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Mapas de navegabilidade para condução autónoma no Campus UA

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Localização

Para ser determinado e representado a nível global os obstáculos, irá ser usado um sistema com dois recetores GPS (Global Positioning System).

 

Falando um bocado do conceito de GPS, este sistema encontra-se no dia de hoje disponível nas mais variadas plataformas, desde do nível industrial até a um nível recreacional. O sistema de posicionamento global oferece, com precisão e em qualquer parte do globo, uma posição a três dimensões e a velocidade a um utilizador que tenha um receptor apropriado. Este posicionamento é realizado com o auxilio de uma constelação de 24 satélites organizados em 6 órbitas com 4 satélites por órbita (figura 1), utilizando um tempo universal sincronizado entre eles (UTC).

Fig1F.PNGA posição é determinada através da distancia que o recetor se encontra aos satélites conectados e através de trigonometria é determinado a posição no referencial global. O método de cálculo de posição e tempo que é usado é o de trilateração, exemplo na figura 2.

Fig2F.PNGO cálculo é realizado comparando o tempo que o sinal foi enviado com o momento que é recebido. Comparando esta informação de quatro satélites em "vista", é possível obter a posição do recetor, isto é a latitude, longitude e a altura em relação ao nível do mar. De notar que é possível obter uma posição só com três satélites mas para uma localização mais correta são usados quatro.

 

Para o trabalho estão disponíveis dois recetores GPS, nomeadamente um de módulo EM-406A com uma placa de alimentação e comunicação criada na Universidade de Aveiro (figura 3) e um Globalsat BU-353-W (figura 4).

Fig3F.PNG

Fig4F.PNGAntes de serem mencionadas algumas especificações serão explicadas algumas terminologias:

  • Baud Rate - Recetores GPS enviam informação pelo pino TX com um bit rate especifico. O mais comum é de 9600bps para recetores de 1Hz.

 

  • Canais - O número de canais que o módulo de GPS usa irá diretamente afetar o tempo da primeira sincronização (TTFF - Time to first fix). Devido ao módulo não saber que satélites se encontram em "vista", quantos mais canais ele poder verificar ao mesmo tempo, mais rápido a primeira sincronização pode ser obtida.

 

  • Chipset - O chipset de um GPS é responsável desde realizar cálculos, proporcionar a comunicação analógica com a antena entre outras. O mesmo é independente do tipo de antena. É de mencionar que os modelos mais típicos são ublox, SiRF e o SkyTraq. A diferença entre chipsets recai sobre o consumo elétrico, tempos de aquisição e acessibilidade de hardware.

 

  • Start-up Times (Hot, Warm e Cold) - Alguns módulos de GPS contêm um super-condensador ou uma segunda bateria para guardar temporariamente a informação de um satélite, anteriormente sincronizado. Isto ajuda a reduzir o TTFF em inicializações seguintes.
    • Cold Start - Se o modulo for desligado e a informação de backup for perdida, na inicialização seguinte, o GPS terá de realizar um download novo da informação respetiva aos satélites.
    • Warm Start - Dependendo do tempo que o GPS esteve desligado, se a informação não for completamente perdida, poderá ser possível realizar um warm start, mas a nova sincronização com os satélites poderá demorar um bocado mas menos que um cold start.
    • Hot Start - A localização dos satélites estão muito perto da posição que estavam antes do GPS ter sido desligado. Neste caso o GPS sincroniza de imediato.

 

  • WAAS - Wide area augmentation system, é uma rede de "estações" base que transmitem a correção do erro para os satélites. WAAS é um sistema usado na América do Norte, para a Europa é usado o sistema EGNOS, no Japão o MSAS e na Índia o GAGAN. A grande maioria dos recetores já têm estes sistemas activos de fabrica.

 

Nomeando agora algumas especificações, o Globalsat tem um GPS chipset SiRF star III em que as caraterísticas podem ser visualizadas na tabela 1. Este GPS usa o protocolo NMEA 0183, em que as especificações de comunicação são mostradas da tabela 2. O mesmo necessita de uma tensão entre os 4.5V e os 6.5V, com uma intensidade de 50 mA.

Tab1F.PNG

Tab2F.PNGPara mais especificações segue o link para o datasheet:

http://usglobalsat.com/store/download/62/bu353_ds_ug.pdf

 

Relativamente ao outro GPS, o chipset é igual ao anterior recetor. Considerando que o recetor necessita de 5V, foi criada uma placa de circuito impresso responsável pela alimentação e comunicação do mesmo. Relativamente á placa, de modo a obter os 5V necessários usou-se um regulador de tensão LM317, que possui a capacidade de regular uma tensão de entrada entre os 0V e 40V para uma tensão de saída num intervalo de 1.2V a 37.7V. Para ser permitida a comunicação com um computador usando o protocolo RS232, foi usado um Max232 para elevar os sinais de um nível TTL.

 

Especificações extra do módulo podem ser encontradas no seguinte link:

https://www.sparkfun.com/datasheets/GPS/EM-406A_User_Manual.PDF

 

 

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