MICRO GPRS-GPS IV ALL-IN-ONE - MANUALE HARDWARE
Micro gprs-gps sirf-IV
all-in-one
con datalogger
Manuale hardware
Rev.1201
Pag.1 di 14
www.carrideo.it
INDICE
1.
IL MICRO GPRS-GPS SIRF-IV ALL-IN-ONE CON DATALOGGER ..................................................... 3
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
1.9.
1.10.
1.11.
1.12.
INTRODUZIONE ........................................................................................................................................... 3
MICROCONTROLLORE UTILIZZATO E CONFIGURAZIONE I/O ........................................................................ 4
LA SEZIONE GPS: IL SIRF4 ............................................................................................................................ 5
LA SEZIONE DATALOGGER .......................................................................................................................... 6
GLI INGRESSI DIGITALI – DESCRIZIONE E MODALITÀ D’ACCESSO ................................................................ 7
GLI INGRESSI ADC – DESCRIZIONE E MODALITÀ D’USO................................................................................ 8
LE USCITE DIGITALI..................................................................................................................................... 9
LA SEZIONE D’ALIMENTAZIONE ................................................................................................................ 10
LA SEZIONE GSM-GPRS .............................................................................................................................. 11
LE CONNESSIONI AUDIO ............................................................................................................................ 12
DIMENSIONI .............................................................................................................................................. 13
PASSI OPERATIVI D’AVVIO ........................................................................................................................ 14
Gprs-gps all-in-one
- 2 di 14 -
www.carrideo.it
1. IL MICRO GPRS-GPS SIRF-IV ALL-IN-ONE CON DATALOGGER
1.1.
Introduzione
Il micro gprs-gps sirf-IV all-in-one con datalogger (d’ora in avanti denominato semplicemente micro
gprs-gps IV) è un dispositivo di localizzazione che integra in un unico circuito un rice-trasmettitore
gsm-gprs ed un ricevitore satellitare gps: la tecnologia gsm-gprs utilizza le reti di telefonia mobile
per comunicare a distanza le coordinate rilevate dal ricevitore gps integrato.
Le applicazioni di questo dispositivo sono molteplici e generali e trovano ampio campo d’impiego
in tutti i casi in cui sia necessario localizzare a distanza persone e/o mezzi in movimento o
monitorarne l’avvenuto spostamento.
La funzione datalogger consente di memorizzare un quantitativo enorme di dati utilizzando come
supporto fisico le memorie micro SD, diffusissime e di uso comune in dispositivi quali cellulari,
palmari, macchinette fotografiche, lettori mp3…
Rispetto agli altri modelli a catalogo, dotati di due processori distinti, che curano separatamente le
funzionalità gsm-gps e la gestione della memoria microSD, il micro gprs-gps integra la logica
elaborativa di tutte le componenti in un unico e più potente processore, da cui la denominazione
“all-in-one”.
Questa nuova architettura hw migliora la gestione e la trasmissione dei files di log, e la semplifica
molto rispetto ai modelli dual-processor, in cui risulta più complicato sincronizzare lo scambio dei
dati tra i due microcontrollori; di contro, almeno per il momento, il dispositivo consuma più energia
ed ha una autonomia inferiore se utilizzato a batteria.
Il nuovo micro gprs-gps è stato realizzato con l’intento di essere funzionalmente e fisicamente
compatibile con le versioni precedenti; sono rimaste invariate le dimensioni ed è stata spostata la
disposizione deglio I/O, sui quali non è stato effettuato il montaggio dei pin-strip di contatto
(effettuato solo dietro richiesta esplicita), per assecondare le esigenze di miniaturizzazione che
generalmente sono richieste ai dispositivi di questo genere.
Gprs-gps all-in-one
- 3 di 14 -
www.carrideo.it
1.2.
Microcontrollore utilizzato e configurazione I/O
Il micro gprs-gps IV è un dispositivo controllato da un unico e potente microprocessore PICmicro®
Microchip, che gestisce tutta la logica funzionale delle componenti integrate sulla scheda (il gsmgprs, il gps, la scheda microSD), conferendo al prodotto prestazioni eccezionali a fronte di
dimensioni e costi ridotti.
