Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ'

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
146
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМЫ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ / СИСТЕМЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЖДЕНИЯ / АВТОПИЛОТЫ / КУРСОУКАЗАТЕЛИ / АГРОНАВИГАТОРЫ / СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ / GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) / ГЛОНАСС / GALILEO / BEIDOU / RTK (REAL TIME KINEMATIC) / GNSS-АНТЕННЫ / GPS-МОДУЛЬ U-BLOX NEO-M8T / ARM CORTEX-M4 / STM32F4DISCOVERY / STM32CUBE

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Абдрахманов Вали Хызырович, Важдаев Константин Владимирович, Салихов Ренат Баязитович

В статье рассматриваются применяемые системы точного земледелия, предназначенные для увеличения точности вождения сельхозтехники вне зависимости от внешних условий; уменьшения затрат на топливо, удобрения, посевной материал; улучшениякачества обработки полей и увеличения урожайности - системы параллельного вождения, автопилоты и агронавигаторы. Рассмотрены имеющиеся на рынке готовые решения для точного земледелия, подходящие для целей точного позиционирования навигационные приемники и антенны. Рассмотрено использование имеющего в свободном доступе программного обеспечения - библиотеки RTKLib - для точного позиционирования по технологии RTK (Real Time Kinematic). Также рассмотрены имеющиеся решения для точного позиционирования беспилотных летательных аппаратов, использующих для этой цели навигационные приемники. По всем имеющимся готовым решениям и комплектующим приведены цены на май 2019 г. В статье предлагается создать бюджетную систему позиционирования, которая будет измерять местоположение сельскохозяйственной техники с точностью до сантиметра, используя библиотеку RTKLib, а также создать точный курсоуказатель или агронавигатор. Рассмотрена возможность создания высокоточного GPS/ГЛОНАСС навигационного приемника, где обработка данных по технологии RTK происходит на самой плате приемника с использованием микроконтроллера, в результате сделан вывод о целесообразности использования 32-разрядных микроконтроллеров STM32 с ядром ARM Cortex-M4, а для разработки прототипа устройства - отладочной платы STM32F4DISCOVERY. Рассмотрены особенности разработки проектов на STM32, выбор программного обеспечения для разработки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Абдрахманов Вали Хызырович, Важдаев Константин Владимирович, Салихов Ренат Баязитович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RESEARCH OF POSSIBILITY OF PRECISION POSITIONING TECHNOLOGY IMPLEMENTATION

The article discusses the applied systems of precision farming intended to increase the accuracy of driving agricultural machinery regardless of external conditions, reduce the cost of fuel, fertilizer, seed, improve the quality of field processing and increase crop yields - parallel driving systems, autopilot and agronavigators. Ready-made solutions for precision farming that are suitable for accurate positioning navigation receivers and antennas are considered. Considered freely available software use - library RTKLib - for accurate positioning technology RTK (Real Time Kinematic). Also reviewed are available solutions for accurate positioning of unmanned aerial vehicles, navigation receivers used for this purpose. For all existing ready-made solutions and components, prices are given at May 2019. The article proposes to create a budget positioning system that will measure the location of agricultural equipment with an accuracy of a centimeter, using the RTKLib library to create an accurate heading or agronavigator. The possibility of creating a high-precision GPS/GLONASS navigation receiver, where data processing using RTK technology takes place on the receiver boarditself using a microcontroller, is also considered, it was concluded that the use of 32-bit STM32 microcontrollers with ARM Cortex-M4 core was developed, and - debug board STM32F4DISCOVERY. Considered are the features of project development on STM32, the choice of software for development.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ»

Абдрахманов В. Х.

Abdrakhmanov V. Кк.

кандидат технических наук, доцент кафедры «Инфокоммуникационные технологии и наноэлектроника» ФГБОУВО «Башкирский государственный университет», г. Уфа, Российская Федерация

5

f

Важдаев К. В. Vazкdaev К. V

кандидат технических наук, доцент кафедры «Инфокоммуникационные технологии и наноэлектроника», ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет», доцент кафедры «Водоснабжение и водоотведение», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

Салихов Р. Б. Salikkov Я. В.

доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Инфокоммуникационные технологии и наноэлектроника», ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет», г. Уфа, Российская Федерация

УДК 681.518.3 DOI: 10.17122/1999-5458-2019-15-3-118-128

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

В статье рассматриваются применяемые системы точного земледелия, предназначенные для увеличения точности вождения сельхозтехники вне зависимости от внешних условий; уменьшения затрат на топливо, удобрения, посевной материал; улучшения качества обработки полей и увеличения урожайности — системы параллельного вождения, автопилоты и агронавигаторы. Рассмотрены имеющиеся на рынке готовые решения для точного земледелия, подходящие для целей точного позиционирования навигационные приемники и антенны. Рассмотрено использование имеющего в свободном доступе программного обеспечения — библиотеки RTKLib — для точного позиционирования по технологии RTK (Real Time Kinematic). Также рассмотрены имеющиеся решения для точного позиционирования беспилотных летательных аппаратов, использующих для этой цели навигационные приемники. По всем имеющимся готовым решениям и комплектующим приведены цены на май 2019 г. В статье предлагается создать бюджетную систему позиционирования, которая будет измерять местоположение сельскохозяйственной техники с точностью до сантиметра, используя библиотеку RTKLib, а также создать точный курсоуказатель или агронавигатор. Рассмотрена возможность создания высокоточного GPS/ГЛОНАСС навигационного приемника, где обработка данных по технологии RTK происходит на самой плате приемника с использованием микроконтроллера, в результате сделан вывод о целесообразности использования 32-разрядных микроконтроллеров STM32 с ядром ARM Cortex-M4, а для разработки прототипа устройства — отладочной платы STM32F4DISCOVERY. Рассмотрены особенности разработки проектов на STM32, выбор программного обеспечения для разработки.

Ключевые слова: системы точного земледелия, системы параллельного вождения, автопилоты, курсоуказатели, агронавигаторы, системы спутниковой навигации, GPS (Global

Positioning System), EHOHACC, Galileo, BeiDou, RTK (Real Time Kinematic), GNSS-anreHHbi, GPS-Mogy^b U-blox NEO-M8T, ARM Cortex-M4, STM32F4DISCOVERY, STM32Cube.

RESEARCH OF POSSIBILITY OF PRECISION POSITIONING TECHNOLOGY IMPLEMENTATION

The article discusses the applied systems of precision farming intended to increase the accuracy of driving agricultural machinery regardless of external conditions, reduce the cost of fuel, fertilizer, seed, improve the quality of field processing and increase crop yields — parallel driving systems, autopilot and agronavigators. Ready-made solutions for precision farming that are suitable for accurate positioning navigation receivers and antennas are considered. Considered freely available software use — library RTKLib — for accurate positioning technology RTK (Real Time Kinematic). Also reviewed are available solutions for accurate positioning of unmanned aerial vehicles, navigation receivers used for this purpose. For all existing ready-made solutions and components, prices are given at May 2019. The article proposes to create a budget positioning system that will measure the location of agricultural equipment with an accuracy of a centimeter, using the RTKLib library to create an accurate heading or agronavigator. The possibility of creating a high-precision GPS/GLONASS navigation receiver, where data processing using RTK technology takes place on the receiver board itself using a microcontroller, is also considered, it was concluded that the use of 32-bit STM32 microcontrollers with ARM Cortex-M4 core was developed, and — debug board STM32F4DISCOVERY. Considered are the features of project development on STM32, the choice of software for development.

Key words: precision farming systems, parallel driving systems, autopilots, course indicators, agronavigators, satellite navigation systems, GPS (Global Positioning System), GLONASS, Galileo, BeiDou, RTK (Real Time Kinematic), GNSS antennas, U-blox NEO-M8T GPS-module, ARM Cortex-M4, STM32F4DISCOVERY, STM32Cube.

1. Актуальность научной проблемы исследования

1.1 Использование GPS/GLONASS

для трекеров

GPS (Global Positioning System) — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерения расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84 [1]. Есть аналогичные российская, европейская и китайская системы GLONASS, Galileo, BeiDou. GPS-модули широко используются для всевозможных трекеров, умных ошейников и рюкзаков. Специфика производственных процессов в сельском хозяйстве [2-4] порождает множество лазеек, ведущих к значительным издержкам, непроизводительным затратам, а удалённость от «хозяина» повышает вероятность злоупотреблений [5]. Внедряя системы GPS-мониторинга транспорта в сельском хозяйстве (рисунок 1) можно решить множество задач: учет задействованных единиц техники в любое время; четкое определение месторасположения участков, на которых проводятся работы; мониторинг

скорости и направления движения задействованных единиц техники; учет эффективности выполнения работ; возможность слежения за отклонениями в рабочем маршруте; нецелевое использование транспорта и махинации с топливом [6].

