Utilizacion de un receptor GPS con salida serie


 

Hoy en día  es cada vez más frecuente encontrar sistemas de navegación basados en receptores GPS  en ciertos automóviles de gama alta. ,pues realmente prometen ser muy útiles especialmente para el guiado en sitios que desconozcamos simplificando especialmente la navegación  en ciudades o sitios que no conozcamos.
También lo sistemas  GPS empiezan  ser populares como dispositivos autónomos para la navegación personal (en ciudades y en el campo),navegación marina e incluso aérea, etc.
Cierto  es que empiezan a aparecer ordenadores de mano con el receptor GPS integrado, pero también es cierto que aun los precios de estos dispositivos no parecen estar al alcance de todos los bolsillos (especialmente si solo se le quiere dar al miniordenador otros usos), razón  por lo que a lo largo  de este articulo intentaremos  diseñar un sistema de navegación  practico donde las premisa precio y simplicidad  sean una realidad tangible.

El receptor GPS

Orbitando alrededor de la tierra se encuentran una serie de satélites que emiten constantemente su posición con respecto a la superficie terrestre. El receptor GPS es capaz de recibir las señales de estos satélites y, cuadrándolas con una serie de cálculos de tiempo por los que el usuario no ha de preocuparse, determinar nuestra posición dentro de la cuadrícula en que los mapas dividen la tierra, con una exactitud de metros.
El sistema GPS, sin embargo, no es perfecto. Tiene varios defectos. El primero es que el sistema de satélites es propiedad del ejército de los Estados Unidos, por lo que éste se guarda la potestad (así te lo advierten incluso los manuales del receptor GPS que compres) de en cualquier momento anular, restringir o falsear la exactitud con que los satélites emiten su información. El segundo defecto es que la transmisión del satélite, ya débil de por sí, no puede atravesar edificios o zonas boscosas muy tupidas. No podremos usar el GPS dentro de casa, en una calle muy cerrada o en el fondo de un valle tupido. Sin embargo, al haber diversos satélites en diversas posiciones del cielo, siempre es fácil asegurarse un lugar a cielo despejado en el que podamos obtener la cobertura deseada.
Desde hace dos años la Unión Europea y la Agencia Espacial Europea están trabajando en un sustituto de la red de satélites americanos. El proyecto se llama Galileo.

Por su importancia pues  el receptor GPS es el  elemento  básico de cualquier sistema de navegación, por lo que es obvio que según las prestaciones que no del propio receptor  GPS así los será las prestaciones en cuanto  a velocidad de respuesta, precisión, estabilidad, etc. del sistema de navegación final.
Hoy en día existe un abanico muy extenso de receptores GPS: Integrados en sistemas complejos, basados en ordenadores de Bolsillo,  receptores en compact-flash, receptores con Bluetooth, receptores con salida Usb, receptores con salida serie, etc.

De todos ellos por su excelente relación calidad –precio, la opción mas aconsejable  son los llamados “GPS-Mouse-Receiver” ,los cuales básicamente  albergan  en muy pocos centímetros (típicamente en un dado de 41 x41  x 18mm) toda la lógica y electrónica necesaria para entregar una señal basada en el protocolo NMEA 0183 v2.2.
La mala noticia  en este tipo de receptores  es que por su reducido tamaño, no incluyen  la alimentación interna y además  debemos obligatoriamente  conectarlo a algún dispositivo inteligente que nos traduzca las señales generadas por estos (basadas en el protocolo normalizado NMEA).
CARASTERICTICAS DEL CONJUNTO RECEPTOR GPS POLSTAR PGM 111

Carastericticas: Posición: 5m ~ 25m sin imposición SA
Velocidad: 0.1 m/sec sin imposición SA
Tiempo: 1µ sec
Tiempo de adquisición: Arranque en frió: 50 segundos(media)
Arranque normal: 35 segundos (media)
Arranque en caliente: 2 segundos (Min.)
Sensibilidad: Adquisición: -139 dBm
Tracking: -152 dBm
Dinámica: Altitud: max. 18,000m
Velocidad: max. 500m/seg
Aceleración. max. 4g
Rango de actualización en la navegación: Una por segundo
Serie : Serie TTL y RS-232 I/O
Baudios: 4800 bps (opcional 9600 bps)
NMEA 0183:GGA, GSV, GSA , RMC,(opcional VTG,GLL)
Datum: WGS 84
Alimentación : 5 V DC 5%
Consumo: Typical (tracking): 80mA @ 5V
System Performance : Tracks mas de 12 satélites
L1, C/A code
 Temperatura de funcionamiento.: -10°~ +70°C
 Temperatura de almacenamiento.: -40°~ +100°C
Humedad: 5%~95%
Dimensiones: 41 x 41 x 18mm
 Tipo de antena: Incluida en el interior del receptor