Alcuni pin del pic sono disponibili per l’utente per usi specifici che saranno dettagliati più avanti:
2 uscite digitali telecontrollabili a distanza mediante messaggi sms
4 ingressi digitali: interrogabili a distanza mediante messaggio sms, di cui
- 1 controllo della sezione allarme
- 2 ingressi d’allarme, inviano un alert (sms/squillo al variare dello stato logico)
- 1 ingresso per l’interfacciamento del sensore di movimento
1 uscita di controllo del sensore di movimento
2 ingressi adc per la lettura di valori analogici
1 ingresso adc-voltmetro interno, riservato al monitoraggio della tensione di alimentazione
esterna, quando il dispositivo è utilizzato come localizzatore veicolare
•
•
•
•
•
Gli I/O sono disponibili sulla basetta sotto forma di fori di connessione, sui quali è possibile saldare
direttamente fili di cablaggio o montare i connettori pin-strip; in foto da sx a dx:
•
•
•
2 pin d’uscita (out2, out1)
3 pin di servizio (reset-pin, Vcc micro 3.3V, massa)
2 pin d’ingresso analogici (adc1, adc2)
•
•
•
•
sensore di movimento (2 pin, uscita di controllo sensore ed ingresso sensore in4)
massa
2 pin d’ingresso digitali (in3, in2)
1 pin di enable (in1, ingresso di controllo della sezione allarmi)
Gprs-gps all-in-one
- 4 di 14 -
www.carrideo.it
1.3.
La sezione gps: il sirf4
Il micro gprs-gps IV è basato sul noto chip sirf-IV prodotto dalla SirfStar, dal quale eredita tutta la
vasta gamma di funzionalità e le eccellenti prestazioni che ne hanno determinato la fama.
Tra le caratteristiche principali di questo localizzatore di nuova generazione si segnalano le
seguenti:
•
•
•
•
Sensibilità sino a -163db (contro i -159db del precedente SirfIII)
Funzione anti-jammer - capacità di rilevare, mitigare ed eliminare sino ad 8 sorgenti di radiodisturbo
Funzionalità di risparmio energetico quali ad es. la modalità di funzionamento SirfAware –
consente consumi bassissimi (500uA) e dati satellitari sempre aggiornati
Amplificatore d’antenna integrato – supporta l’uso di antenne gps sia attive che passive
Il ricevitore gps è fisicamente collocato tra il connettore duale sim-sd e la sezione di alimentazione,
posta alle spalle del mini-morsetto verde a due poli.
Tra il chip gps ed il bordo della basetta, è collocato il circuito d’antenna, ottimizzato per antenne con
tensione di lavoro pari a 3.3V, ed un connettore u.fl al quale è collegata l’antenna gps di serie o, in
alternativa (su richiesta) un connettore adattatore u.fl- sma per il collegamento di antenne con cavo
di alcuni metri di lunghezza.
Le antenne gps devono essere orientate in modo da “vedere il cielo”, ossia non devono essere
schermate da ripiani metallici posti al di sopra del campo di ricezione; è possibile utilizzare cavi
prolunga di qualche metro, per posizionare l’antenna in punti di ricezione migliori.
Gprs-gps all-in-one
- 5 di 14 -
www.carrideo.it
1.4.
La sezione datalogger
Il micro gprs-gps è in grado di storicizzare un elevato quantitativo di dati di localizzazione, grazie
all’adozione delle memorie micro SD, un supporto fisico dalla capacità enormemente maggiore
rispetto alle memorie eeprom utilizzate in passato.
L’inserimento della micro SD si effettua lateralmente nel connettore duale utilizzato anche per la
sim card telefonica; la memoria va introdotta con i contatti rivolti verso l’alto, nel verso indicato in
foto (sarebbe comunque impossibile inserirla in qualsiasi altro verso), spingendola delicatamente
all’interno, sino ad avvertire il blocco del meccanismo interno a molla che trattiene la scheda.
Analogamente, per estrarre la memoria, occorre spingere delicatamente la µSD dentro al connettore,
sino ad avvertire che il meccanismo a molla interno al connettore ha rilasciato la scheda,
spingendola verso l’esterno.