Рисунок 1. GPS-мониторинг в сельском хозяйстве

1.2 Системы параллельного вождения и полевые компьютеры В простейшем случае системы параллельного вождения — это курсоуказатели (рисунок 2) [7]. В курсоуказатель перед началом работы вносятся основные параметры: площадь и форма поля, ширина при-

цепного устройства. Курсоуказатель автоматически расчертит поле на полосы в точном соответствии с его границами и шириной агрегата. Пользуясь подсказками курсоука-зателя, можно вести трактор по полю любой, сколь угодно сложной формы, без пропусков и нахлестов, с точностью до 20-40 см днем и ночью, в любую погоду. Также существуют подключаемые к курсоуказателю автопилоты и подруливающие устройства (рисунок 2).

Рисунок 2. Курсоуказатель Raven и подруливающее устройство

Точность системы параллельного вождения зависит от многих параметров, в том числе от времени суток (меняется положение спутников навигационных систем). В целом, можно сказать, что с недорогой антенной точность будет до ±50 см, с хорошей внешней антенной до ±20 см.

Точность GPS можно увеличить с помощью дифференциальной поправки (дифпо-правки). Это довольно сложный и не часто используемый метод, однако он позволяет довести точность движения трактора до ±2,5 см. Для этого есть несколько спосо-

120-

Electrical and

бов, и один из них — использование специальных базовых станций дифпоправки по технологии RTK (Real Time Kinematic) [8]. У этого метода есть два ограничения: дифпо-правка действует в радиусе не более 15 км, и принимать сигнал дифпоправки могут лишь самые дорогие системы параллельного вождения. Как правило, фирмы, производящие станции дифпоправки, производят лучшие и дорогие системы параллельного вождения.

2 Существующие системы параллельного

вождения (агронавигаторы)

В качестве примера рассмотрим один из представленных на рынке фирмой РусАгро-Л агронавигатор Кампус [9]. Система параллельного вождения «Кампус» оснащена современным процессором и высокоточным модулем навигации. Точность — 2 см с RTK и до 30 см с усиленной антенной. Цветной сенсорный дисплей диагональю 20 см (18*10 см) делает работу приятной и удобной.

Рисунок 3. Агронавигатор Кампус

Система состоит из базовой станции (рисунок 4), которая является стационарной (в некоторых случаях она может быть мобильной) и передает сигнал коррекции на приемник (ровер). Исправления от базовой станции «Кампус» могут передаваться на ровер по радиоканалу, и в ближайшем будущем появится возможность передавать данные через Интернет. Тестовая дальность передачи по радиоканалу при высоте ровера и базовой станции 1,92 м составила более 15 км. Базовая станция имеет влагонепроницаемый корпус и может располагаться на открытой площадке. В каталоге фирмы РусАгро-Л цена агронавигатора Кампус —

59000 руб., ровера для подключения навигатора к базовой станции — 55000 руб., базовой станции РТК — 135000 руб. (май 2019

г.).

✓ Спутник »С GPS GPS

Jfc fW. Спутник -ХСпутник

GPS Д

^Спутник ч CPS

X*^ '' - ' Спутник

' '-г'—.--'С. ЧЧ '

RTK

Базовая станция

Рисунок 4. Система параллельного вождения, реализующая метод RTK

3 Технология RTK

Точность определения координат GPS/ GLONASS составляет примерно 3-5 м и зависит от качества работы GPS-приемника, погодных условий, окружающего ландшафта и многих других факторов. Одним из способов повышения точности позиционирования является технология RTK (Real Time Kinematic) [10], которая широко применяется в геодезии и точном земледелии. Она основана на использовании измерений фазы несущего сигнала GPS/GLONASS, где базовая станция обеспечивает поправки в реальном времени для точности сантиметрового уровня точности.