Las conexiones normalizadas de la mayoría de los   Mouse-GPS , suelen basarse en conectores tipos ps2 macho, pero tenga mucha atención, pues como se puede apreciar en  la tabla ,su conexiones  no son en absoluto compatibles con ninguna de los dispositivos ps2 (como podría ser un ratón o teclado);

función Pin
1 GND
2 VCC
3 TTL-RX ó NC
4 RX RS232
5 TX RS232
6 TTL-TX ó NC

El montaje

Descritas las conexiones del receptor GPS y las de la base de sincronización de la PALM , es bien sencillo deducir el montaje pues nos  limitaremos  a interconectar  ambos dispositivos  bajo el principio del MODEM Nulo , proveyendo además de  la alimentación de +5V al receptor GPS.
Al prever la propia Palm de una base de sincronización serie, usaremos esta misma  con objeto de minimizar el costo total (dada la dificultado de obtener el citado conector propietario de 10 pines)
Así las cosas en el dispositivo adaptador que proponemos, conectaremos por un lado el  conector cannon de 9 pines procedente de la base hot-sync de la Palm  y  por otro lado conectaremos el conector ps2 procedente  del receptor GPS, uniendo  las masas entre si de ambos dispositivos y sus respectivos líneas de recepción y transmisión RS232 y por  ultimo conectando 4 baterías AAAAA en serie entre los pines 2 y 1 del conector ps2.
Con objeto de no sobrecargar al receptor GPS cuya alimentación es 5v conectaremos  un pequeño diodo a la salida del portapilas  para bajar 0.6V  los aproximadamente 6V entregados por la asociación de baterías (1.5V*4)
Por ultimo para poder cargar cómodamente las baterías opcionalmente podemos equipar a nuestro dispositivo  un pequeño conector jack de 2 1/1”  para cargar desde una simple fuente de 5v DC.. También aquí conectaremos un diodo en serie de protección para evitar la descargas de las baterías  a través de la fuente cuando esta este apagada.

Componentes:

p1 portapilas 4 pilas AA
c1 conector cannon  9 pines macho
x1 conector mini-din 6 pines hembra (tipo ps2)
d1,d2 diodo 1N4001 o similar
j1 conector jack hembra 2 ½”
GPS Receptor  Polstar PGM-111 (o cualquier receptor GPS tipo ratón con salida serie)
PDA PALM M105 o cualquier miniordenador con SO PALM OS con cuna de sincronización serie.

Proceso de montaje y ajuste

El proceso de montaje es bastante fácil y no entraña ninguna dificultad especial.
Simplemente mecanizaremos en un caja adecuada para albergar el conjunto, perforando al menos tres aberturas:1 para el conector cannon, otra para el interruptor de encendido y otra circular para el conector PS2.
Practicadas las aberturas procederemos a fijar mecánicamente el cannon, el interruptor y el PS2
Es el momento de soldar las conexiones entre el cannon y el GPS cuidando de hacerlo entre los pines correctos (poniendo especial atención en el orden de los pines del ps2 del receptor GPS)

Soldaremos un hilo entre el terminal 4 el ps2 y el terminal 2 del cannon.Soldareamos un segundo hilo entre el pin 5 del ps2 y el terminal 3 del cannon
Conectaremos un hilo de masa entre el pin 1 del ps2, el 5 del cannon y el negativo del portapilasSeguidamente emplazaremos en el interior el portapilas y soldaremos un diodo a su salida enserie que conectaremos al interruptor de encendido y por otro lado a la masa del chasis.
Por ultimo conectaremos un hilo a la salida del interruptor al ps2.
Como opción interesante también podemos añadir un pequeño jack hembra para empotra de 2 ½” mono para proceder a la carga de las baterías (simplemente conectaríamos este al portapilas con un diodo de protección en serie con el positivo de estas)

Eleccion del miniordenador

Como ha quedado expuesto, la mayoría de los  receptores GPS nos reportan una señal basada en el protocolo NMEA con los datos de las coordenadas, hora, elevación, numero de satélites, etc., pero bien es cierto que sin un ‘ traductor’ no seriamos capaces de descodificar esas señales.

