1ste Master
KONINKLIJKE MILITAIRE SCHOOL 146e Promotie SSMW
2009 – 2010
Luitenant ter Zee Victor BILLET
IN016: INFORMATICA EMBEDDED SYSTEMS: PORTABLE GPS DEVICES Door: Onderluitenanten KBO
FALLON-KUND Philippe & SEYS Dieter Onder leiding van TIMMERMAN M., PhD
Portable GPS devices 1) Embedded system: Portable GPS Wat is een embedded system Vroeger waren hardware en software duidelijk gescheiden. De computer was de hardware en programma’s software. In embedded systems zijn hardware en software geïntegreerd in een chip. Dezelfde chip is te gebruiken voor meerdere toepassingen door de aanwezige software op verschillende manieren te programmeren. Een belangrijk voordeel is ook dat de chip in veel grotere hoeveelheden kan worden geproduceerd, wat bedrijfsmatig heel veel voordelen heeft. Een embedded system is dus een informatieverwerkend systeem dat is "ingebouwd" of "ingebed" in een apparaat of systeem waarvan het de functionaliteit en de besturing geheel of gedeeltelijk bepaalt; het informatieverwerkende systeem en het omvattende systeem zijn zodanig van elkaar afhankelijk dat het één zonder het ander geen betekenis heeft. Het informatieverwerkende systeem kan, maar hoeft geen als zodanig herkenbare computer te bevatten; het kan bijvoorbeeld ook zijn opgebouwd uit een verzameling voor de toepassingspecifieke, deels programmeerbare elementen. Wij hebben ervoor gekozen om draagbare GPS toestellen te bespreken. Wat is een draagbare GPS toestel GPS staat voor Global Positioning System en is in het leven geroepen en wordt onderhouden door de Amerikaanse overheid. Het was dus in eerste instantie hoofdzakelijk bedoeld voor militaire doeleinden .Het systeem bestaat uit een netwerk van 24 satellieten die rond de aarde draaien. Ieder van deze satellieten draait twee keer per dag in een vaste baan om de aarde en zendt een uniek signaal uit. Met een GPS ontvanger kunnen deze signalen worden opgevangen en verwerkt. Door op een bepaald moment de positie van de satellieten (die zij door de ruimte zenden) te vergelijken met de tijd op het moment van aflezen, kan de ontvanger exact bepalen waar hij zich op dat moment bevindt. Door immers het snijpunt te nemen van minimaal drie satellieten krijg je een bepaald punt op de aardbol , en dat is je huidige positie. De GPS ontvanger ziet alleen de satellieten die op dat moment boven de horizon staan, en dat zijn er normaal minimum een 6-tal . Deze satellieten zijn altijd en gelijk waar ter wereld te ontvangen. Het GPS systeem vertelt je dus altijd tot op enkele meters nauwkeurig waar je op aarde bent. Steeds wordt de positie opnieuw berekend waardoor het mogelijk is om snelheid, richting en hoogte exact te bepalen. GPS je kan helpen bij het vinden van je locatie en de richting die je zou moeten volgen om bij een bepaald doel te komen. Eens een GPS ontvanger weet waar je bent en waar je naartoe wilt, dan kan hij (mits je beweegt!) bepalen of je in de goede richting verplaatst.