Базовая станция RTK — это специальный спутниковый приемник, обеспечивающий передачу корректирующих поправок для абонентских приемников GPS/GLONASS-приемников (роверов). Навигационные приемники по технологии RTK должны быть способны выдавать «сырые» данные (псевдодальности, фазовые измерения), т.е. сам приемник не решает навигационную задачу полностью. Программный комплекс RTKLIB с открытым исходным кодом [10], разработанный Такасу Томоджи [11] из Токийского океанографического университета, может быть использован для получения координат сантиметровой точности из «сырых» данных приемника. Пакет RTKLIB широко используется в геодезии и картографии и зарекомендовал себя в профессиональной среде. RTKLIB версии 2.4.2 в настоящее время под-

держивает работу с ограниченным количеством навигационных приемников. Наиболее популярными моделями одночастотных (L1) приемников являются UBLOX NEO6T (GPS) и NV08C-CSM (GPS/GLONASS). Последний из приемников фирмы U-blox NEO-M8T анонсирован в январе 2016 г. — приемник GPS/GLONASS. При заказе из Китая NEO-M8T-0-10-U-BLOX-модуль-GPS-ГЛОНАСС (цена US $ 78,99) [12] (май 2019 г.). Двухчастотные навигационные приемники (L1/L2) получают одни и те же данные со спутников, но на разных частотах. Основной задачей двухчастотных приемников является устранение ионосферной задержки. Однако двухчастотные приемники стоят гораздо дороже, чем одночастотные и встречаются реже. Они в основном используются в устройствах для геодезических кадастровых работ.

Основные возможности RTKLIB следующие: работа в системах спутниковой навигации: GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou; поддержка алгоритмов высокоточного позиционирования в реальном времени (RTK — Real Time Kinematic) и при постобработке (PPP — Precise Point Positioning); передача и прием навигационных данных по последовательному интерфейсу (UART) и по TCP/IP; поддержка большинства GNSS-стандартов и протоколов, среди которых: RINEX, RTCM, NTRIP, NMEA; поддержка проприетарных бинарных протоколов навигационных приемников (L1 и L1/L2): NovAtel, u-blox, JAVAD, NVS BINR и ряда других; Windows-версия RTKLIB имеет графический интерфейс (GUI), распространяется в виде ZIP-архива и не требует инсталляции (рисунок 5).

4 Навигационные модули

для высокоточного позиционирования

В сети есть описание готовых решений для работы с технологией RTK, например, компания «Навтелеком» [13] предлагает два навигационных модуля в OEM-исполнении: UBX-1V0 и NAV-1V0. Навигационные модули подключаются к USB-разъему персонального компьютера (ноутбука) и не требуют дополнительного питания. Судя по описанию, технология RTK в них

ft

Рисунок 5. Графический интерфейс Windows-версии RTKLIB

не реализуется на самой плате, т.к. в этом случае там должен стоять микроконтроллер, который выводит уже готовый результат через USB-разъем, например, навигационный

модуль иВХ-1У0 (рисунок 6) создан на базе одночастотного навигационного приемника GPS-NEO-бT известной швейцарской фирмы производителя GPS-приемников U-BLOX.

Рисунок 6. Навигационный модуль UBX-1V0

Судя по описанию, на плате кроме КБО-бТ есть батарея резервного питания CR2032, ББРЯОМ для сохранения текущих настроек, разъем для подключения антенны — SMA. Модуль обеспечивает питанием 3,3 В подключаемую внешнюю антенну. «Сырые» данные в бинарном протоколе RTKLIB — и-Ь1ох выводятся для дальнейшей обработки в компьютер через разъем — ттШБВ. Частота выдачи данных — 1 Гц.

КАУ-1У0 создан на базе одночастотного навигационного приемника GPS/GLONASS-

NV08C-CSM (рисунок 7) отечественной фирмы НАВИС. На момент создания он выгодно отличался тем, что поддерживает ГЛОНАСС, но после появления GPS/ ГЛОНАСС приемников U-BLOX это не так актуально. При заказе из Китая модуль NV08C-CSM GPS/ГЛОНАСС V5.1 стоит US $ 90 [14]. Судя по описанию, состав и возможности платы (рисунок 8) аналогичны UBX-1V0 — на плате кроме NV08C-CSM есть батарея резервного питания CR2032, EEPROM для сохранения текущих настроек,

разъем для подключения антенны — SMA. Модуль обеспечивает питанием 3.3-5.5 В подключаемую внешнюю антенну. Через 2 разъема ттШЗВ «сырые» данные в бинар-

ном протоколе (ВЩК, NMEA) выводятся для дальнейшей обработки в компьютер. Частота выдачи данных — 1 и 10 Гц.