Il processore crea sulla memoria SD un file di testo chiamato “gpslog.TXT” sul quale vengono
accodati i dati da memorizzare, per la precisione le sentenze nmea di tipo $GPRMC; non occorre
effettuare alcuna operazione di formattazione o inizializzazione della scheda fornita.
Il micro gprs-gps può essere utilizzato anche senza micro SD, in questo caso ovviamente non è
possibile utilizzare le funzioni specifiche correlate al datalog dei dati.
Gprs-gps all-in-one
- 6 di 14 -
www.carrideo.it
1.5.
Gli ingressi digitali – descrizione e modalità d’accesso
Gli ingressi digitali della scheda sono configurati come ingressi di controllo o come ingressi per la
rilevazione di una condizione d’allarme.
Normalmente si trovano allo stato logico alto, grazie ad un pull-up interno al microcontrollore che li
polarizza alla tensione +Vcc micro.
Lo stato logico dell’ingresso di controllo “in1” determina l’abilitazione o meno della sezione
d’allarme: posto al livello basso inibisce le segnalazioni di allarme, posto allo stato alto abilita la
sezione allarmi e questa è anche la condizione di normalità, dato che come si è detto, gli ingressi
normalmente assumono il livello logico alto.
Tale ingresso serve a facilitare il controllo del sistema; consente ad es. di disabilitare la sezione
allarme in presenza del proprietario del mezzo su cui è posto il localizzatore, riattivandola quando il
proprietario si allontana.
L’ingresso può essere controllato in modo manuale (con un comune interruttore), in modo
automatico (con sistemi a trasponder) ed in modalità remota (via sms), pilotandolo mediante una
delle uscite telecontrollabili collegata sull’ingresso.
Se in1 si trova a livello alto, ogni commutazione di stato (dal livello basso ad alto o viceversa) degli
ingressi in2 ed in3 scatena l’invio di un allarme ai numeri impostati, come di seguito descritto.
Per poter determinare in che modo pilotare gli ingressi, occorre specificare alcuni aspetti hardware.
Accesso diretto
I pin di ingresso sono i pin del microcontrollore resi direttamente disponibili sul connettore d’uscita,
pertanto l’accesso a tali pin è detto “diretto”.
Questa caratteristica ha il pregio di consentire la variazione dello stato di un input in modo molto
semplice, è sufficiente un pulsante o interruttore che colleghi un ingresso a massa: ad interruttore
chiuso, il pin di input si porta allo stato logico basso, aprendo l’interruttore invece, il pin di input
torna automaticamente al livello logico alto (senza dover applicare una tensione esterna, grazie al
pull-up del microcontrollore).
I pin sono pilotabili anche mediante tensioni low TTL (con tensioni tra 0 e Vcc micro=3.3V).
Accesso indiretto
Gli ingressi non possono essere pilotati direttamente con una tensione di valore superiore a Vcc
micro (3.3V); disponendo di una tensione elevata, occorre utilizzare accorgimenti specifici riservati
ai più esperti, per pilotare gli ingressi in modo indiretto.
E’possibile usare un relè, un optoisolatore, un partitore o un semplice transistor npn, ponendo il
collettore sull’ingresso, l’emettitore a massa ed una resistenza di alcune decine di Kohm sulla base.
In figura è proposto un semplice schema con un bc547 ed un resistore da 47k.
Gprs-gps all-in-one
- 7 di 14 -
www.carrideo.it
1.6.
Gli ingressi adc – descrizione e modalità d’uso
Gli ingressi adc (adc1 e adc2) sono particolari ingressi in grado di rilevare il valore di una tensione
variabile, esprimendone il valore acquisito mediante un numero.
Più in generale, i convertitori adc sono in grado di leggere qualsiasi grandezza fisica misurabile; in
commercio sono disponibili innumerevoli tipi di sensori in grado di trasformare una grandezza
naturale (temperatura, umidità, pressione…) in una tensione proporzionale e che possono essere
collegati agli ingressi adc del micro gprs-gps.
I convertitori adc hanno un range di funzionamento compreso tra 0V e Vref. = 3.3V, che è il valore
di fondo scala misurabile ed anche il limite di tensione massimo applicabile per non danneggiare il
processore.