Een GPS is dus zeker geen kompas, maar puur een elektronisch hulpmiddel dat door zijn rekencapaciteit ook extra informatie kan geven, zoals snelheid, berekende aankomsttijd, afgelegde afstand, bewogen richting, gemiddelde snelheid , …
2) Hard- en software a. Kenmerken van draagbare GPS toestellen Draagbare GPS toestellen distanctieren zich van de andere GPS toestellen onderandere dankzij hun lange bedrijfsduur (vaak tot 20 uur). Ze zijn ook robuuster gebouwd en waterdicht om aan de externe weersomstandigheden te kunnen weerstaan. Ze beschikken over minder grote schermen als de GPS-toestellen voor in de auto, maar doen niet onder op vlak van duidelijkheid en performantie. b. Specificaties We namen de GPS map 60Cx van Garmin als voorbeeld om de verschillende specificaties te illustreren: • 12 kanaals SiRFstarIII GPS ontvanger met ingebouwde quad-helix antenne, EGNOS compatibel • 61 x 155 x 33 mm groot ( b x h x d ) en 213 gr zwaar • Perfect in het zonlicht leesbaar 256 kleuren TFT scherm , 38 x 56 mm , 160 x 240 pixels • verlicht scherm en toetsenbord • 1000 waypoints met grafisch symbool (icoon) , 10 proximity waypoints • 50 omkeerbare routes van elk 250 waypoints ( maximaal 50 waypoints indien het turn-by-turn routes zijn )
• 10,000 track points met TracBack® technologie , opslag van maximaal 20 routes van 500 trackpoints elk • Ingebouwde europese basiskaart met snelwegen , rivieren, meren , ... • microSD kaartslot , 128 Mb microSD geheugenkaart standaard bijgeleverd voor opslag van kaart-data van optionele Garmin Mapsource CD’s : City Navigator (auto/motor), BlueChart (marine) , TOPOmap Belgium , ... • permanente geheugenopslag , geen extra geheugenbatterij vereist • USB en seriele data uitgang . Snelle map data overdracht via USB en seriele connecties ; navigatie instructies kunnen gedeeld worden met repeaters, plotters en automatische piloten die gebruik maken van het NMEA protocol . • 18 u operationeel op 2 AA batterijen ( typical-use ) • Waterbestendig volgens IPX-7 norm ( 1 meter diep , 30 min lang ) • Beste vis - en jaagtijden, samen met zonsop-en ondergang tijden en een speciale outdoor kalender in de geocaching navigatie modus . • Geolokatie spelletjes zoals Virtual Maze, Nibbons, Geko™ Smak, en Memory Race • Voorziene "mark", "page", "enter", "quit", "menu", "find", en "zoom out/in" knoppen , in combinantie met een 4 richtingen “ rocker pad” • Oppervlakteberekening is mogelijk met deze GPS • Multi-platform navigatiemogelijkheden voor eenvoudige navigatie in de wagen, op de boot, op de fiets of te voet • Proximity waarschuwingen voor anker drag, aankomst ,uit koers, proximity waypoint ; en ingebouwde alarm klok • Persoonlijk instelbare track-lijn kleur, waypoint projectie, display kleurschema, groote van de tekens, audio-tonen en volgorde van de pagina’s . • Trip computer met gekende data zoals snelheid , gemiddelde snelheid, afgelegde afstand , ...
c. Real time characteristics (hard of soft real-time) GPS toestellen maken gebruiken van real time karakteristieken. Maar dan wel soft real time, aangezien het bij deze toestellen niet op een seconde komt om de exacte locatie te weten. De gebruikers van deze toestellen wachten ook liever enkele seconden langer, met daarna een exacte locatiebepaling, dan een snelle berekening die fout zou zijn. De fabrikanten beseften dit alvorens de productie van draagbare GPS-toestellen te starten en hebben dus een dergelijke manier van werken geïntegreerd in de toestellen.
d. Processoren & Software Enkele van de belangrijkste producenten op vlak van trekking GPS'en zijn de volgende: Casio, Garmin, Lowrance, Magellan, Navman en Silva. Maar deze kopen vaak hun chips en processoren bij dezelfde fabrikanten. Één van deze fabrikanten is Analog Devices. Hiervan vonden we de volgende info over de ADSP-TS201S: 500/600 MHz TigerSHARC Processor with 24 Mbit on-chip embedded DRAM.