J О S.5V RF Supply

3.0 .5 5V Dlulb! Supply

• Г'I HiiMit

NV08C-CSM

(opuanali

Рисунок 7. Внутренняя структура навигационного приемника GPS/GLONASS-NV08C-CSM

Рисунок 8. Навигационный модуль NAV-1V0

Кроме того, есть полностью законченный мультисистемный высокоточный навигационный приемник NV08C-RTK [15]. Как видно из блок-схемы (рисунок 9), он реализован на базе 32-разрядного ARM-микроконтроллера LPC3240 с сопроцессором FPU. Наличие мощного контроллера позволяет технологию RTK реализовать на

самой плате. Цена за такое готовое решение достаточно высока: при заказе из Китая ИБ $ 1300 [13].

При использовании технологии RTK предъявляются повышенные требования к качеству GNSS-антенн (хорошее подавление многолучевости и высокая стабильность фазового центра). Следует учесть, что

ЯТК-решения возможны только, если не менее 6-8 спутников в зоне прямой видимости. Установку антенн необходимо производить на открытом месте (крыша здания, открытая площадка). Рекомендуется использовать GPS/GLONASS-антенны канадской фирмы Та1^шап) [16] (напряжение питания

от 2,5 В): TW3440/TW3442 (антенна для монтажа в отверстие), TW2410 (магнитная антенна).

Навигационные антенны данного типа рекомендуют размещать на плоском рефлекторе (ground plane) диаметром около 20 см.

Current

.imiter

МАХ4Э29

Q-

Power Supply

LKA_OVfiCSMT

GNSS receiver

Nvoec-csM

CPU LPC324Q 266MHz 64-bit FPU 256kB SRAM 16+16 kB cashe

UART-USB CP2102

use

SPl] SDRAM , ÜU5

SPI FLASH 16MB SDRAM 8MB

3-axis gyro L3G4200D

3-axis acc LIS331DLH

Рисунок 9. Высокоточный навигационный приемник NV08C-RTK

5 RTK для беспилотных летательных аппаратов

Система КГК также используется для точного позиционирования беспилотных летательных аппаратов (рисунок 10). Известны готовые решения, в которых реализована технология ЯТК, например, ЯТК GPS-приёмник Piksi [17] — проект был выложен на сайте kickstarter.com для сбора средств на

разработку. Устройство имеет открытый исходный код программного обеспечения, быстрое (50 Гц) обновление положения/ скорости/времени, низкое энергопотребление — 500 мВт, малый форм-фактор — 53^53 (мм), собственный дизайн платы. Заявляемая цена на сам приемник ИБ $ 166 (рисунок 11), полный комплект Piksi ЯТК (рисунки 12, 13) — Ш $ 900 [18].

i Baso

Corrections ¡n RTCM3 via WhR

'S

Position in ERB or NMEA format

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Corrections in RTCM3 via Telemetry injection

Autopilot

Reach

Corrections in RTCM3

Рисунок 10. Система RTK для беспилотных летательных аппаратов

Рисунок 11. RTK GPS-приёмник Piksi

Rugged Case

integrated Radio

Fi ksi

Micro SD Card Sockel Bluetooth

__lithium-Polymer Battery

Рисунок 12. RTK GPS-приёмник Piksi

Рисунок 14. Плата Reach RTK

Рисунок 13. RTK GPS-приёмник Piksi

Также известное решение — Reach RTK 19]. На разработанной, очень компактной 26 x 36 (мм) плате (рисунок 14) используется самый последний из приемников фирмы U-blox NEO-M8T[9]-GPS/TTOHACC приемник: 72 канала, частота до 18Hz, поддержка GPS/QZSS L1 С/ A, GLONASS L10F, BeiDou B1, SBAS L1 С/ A: WAAS, EGNOS, MSAS, Galileo-ready E1B/C. Для реализации технологии RTK используется процессор Intel Edison-dual-core 500MHz. Вывод информации возможен через I2C, UART, GPIO, TimeStamp, OTG USB, Bluetooth, Wi-Fi. Полный комплект Reach UAV RTK kit (цена US $ 1242.00) содержит следующие основные блоки: базовую станцию Reach RS+, приемник для ровера Reach M+, антенну Tallysman multi-GNSS antenna TW4721, радиомодуль для передачи поправок между приемниками Reach M+LoRa radio (рисунок 15). 6 Предлагаемые методы и подходы к решению задач исследований После рассмотрения наиболее актуальных, существующих на сегодняшний день решений можно сделать вывод, что готовые