Para esa  función podaremos utilizar un ordenador convencional (de hecho podremos conectar el adaptador que proponemos a un ordenador PC convencional) pero  tenemos el problema del tamaño, peso y  por ende la escasa movilidad y  autonomía, etc.
Así las cosas podemos usar  para la gestión de la señal NMEA   un miniordenador de bolsillo lo suficiente potente para realizar los cálculos necesarios en poco espacio.
Entre  los miniordenadores disponibles  destacan  por su bajo precio aquellos con el  sistema operativo Palm-Os ,los cuales especialmente en versiones antiguas son bastantes económicos  (en parte porque han sido desbancados por los miniordenadores con Windows CE , quizás por su intento de  emulación también en el miniordenador el SO de moda: Microsoft Windows)
Estas maquinas con Palm- OS como SO ,no obstante mantienen una estabilidad muy alta del S.O., una excelente  CPU a prueba de toda duda, y entre sus muchas virtudes aúnan un escasísimo consumo de energía (esto no suele ser así con los miniordenadores con Windows -CE que tienen muchísima menor autonomía)
En las pruebas realizadas ,se decidió finalmente que un miniordenador Palm M105 con base de sincronización serie era la opción más conveniente por su potente hardware (8Mb de RAM, procesador ARM a 175Mhz y pantalla TFT táctil de 320×320  ) y su bajo precio (pero insistimos: en realidad nos hubiera valido cualquier miniordenador con Palm OS con cuna de sincronización serie ¡! NO USB!!)

MARCA Y MODELO
PALM  M105
PROCESADOR ARM 175MHz
MEMORIA RAM + ROM 8Mb. de RAM
DISPLAY Pantalla TFT 320*320 táctil retroiluminada
PUERTOS Y COMUNICACIONES Infrarrojos

Puerto serie

CONTROLES Teclas de acceso rápido (4) y Cursor (arriba+abajo).
SISTEMA OPERATIVO PALM OS3.0. Versión UK.
Tamaño 11.8 x 7.9 x1.8 cm
PESO 125 gr.

 

Ejemplo: Conexiones de un GPS a una Palm

Realmente el conector inferior de estos miniordenadores consta de un conector propietario de 10 pines en línea, el cual provee  además del pulsador de sincronización, los pines necesarios para establecer una conexión rs232 con cualquier dispositivo.

 

Db9 Señal cradle señal
1 CD
2 RXD 6 TXD
3 TXD 8 RXD
4 DTR
5 GND 1 GND
6 DSR 10
7 RTS 5 CTS
8 CTS 7 RTS
9 R1
masa Condensador  de 10nF
4 Interruptor Sincronización
9 Int Sinc(a través de un resistencia de 330ohmios)
3 Entrada propósito general
2 n.c.

Software necesario

Para  poder interpretar las instrucciones NMEA es necesario instalar en el ordenador de bolsillo algún tipo de  software compatible con Palm  O.S. que cumpla esta función.
Afortunadamente existe una variedad inmensa de sw disponible para el sistema operativo  PALM  OS  a partir de la versión 3.5  de la mayoría de los fabricantes de este tipo de programas  se pueden bajar versiones funcionales de estos (con alguna limitación menor)
A continuación se muestran alguno de los programas que se ha probado su funcionamiento con el PGM 111,la  Palm M105 y el adaptador descrito:
Compass (brújula):

Compass es una herramienta con la que podrás comprobar y verificar la conectividad entre el receptor GPS instalado y tu dispositivo.

Soporta comunicaciones vía puerto serie permitiendo visualizar, de un modo autónomo, sentencias NMEA 0183: latitud, longitud, velocidad, altitud, hora real, orientación y niveles de cobertura.

Un curioso modo de verificar la señal GPS capturadas por tu receptor y conocer los datos resultantes de la triangulación por tiempos de envío.

Puede descargar una versión operativa desde su sitio original: http://www.gpspilot.com/products/compass.shtml

GPS Atlas (la ultima versión es la 5.0):

 

Para el lector introducido en temas de cartografía antes de seguir hay que decirle que es lo que no hace este programa: No genera caminos de un punto a otro y No tiene capas.
Resumiendo: No es una herramienta topográfica, es una herramienta para excursionistas, navegantes y similares.
Este programa, cuyo precio a la hora de escribir este articulo ronda los 25 Euros, puede ser descargado en versión demo de la Web www.gpspilot.com.
También necesitaremos descargar de esta Web el programa Cartographer. Este programa, gratuito, es el que nos permitirá realizar un mapa calibrado en formato PDB a partir de una imagen de un mapa.

 

Tracker

 

Explore o almacene sus viajes para futuras referencias: preparación de guías de viaje, seguimiento de caminos, seguimiento y compartición de circuitos, ..en orden a extender, corregir o incluso construir mapas a medida.. Visualice tracks en los mapas.