Software bestaat in allerhande vormen. Er is de software van de gps-toestellen zelf, maar tegenwoordig ook meer en meer externe software om via te pc routes te plannen om achteraf up te loaden in het toestel. Een veel gebruikt programma is Navio. Er is ook een nieuwe rage in verband met portable GPS devices: geocaching. . Men gaat vooraf bepaal mooie plaatsen in stellen om zeker langs die plaatsen te passeren. Het gaat hier meestal om bekende plaatsen.
3) Economische en sociale luik a. Evolutie, concurrentie en bedrijven De markt voor draagbare gps-toestellen explodeert. Meer en meer fabrikanten zien brood in de kleine apparaatjes die u moeten helpen om nooit meer te verdwalen. Vier merken gaan met het gros van de verkoop lopen. Op de markt voor draagbare gps-toestellen zijn heel wat spelers aanwezig en er komen er nog altijd bij. Zo beginnen ook merken die traditioneel enkel met autohifi bezig zijn, zich op deze groeimarkt te wagen. Blaupunkt heeft bijvoorbeeld de Lucca in het gamma en Alpine introduceerde zopas de Blackbird. Ook producenten van IT-apparatuur als Acer en Hewlett Packard hebben al toestelletjes gelanceerd. Ondanks de steeds heviger concurrentie is de markt momenteel stevig in handen van vier spelers: TomTom, Garmin, Mitac en Navigon. We zullen bondig de marktleiders overlopen.
TomTom In 1991 stichtten Peter-Frans Pauwels en Pieter Geelen, beiden net afgestudeerd aan de Universiteit van Amsterdam, het bedrijfje Palmtop. Ze maakten software voor de allereerste generatie van zakcomputers zoals de Psion 3. Een van hun succesproducten is een primitieve, elektronische routeplanner die Street Finder heet.
Eind jaren negentig vormde het bedrijf een alliantie met Ericsson om navigatiesoftware te maken die via het gsm-netwerk werkt. Daarbij moet een centrale server de routes berekenen en naar de gsm doorstralen. Later gaat het bedrijf zich richten op navigatiesoftware voor zakcomputers. Palmtop wordt dan omgedoopt tot TomTom. Rond 2002 begint men na te denken over een apparaatje dat zelf routes kan berekenen zonder dat er een zakcomputer aan te pas komt. Dat wordt de legendarische TomTom Go. Die wordt in maart 2004 geïntroduceerd en stampt haast op z'n eentje de markt voor goedkope, handige gps-apparaatjes uit de grond.
Garmin Garmin werd in 1991 opgericht door Gary Burell en Min Kao (Gar-Min). De eerste producten van Garmin zijn op professionele domeinen als de zee- en luchtvaartsector afgestemd. Gaandeweg worden de toestelletjes echter alsmaar gebruiksvriendelijker en goedkoper. De eerste doorbraak komt eind jaren negentig met de Streetpilot-reeks, een gamma toestellen die relatief betaalbaar waren. Het hek is helemaal van de dam als de Streetpilot C-reeks gelanceerd wordt. Het toestel is duidelijk geïnspireerd
op de TomTom Go, maar verkoopt uitstekend. Ondertussen heeft Garmin ook de piepkleine Streetpilot i-reeks ontwikkeld en de Garmin Nüvi, waarin ook een vertaalmodule, een toeristische gids en een mp3-speler geïntegreerd zijn.
