных эфемериса;
ректировок в течение всего срока активного существо- – вычисление координат.
вания. В то же время срок службы спутников ГЛОНАСС
заметно короче. 3.3. Горячий старт. В памяти ПРМн содержатся данные аль-
манаха и данные эфемериса. В данном случае алгоритм по-
В настоящее время точность определения координат си- иска состоит в установлении связи со спутниками и вычис-
стемой ГЛОНАСС несколько отстает от аналогичных по- лении координат.
казателей для GPS. Согласно данным Российской системы
дифференциальной коррекции и мониторинга, на 22 июля О методе расчета эффективности работы модуля
2011 года ошибки навигационных определений ГЛОНАСС (метод дискретной эффектометрии)
составляли 4,46–7,38 м при использовании в среднем 7–8
спутников, а ошибки GPS – 2,00-8,76 м при использовании Как отмечалось, поставленная задача может быть реше-
в среднем 6–11 спутников (в зависимости от точки прие- на системными методами. Одним из таких методов явля-
ма). Предполагается к 2020 году повышение точности ГЛО- ется метод дискретной эффектометрии [3], основанный
НАСС до 80 сантиметров, а GPS – до 50. на системном подходе, который состоит в описании зада-
чи, определении показателей объекта, представляющих ин-
В то же время в приполярных областях планеты качество терес с точки зрения выполнения объектом поставленной
приема сигнала от спутников GPS серьезно ухудшается цели, присвоении показателям соответствующих весовых
вследствие невысокого наклонения их орбит. Система ГЛО- коэффициентов. Далее определяются значения показателей
НАСС этого недостатка не имеет, поскольку рассчитыва- и рассчитываются величины эффективности. Полученные ре-
лась с учетом использования на Севере России. зультаты расчета сравниваются между собой, вариант с мак-
симальной величиной эффективности является оптимальным.
Надо отметить, что совместное использование навигацион-
ных систем даёт существенный прирост точности опреде- Предлагаемый метод позволяет проводить расчет и после-
ления требуемых параметров. дующее сравнение величин эффективности вариантов по-
№4 (50), декабрь, 2014Вы также можете почитать