/

Рисунок 15. Полный комплект Reach RTK

решения есть, но их стоимость велика — не менее ^ $ 1200 за полную систему RTK, и это препятствует широкому внедрению этой технологии в сельском хозяйстве. Причем для разработок может использоваться библиотека с открытым исходным кодом КГКЬГВ [10], сами приемники, на которых можно реализовать RTK, не сильно дороги, например, последний из приемников фирмы Ц-Ыох КЕО-М8Т — анонсированный в январе 2016 г. GPS/ГЛОНАСС-приемник при заказе из Китая Ш $ 78,99 [12], подходящая, рекомендуемая для КТК антенна и^ $ 75,00 [20].

Предлагаем создать бюджетную систему позиционирования, которая будет измерять местоположение сельскохозяйственной

техники с точностью до сантиметра, используя библиотеку RTKLib. Для реализации этой технологии необходимы два приемника GPS. Один приемник ставится на передвигающийся объект — ровер, другой — на неподвижной опоре (например, в поле или на здании). Каждый из них должен включать в себя:

— U-blox NEO-M8T — GPS/ГЛОНАСС-приемник — 72 канала, частота до 18 Hz, поддержка GPS/QZSS L1 С/ A, GLONASS L10F, BeiDou B1, SBAS L1 С/ A: WAAS,

EGNOS, MSAS, Galileo-ready E1B / C (рисунок 16). Эта наиболее подходящая для RTK-технологии последняя разработка фирмы U-Blox;

— радиомодем (для передачи дифференциальных поправок между базовой станцией и ровером);

— антенна для более качественного приёма сигнала, например рекомендуемая для RTK-технологии TW3440 фирмы Tallysman [13].

V

HF EnhjrKeiwertt

SAW II NA

NEO-M8T module

LW

Fr*eiiüf>aJ M Synlh«пег

ОС/DC Converter

¥

UBX-M8030

Г» HFFront-tnd 1 1--.

'"Li ____

BF front-End 2 (— J

5« (opt)onji)

TIM1. P Jl '[ i

_ txnwtp.l

¥

1ГГС Cfy»t*J

«Л

FLASH Utmsr,

Рисунок 16. Внутренняя структура навигационного приемника NEO-M8T

Необходимо разработать плату на базе NEO-M8T, где кроме него должна быть батарея резервного питания CR2032, EEPROM для сохранения текущих настроек, разъем для подключения антенны SMA. Модуль должен обеспечивать питанием подключаемую внешнюю антенну. «Сырые» данные в бинарном протоколе RTKLIB-u-blox будут выводиться для дальнейшей обработки в компьютер, планшет, смартфон через разъем, например miniUSB. Используя свободную Windows-версию RTKLIB, которая имеет графический интерфейс (GUI), можно получить точные данные, которые отображаются на экране. Если использовать планшет на Windows, то получим таким образом бюджетный курсоуказатель или навигатор для установки на сельхозтехнику. Также есть возможность создания бюджетного высокоточного GPS/ГЛОНАСС навигационного приемника, где обработка данных по технологии RTK происходит на самой плате с

использованием микроконтроллера. Такой приемник уже можно было бы использовать для реализации системы точного позиционирования беспилотных летательных аппаратов, колесных роботов, автономно двигающихся по точной траектории без участия оператора. Предлагаем добавить в исходную схему 32-разрядный ARM серии STM32F4 с FPU, написать для него программное обеспечение, используя RTKLIB. Появление и широкое распространение достаточно бюджетных 32-разрядных микроконтроллеров STM32 с ядром ARM Cortex-M4, которое отличается встроенными инструкциями для цифровой обработки сигналов Digital Signal Processing (DSP) и блоком операций для чисел с плавающей точкой Floating Point Unit (FPU), позволяет их использовать для нашей разработки. Причем, несмотря на большую вычислительную мощность и скорость работы, благодаря особенностям системы тактирования в микроконтроллерах ARM