Navigon Navigon is de grootste GPS-fabrikant in Duitsland. Navigon maakt voornamelijk GPS-toestellen voor autonavigatie en voor mobile GPS- en PDA-navigatie, NavigonMobile genoemd. Navigon verkoopt zeer goedkope GPS-toestellen, maar heeft eveneens modellen van grote kwaliteit. Mitac Mio was oorspronkelijk Mitac. Mitac is een Taiwanese fabrikant die in 1982 werd opgericht. Het bedrijf maakt in eerste instantie vooral IT-apparatuur maar al snel duiken ook PDA's en zakcomputers in het gamma op. Wanneer het bedrijf merkt dat die alsmaar vaker als gps-apparaat gebruikt worden, wordt besloten om ook navigatieapparatuur te bouwen. Dat worden de Mitac Mio 268 en 269. Vooral de democratische prijs van de apparaatjes maakt dat ze als zoete broodjes over de toonbank gaan. Mio fusioneerde enkele jaren geleden met het Nieuw-Zeelandse Navman. Zij bieden zowel autonavigatie aan als persoonlijke draagbare navigatie. b. Impact op het dagelijks leven Vandaag de dag kan men de GPS niet meer wegdenken uit het normale leven. De tijd dat men op reis vertrok met een kaart in de hand is nu definitief voorbij. Nu gebruikt bijna iedereen de GPS om op een veilige en eenvoudige manier op zijn bestemming te komen. De draagbare GPS toestellen voor ondermeer wandelroutes uit te stippelen zijn eveneens een werkelijke hype geworden. Steeds meer mensen gebruiken deze toestellen eveneens voor het beoefenen van wielersporten.
4) Toekomst: Galileo-satellietsysteem De Europese Commissie heeft beslist haar eigen satellietsysteem te lanceren. Dat zou tegen 2010 operationeel moeten zijn. Het Europese Ruimteagentschap garandeert de precisie ervan tot op 1 meter. De 30 Europese satellieten zullen anderzijds ook dienen om de noodoproepen van voertuigen met een telematicasysteem te localiseren. Ander goed nieuws voor de GPS-gebruikers is dat het Galileosysteem compatibel zal zijn met het Amerikaanse, met een grotere navigatieprecisie als gevolg. Zo zullen zo’n 60 satellieten de volledige planeet kunnen dekken en overal ter wereld voertuigen helpen localiseren. Men moet echter ook weten dat sommige regeringen geneigd zullen zijn om de Galileosatellieten ook te gebruiken om de snelheid en de afgelegde kilometers te meten met het oog op de inning van taxen.
5) Ons product Wij dachten dat het handig zou zijn moest er een bril bestaan waar via projectie alles wordt afgebeeld aan de binnenkant van de glazen. Er zou nog steeds een toestel in de auto of in de rugzak zitten die de gegevens van de satellieten ontvangt en verwerkt. Maar de gegevens zouden afgebeeld worden aan de binnenkant van de bril met behulp van HUD in plaats van op een scherm op dat toestel. Wanneer we
bijvoorbeeld met de auto rijden, dan zou er een vage pijl zichtbaar zijn op het wegdek om aan te tonen in welke richting men moet rijden. Dit kan worden uitgebreid met informatie over het traject bijvoorbeeld op aanvraag van de brillendrager. Als we ergens in een bos rondlopen, zou er een klein kompas zichtbaar zijn met daarop een richting om te volgen. Volgens ons kan dit een nog groter impact hebben op de gemeenschap dan de klassieke GPS, aangezien dit model verstrooidheid vermeid. De GPS-bril houdt de persoon in kwestie geconcentreerd, hetgeen een enorm voordeel heeft op vele vlakken. Een combinatie van de traditionele GPS en de draagbare GPS toestellen is met ons product eveneens veel plausibeler, aangezien een permanente gebruik mogelijk is qua design. 6) Links http://www.gpscenter.be/html/wat_is_gps__.html http://www.hzeeland.nl/~embsys/ http://www.cvo-belgium.be/dut/nieuwe-technologieen/telematica/gps_navigatie.html http://www.gpsinfo.be/fabrikanten.php http://www.nieuwsblad.be/Article/Detail.aspx?articleID=g4umgs67 http://www.analog.com/en/embedded-processing-dsp/tigersharc/adsp-ts201s/products/product.html http://forum.belgiumdigital.com/f16/goeie-raad-aankoop-gps-om-te-trekken-79877.html http://www.techzine.nl/reviews/434/Garmin-nvi-760T-FM.html http://www.cs.nps.navy.mil/people/faculty/capps/4473/projects/fiambolis/vrd/vrd_full.html http://www.gpscenter.be/html/gpsmap_60csx.html
