RPG - REGISTRADOR DE POSICIONAMENTO GLOBAL Cássio Fabricio Martucci 1, Ivan Jorge Chueiri 1,2, Silze Inara Miyuki Ruiz Takano 1 Curitiba, PR - Brasil cmartucci@onda.com.br, silze@onda.com.br (1) PUC-PR Pontifícia Universidade Católica do Paraná. (2) 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. INTERFACE COM GPS CIRCUITO DE ALIMENTAÇÃO CONECTOR DE EXPANSÃO RPG CONECTOR CF COMPACT FLASH 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 Seleção Dos Dados a Serem Amostrados Seleção dos Mecanismos de Disparo Apagar Programação ou Dados Transferir Dados P/ Arquivo Dados a Serem Amostrados Mecanismos de Disparo Função de Gravação no CF Função de Leitura no CF Arquivo em Disco 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. Bibliografia 1. GPS satellite surveying LEICK, Alfred, 2nd.ed. New York : J. Wiley, 1995. 2. Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Zoreda, José Luiz - Smart Cards, 1994 Artech House, Inc. 685 Canton Street Norwood, MA. 3. Understanding GPS : principles and applications - KAPLAN, Elliott D. Boston : Artech House, 1996. 4. Apostila sobre O SISTEMA GPS - Rodolpho Vilhena de Moraes*, Kevin Theodore Fitzgibbon**, Fernando Walter**. *Divisão de Engenharia Aeronáutica, ITA **Divisão de Engenharia Eletrônica, ITA. ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE CRUZEIROS. GPS. Disponível na Internet. http://www.edinfor.pt/anc/anci-gps.html. 26 de fevereiro 2000. GARMIN CORPORATION. ALL ABOUT GPS. Disponível na Internet. http://www.garmin.com/. 19 fevereiro 2000. GIS FATOR ON LINE. GPS GLOBAL POSITIONING SYSTEM. Disponível na Internet. http://www.fatorgis.com.br/geoproc/gps.htm. 23 fevereiro 2000. MAGELLAN GPS SYSTEMS. Disponível na Internet. http://www.magellan.com.au. 26 fevereiro 2000. MULTOS SMART CARD WORLD. Disponível na Internet. http://www.multos.com/smcrdlinks.ihtml. 22 janeiro 2000. NMEA National Marine Electronics Association. Disponível na Internet. http://www.nmea.org/. 01 março 2000. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA RJ. CURSO DE FÍSICA INTRODUTÓRIA. Disponível na Internet. http://www.fis.puc-rio.br/fis_intr/gps.htm. 02 março 2000. SANDISK CORPORATION OEM. Disponível na Internet. http://www.sandisk.com/. 03 março 2000. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA UFSC. Normas de Redação. Disponível na Internet. http://www.bu.ufsc.br/home98.html. 03 março 2000.