удается значительно снизить энергопотребление. Особенно удобной для разработки прототипа устройства является плата STM32F4DISCOVERY [21] на базе микроконтроллера STM32F407VGT6 [22] (Cortex M4, 168МГц, flash 1Мб, RAM 192Кб). При этом для разработки программного обеспечения начинающим знакомство с семейством STM32 удобно использовать программу-генератор кодов инициализации CubeMX [23] от фирмы-изготовителя STMicror-lectronics для настройки (инициализации) ядра и периферии, подключения библиотек, генерации пустого проекта. После генерации проекта можно перенести его в популярную среду разработки Keil ^Vision [24]. Также недавно появилась интегрированная среда STM32Cube-IDE на базе Eclipse. Таким образом, можно относительно легко ознакомиться и начать работать с STM32, причем, как видим, средства разработки для STM32 быстро развиваются.

Вывод

В результате анализа имеющихся на рынке готовых решений для целей точного позици-

Список литературы

1. GPS // Википедия. URL: https:// ru.wikipedia.org/wiki/GPS (дата обращения: 25.07.2019).

2. Абдрахманов В.Х., Важдаев К.В., Салихов Р.Б. Разработка средств автоматизации с использованием WI-FI-модулей ESP8266 и LPWAN-технологий // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2017. Т. 13. № 4. С. 98-108.

3. Абдрахманов В.Х., Важдаев К.В., Салихов Р.Б. Исследование возможности применения информационно-измерительных технологий и интернета вещей в агропромышленном комплексе // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2017. Т. 13. № 2. С. 85-95.

4. Abdrakhmanov V.Kh., Salikhov R.B., Vazhdaev K.V. Development of a Sound Recognition System using STM32 Microcontrollers for Monitoring the State of Biological Objects // Actual Problems of Electronics Instrument Engineering (APEIE) — 2018: XIV International Scientific-Technical Conference.

онирования навигационных приемников и антенн, беспилотных летательных аппаратов, а также имеющего в свободном доступе программного обеспечения предлагается создать бюджетную систему позиционирования, которая будет измерять местоположение сельскохозяйственной техники с точностью до сантиметра, используя библиотеку RTKLib, а также создать точный курсоуказа-тель или агронавигатор.

Рассмотрена возможность создания высокоточного GPS/ГЛОНАСС навигационного приемника, где обработка данных по технологии RTK происходит на самой плате приемника с использованием микроконтроллера, сделан вывод о целесообразности использования 32-разрядных микроконтроллеров STM32 с ядром ARM Cortex-M4, а для разработки прототипа устройства — отладочной платы STM32F4DISCOVERY

Рассмотрены особенности разработки проектов на STM32 и выбор программного обеспечения для разработки.

Novosibirsk, Russia. 2018. Vol. 1. P. 170-173. DOI: 10.1109/APEIE.2018.8545278.

5. Использование GPS навигации в сельском хозяйстве // ГеоМетр Россия. URL: https://geometer-russia.ru/a213902-ispol-zovanie-gps-navigatsii.html (дата обращения: 25.07.2019).

6. GPS мониторинг в сельском хозяйстве и агрофирме // VIDIS. URL: http://www. gps-monitoring.com.ua/selskoe-xozaistvo.html (дата обращения: 26.07.2019).

7. Точное земледелие. Часть 1. Системы параллельного вождения // VIDIS. URL: http://www.gps-monitoring.com.ua/precision-farming-news-1.html (дата обращения: 20.07.2019).

8. Real Time Kinematic // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Real_Time_ Kinematic (дата обращения: 25.07.2019).

9. РусАгро-Л. URL: http://rusagro48.ru/ catalog.html?yclid=1052934474269494468#1 (дата обращения: 19.07.2019).

10. RTKLib — Сантиметровая точность GPS/ГЛОНАСС в пост-обработке // Habr.

URL: https://sohabr.net/habr/post/244475/ (дата обращения: 25.07.2019).

11. Research and Development of Precise Positioning Technology by Global Navigation Satellite System. URL: http://gpspp.sakura.ne. jp (дата обращения: 25.07.2019).