La risoluzione dei convertitori adc è di 10bit, perciò la tensione letta è espressa mediante un numero
compreso tra 0 e 1023 (il valore numerico decimale rappresentabile con 10bit).
Dividendo l’intervallo 0V÷3.3V in 1023 intervalli, si ottiene la sensibilità dei convertitori, ossia
l’incremento minimo di tensione che aumenta di una unità il valore acquisito da un convertitore
(circa 3,3mV).
La lettura dei convertitori adc viene espressa in forma assoluta mediante un valore numerico, ed è
compito dell’utente ricavare il valore della grandezza fisica in base alla relazione di proporzionalità
del sensore utilizzato.
Ad esempio, il sensore di temperatura LM35 ha una uscita in tensione proporzionale ai gradi
centigradi; per ogni aumento di grado di temperatura, l’uscita del sensore LM35 aumenta di 10mV.
Considerando la risoluzione di 3.3mV, per ogni grado centigrado di temperatura il convertitore
incrementa di 3 unità il valore letto, perciò si avrà una lettura di 0075 a 25°C, 0030 a 10°C e così via.
Per rendere la lettura più intuitiva è possibile utilizzare sull’ingresso un partitore resistivo di valore
adeguato ed ottenere il valore di lettura espresso direttamente nell’unità di misura della grandezza
misurata (ossia fare in modo ad es. che 0010 corrisponda a 10°C, 0033 a 33°C)…
Un partitore resistivo è stato integrato sulla scheda per consentire al convertitore interno (adc3) di
rilevare la tensione di alimentazione esterna applicata ai morsetti del circuito di alimentazione /
carica-batterie documentato in seguito.
Il partitore ha un rapporto di attenuazione pari a 1/10, ed è stato predisposto per monitorare la
tensione della batteria o dell’alternatore (range 0-33V) quando il micro gprs-gps è utilizzato come
dispositivo veicolare.
I convertitori adc non collegati ad alcun sensore, assumono uno stato indefinito ed un valore di
lettura casuale.
Gprs-gps all-in-one
- 8 di 14 -
www.carrideo.it
1.7.
Le uscite digitali
Il micro gprs-gps è dotato di due uscite telecontrollabili via sms, che possono essere utilizzate per
inviare a distanza un segnale low ttl ad un’altra apparecchiatura connessa.
Per un dispositivo miniaturizzato come il micro gprs-gps, pensato principalmente come personal
tracker, è improbabile utilizzare tali uscite per pilotare carichi di potenza (ci sono altri dispositivi
per uso veicolare più specifici), ad ogni modo, per completezza, si cita la possibilità di utilizzare le
uscite telecontrollate per attivare a distanza apparecchiature elettriche ed elettroniche, ad es. i
dispositivi acustici e luminosi di una auto-vettura (clacson, frecce…).
Per tale tipo di impiego sono disponibili schede relè accessorie utilizzabili nelle installazioni
permanenti, in quanto richiedono una fonte di alimentazione di capacità e tensione adeguata,
tipicamente la batteria a 12V di un veicolo.
La scheda accessoria va alimentata alla tensione di lavoro dei relè (12Vcc) tramite il jack di
alimentazione (polo positivo interno, massa esterna, NON invertire la polarità).
I segnali delle uscite out1 ed out2 vanno riportati su due pin d’ingresso della scheda relè (dall’alto,
pin strip maschi 2 e 6), come dallo schema sottostante.
I relè hanno una portata di 10A / 220Vac.
Gprs-gps all-in-one
- 9 di 14 -
www.carrideo.it
1.8.
La sezione d’alimentazione
Il micro gprs-gps IV è dotato di uno stadio stabilizzatore / carica-batterie integrato, che conferisce al
circuito grande flessibilità d’alimentazione.
Una volta applicata una tensione di valore compreso tra gli 8 ed i 30Vcc, sui morsetti di
alimentazione, il circuito stabilizzatore ne riduce il valore secondo le esigenze del micro gprs-gps.
12
3
La tensione stabilizzata può alimentare direttamente il micro gprs-gps o può essere deviata sul
circuito di carica per batterie al litio.