Al Conectar el receptor GPS nos indicara la posición punto a punto y lo mostrara en el mapa registrando sus movimientos para poderlo usar para volver sobre sus pasos.
Exportación de  logs de track logs a PC’s para su uso en aplicaciones GIS. Es uno de los  mejores para terrenos salvajes o remotas áreas
Este programa, puede ser descargado en versión demo de la Web www.gpspilot.com.

 

Tom-Tom city Maps
El programa por excelencia para mapas de ciudades si lo que buscas es calidad y detalle.
TOM TOM City MAP planifica la mejor ruta a seguir desde nuestra posición al destino que le indiquemos. El programa nos indicará el número total de kilómetros de la ruta a realizar, así como el tiempo estimado en llegar a destino. Podemos elegir entre la creación de la ruta más corta o la más rápida.
También nos da indicaciones de los giros a realizar a lo largo de la ruta. Incluye mapas de callejeros de los siguientes países europeos: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Francia, Holanda, Italia, Luxemburgo, Portugal, Reino Unido, Suecia y Suiza. Contiene una base de datos con mas de 100.000 ciudades

Con el receptor GPS compatible (que emita sentencias NMEA 0183 V.2) conectado al PDA veremos nuestra posición sobre el mapa.

Mas información en
http://www.tomtom.com/

Mapopolis
Mapopolis es uno de los pocos mapas disponibles para tu dispositivo con compatibilidad y comunicación con sistemas GPS y con licencia totalmente GRATUITA.

 

Sus opciones y capacidades te permitirán especificar la ciudad deseada, visualizar todas sus carreteras, calles y puntos importantes, realizar búsquedas, activar el sistema GPS, añadir nuevos puntos, controlar distancia y demás.
Uno de sus puntos negativos, es la única disponibilidad de mapas de ciudades americanas evitando de esta manera, su uso en territorios europeos y provocando incompatibilidades con sistemas de navegación no americanos.
Conoce las calles de las ciudades americanas a la perfección, pero también están disponibles casi todas las ciudades españolas

Mapopolis es uno de los pocos mapas disponibles para tu dispositivo con compatibilidad y comunicación con sistemas GPS y con licencia totalmente GRATUITA.
Sus opciones y capacidades te permitirán especificar la ciudad deseada, visualizar todas sus carreteras, calles y puntos importantes, realizar búsquedas, activar el sistema GPS, añadir nuevos puntos, controlar distancia y demás.
también están disponibles casi todas las ciudades españolas.

Pudes descargarlo de
http://www.mapopolis.com/

PathaAway
Pathaway es un programa de mapa móvil, y va a ser el encargado de que la información proporcionada por el receptor GPS nos diga más cosas que una simple serie de números y flechas (la posición geográfica, dirección y velocidad que el GPS  nos da).

Esencialmente, Pathaway introduce en la memoria del PDA un mapa o callejero normal y corriente, bien escaneado de un mapa de papel u obtenido electrónicamente de sitios de Internet. Introduciendo las coordenadas correspondientes a, por ejemplo, las esquinas de nuestro mapa (datos que conocemos bien por interpretar el mapa o por tomar manualmente con el GPS la posición en dos puntos conocidos que podamos localizar dentro del mapa), Pathaway obra el milagro, ya que puede mostrarnos en tiempo real nuestra posición en ese gráfico. Así pues, pronto veremos una flechita que seguirá fielmente nuestros movimientos a escala dentro del mapa. Si no lo sabías te parecerá increíble.
El gráfico puede ser mucho mayor que la pantalla del ordenador de bolsillo, de modo que cuando nos desplacemos iremos viendo por qué carretera, aldea o monte vamos, desplazándose el mapa cuando lleguemos al borde de lo que estamos viendo.
A partir de este posicionamiento básico se abre un amplio abanico de posibilidades en el que Pathaway es tremendamente rico. Así pues, nos será posible señalar y buscar puntos por sus coordenadas o sus nombres, determinar rutas y seguir trazados (si lo deseamos, podemos ver una línea de color todo el camino que vamos realizando por el mapa y saber si nos estamos desviando de cierta ruta). Además, el panel de Pathaway nos ofrece y calcula constantemente información como la posición, el punto más próximo, la velocidad, el tiempo que se calcula hasta la llegada, etc.
Pathaway puede manejar y almacenar sin problemas gran cantidad de Puntos (lugares conocidos en el mapa que almacenamos para luego localizarlos o dirigirnos a ellos), mapas y Rutas (serie de Puntos que forman un itinerario o camino), así como importar y exportar Puntos y Rutas al GPS para poder usarlo de forma independiente a la Palm. Junto a Pathaway se incluyen dos programas para PC llamados Map Manager e Icon Manager

Mas información en

http://www.softmaptech.com/en/volumes/volEN_Path_Away.html
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