La modalità di alimentazione viene selezionata impostando il jumper selettore sul connettore strip a
3 poli posto sull’angolo della scheda, vicino al connettore di batteria:
•
•
Alimentazione diretta senza batteria al litio (jumper sui pin 2-3)
Alimentazione mediante batteria al litio ricaricabile collegata in tampone (jumper sui pin 1-2)
La batteria al litio in dotazione ha una capacità di 1000mA ed è dotata di un connettore sagomato,
che ne obbliga l’inserimento secondo la polarità corretta.
E’anche possibile alimentare il circuito con una tensione di valore compreso tra 3.3 e 4.2V, ad es.
mediante un pacco batteria con pile al litio non ricaricabili. In questo caso è possibile utilizzare
direttamente il connettore di batteria (rispettando la polarità indicata) o utilizzare come polo
positivo il pin 2 del pin-strip tripolare (col jumper scollegato) e come polo negativo un qualsiasi
punto di massa del circuito.
Qualunque sia la fonte di alimentazione, è importante che sia in grado di erogare i picchi di corrente
richiesti e che i cavi di connessione al micro gprs-gps abbiano una sezione adeguata ed una
lunghezza non eccessiva.
Infatti i gsm, per loro natura, possono arrivare a richiedere brevissimi spunti anche di 2A; in genere
questo valore è mitigato a valori di inferiori dalle capacità interne e dal circuito di stabilizzazione,
ma se la corrente di alimentazione non è fornita in modo adeguato, si ottiene come risultato lo
spegnimento del modulo gsm.
Gprs-gps all-in-one
- 10 di 14 -
www.carrideo.it
1.9.
La sezione gsm-gprs
Il micro gprs-gps riceve impostazioni e comandi e trasmette risposte e dati di localizzazione a
distanza, mediante messaggi sms, chiamate telefoniche, e trasmissioni dati a pacchetto, grazie al
dispositivo di telecomunicazione costituito da un engine gsm-gprs Siemens.
Tale modulo è un dispositivo gprs di classe 10, di tipo quadri-band (850/900/1800/1900 Mhz),
caratteristica che assicura copertura di campo in qualsiasi continente.
A causa delle elevate performances richieste al micro gprs-gps in termini di autonomia e risparmo
energetico, l’engine gprs-gps è utilizzato in una modalità particolare di stand-by che consente di
limitare i consumi a riposo a soli 3mA; grazie a questa modalità operativa, l’engine consuma solo
nelle fasi di rice-trasmissione ed assorbe una corrente minima nelle fasi di inattività, prolungando
l’autonomia delle batterie.
Il gprs-gps richiede l’uso di una sim telefonica valida con credito non nullo; la sim va inserita nel
connettore duale sim-sd posto all’angolo del circuito, con i contatti elettrici rivolti verso il basso e
l’angolo smussato verso l’esterno.
Se esigenze di inscatolamento particolari richiedono un posizionamento differente per la sim, sulla
superficie inferiore del micro gprs-gps sono state predisposte le piazzole per il montaggio del
connettore tradizionale, come da versione precedente.
Il gprs-gps viene fornito completo di antenna gsm miniaturizzata, essenziale per il corretto
fuunzionamento del dispositivo; analogamente a quanto detto per il gps, anche per il gsm è
possibile richiedere un connettore adattatore per il collegamento di antenne con cavo prolungato e
attacco classico a vite di tipo fme (o sma o altro tipo).
Gprs-gps all-in-one
- 11 di 14 -
www.carrideo.it
1.10.
Le connessioni audio
Il micro gprs-gps può essere dotato di una capsula microfonica accessoria ad alta sensibilità e basso
rumore, tramite la quale è possibile utilizzare la funzione di ascolto ambientale.
Per facilitare il collegamento del microfono, le connessioni audio sono state rese disponibili sotto
forma di fori di connessione, sui quali è più agevole montare direttamente la capsula o saldare i fili
di una breve prolunga (con cavo audio schermato) per portarla fuori dal contenitore.
Gli ingressi audio-mic del micro gprs-gps sono costituiti dalle piazzole più vicine al gsm (in figura,
cerchiate in rosso, mic- a sx, mic+ a dx) ed utilizzano l’interfaccia audio 2.
A causa della varietà di capsule esistenti, la polarità di connessione va provata sperimentalmente,
attivando l’ascolto ambientale e provando la resa audio collegando il microfono in un verso o
nell’altro (non c’è pericolo di danneggiamento dello stesso).
Per applicazioni particolari, sono disponibili anche gli ingressi audio-line, che corrispondono
all’interfaccia audio 1, ai quali è possibile connettere le uscite audio di un sistema amplificato (ad es.
un impianto viva-voce).
Tali ingressi sono costituiti dalle due piazzole parallele agli ingressi mic (cerchiate in bianco, line+ a
sx, line- a dx) e vanno attivati con alcuni comandi specifici inviati al gsm, come descritto sul
manuale funzionale.
Gprs-gps all-in-one
- 12 di 14 -
www.carrideo.it
1.11.
Dimensioni
Il circuito stampato del micro gprs-gps IV misura 61x53mm; queste dimensioni sono irriducibili,
non è possibile diminuirne in alcun modo l’ingombro senza danneggiare il dispositivo.
Lo spessore minimo, misurato tra la superficie inferiore del circuito stampato e la superficie
superiore del gsm è di 8mm (considerando anche i dadi di fissaggio); si arriva invece a 13,5mm
considerando il morsetto di alimentazione (che con un po’ di perizia può essere eliminato
facilmente) ed una antenna gps slim posta sul gsm con un po’ di nastro biadesivo (come in
copertina).
Se il circuito è alimentato con una tensione esterna (ad es. batteria veicolo), il micro gprs-gps può
essere occultato in un pacchetto di sigarette slim;
in alternativa, considerando 6mm aggiuntivi della batteria al litio, posta sotto al dispositivo,
l’ingombro è comparabile con un pacchetto di sigarete comune, con uno spessore libero che può
essere riempito con materiale isolante e protettivo.
Gprs-gps all-in-one
- 13 di 14 -
www.carrideo.it
1.12.
Passi operativi d’avvio
Per utilizzare il micro gprs-gps occorre:
•
•
•
•
•
•
•
dotarsi di una sim telefonica valida (con un credito sufficiente, se prepagata, o con un
abbonamento attivo)
disabilitare il pin di accensione della sim (se presente), utilizzando un comune cellulare
cancellare tutti i messaggi presenti sulla sim (qualora fosse già stata usata)
inserire la sim nel vano porta sim (le operazioni di inserimento e di estrazione devono
essere effettuate a modulo spento)
verificare che l’antenna miniatura in dotazione sia agganciata al modulo gsm prima di
accenderlo
inserire la micro SD se si vuole utilizzare le funzioni di datalogger
impostare il jumper selettore della modalità di alimentazione in modo da fornire tensione al
circuito
Quando il micro gprs-gps è spento e la batteria è collegata, prestare sempre attenzione a non
poggiare il circuito su un piano metallico o a maneggiarlo a mani nude indossando anelli o fedi che
possano mettere in corto la batteria.
Se i passi precedenti sono stati eseguiti correttamente, il led di accensione presente sul circuito, detto
anche led di avvio, emette alcuni flash e resta acceso per circa mezzo minuto, sino al completamento
della fase di start-up.
Al termine della fase di start-up, il led di avvio si spegne per limitare i consumi; chiamando il
numero della sim utilizzata, si sentirà uno squillo di telefono e la chiamata verrà immediatamente
rifiutata; il led emetterà alcuni flash in occasione di alcuni eventi operativi.
A questo punto il modulo è pronto per essere configurato ed utilizzato come descritto sul manuale
funzionale.
Se il gsm risulta irraggiungibile significa che la fase di avvio si è arrestata: può dipendere dal fatto di
non aver seguito le avvertenze precedenti (ad es. è stata usata una sim con pin) oppure la batteria
non è sufficientemente carica ed il gsm si è spento nella fase di massimo assorbimento (mentre si
collegava alla rete).
Gprs-gps all-in-one
- 14 di 14 -
www.carrideo.it