12. U-Blox NEO-M8T // Ebay. URL: https:// www. ebay. com/itm/1pcs-NE0-M8T-0-10-U-BL0X-M0DULE-GPS-GL0NASS/32307908 5934?hash=item4b39039f6e:g:XBMAA0SwX MBahts7 (дата обращения: 24.07.2019).

13. Навигационные модули «Навтелеком» // Навтелеком. URL: https://navtelecom.ru/28-testovaya/190-navigatsionnye-moduli (дата обращения: 24.07.2019).

14. NV08C-CSM // NVS Навигационные технологии. URL: http://nvs-gnss.ru/products/ modules/item/2-nv08c-csm.html (дата обращения: 25.07.2019).

15. NV08C-RTK // NVS Навигационные технологии. URL: http://nvs-gnss.ru/products/ modules/item/76-nv08c-rtk.html (дата обращения: 22.07.2019).

16. NV08C-RTK // AliExpress. URL: https:// ru.aliexpress.com/item/Nv08c-rtk-a-GPS/32854 202982.html (дата обращения: 15.07.2019).

17. Tallysman. URL: http://www.tallysman. com (дата обращения: 16.07.2019).

18. Piksi: RTK GPS Receiver // Kickstarter. URL: https://www.kickstarter.com/projects/ swiftnav/piksi-the-rtk-gps-receiver?token=-398b4977 (дата обращения: 19.07.2019).

19. Reach: First Affordable RTK GPS Receiver // IDIEG0G0. URL: https://www. indiegogo.com/projects/reach-first-affordable-rtk-gps-receiver#/ (дата обращения: 19.07.2019).

20. SANAV-TA-200-GPS-Antenna-Repla-cement-for-Tallysman-TW3030 // Ebay. URL: https://www. ebay. com/itm/SANAV-TA-200-GPS-Antenna-replacement-for-Tallysman-TW3 030/264230203450?hash=item3d8558f03a:g:m nMAA0xy0NtTDiJh (дата обращения: 27.07.2019).

21. STM32F407VG // STMicroelectronics. URL: http://www.st.com/en/microcontrollers/ stm32f407vg.html (дата обращения: 25.07.2019).

22. STM32F4DISC0VERY // STMicroelectronics. URL: http://www.st.com/en/ evaluation-tools/stm32f4discovery.html (дата обращения: 25.07.2019).

23. STM32CubeMX // STMicroelectronics. URL: http://www.st.com/en/development-tools/ stm32cubemx.html (дата обращения: 23.07.2019).

24. ^Vision IDE // Arm Keil. URL: http:// www2.keil.com/mdk5/uvision (дата обращения: 24.07.2019).

References

1. GPS. Vikipediya. Available at: https:// ru.wikipedia.org/wiki/GPS (accessed 25.07.2019). [in Russian].

2. Abdrakhmanov V.Kh., Vazhdaev K.V., Salikhov R.B. Razrabotka sredstv avtomatizatsii s ispol'zovaniem WI-FI-modulei ESP8266 i LPWAN-tekhnologii [Development of Automation Facilities using Wi-Fi Modules Esp8266 and LPWAN Technologies]. Elektrotekhni-cheskie i informatsionnye kompleksy i sis-temy — Electrical and Data Processing Facilities and Systems, 2017, Vol. 13, No. 4, pp. 98-108. [in Russian].

3. Abdrakhmanov V.Kh., Vazhdaev K.V., Salikhov R.B. Issledovanie vozmozhnosti primeneniya informatsionno-izmeritel'nykh tekhnologii i interneta veshchei v agropro-myshlennom komplekse [Study of the Possibility of Application of Information-Measuring Technologies and the Internet of Things in the Agro-Industrial Complex]. Elektrotekhnicheskie i informatsionnye kompleksy i sistemy — Electrical and Data Processing Facilities and Systems, 2017, Vol. 13. No. 2. pp. 85-95. [in Russian].

4. Abdrakhmanov V.Kh., Salikhov R.B., Vazhdaev K. V. Development of a Sound Recognition System Using STM32 Microcontrollers for Monitoring the State of Biological Objects. XIV International Scientific-Technical Conference «Actual Problems of Electronics Instrument Engineering (APEIE) — 2018». Novosibirsk, Russia, 2018, Vol. 1, pp. 170-173. DOI: 10.1109/APEIE.2018.8545278.

5. Ispol'zovanie GPS navigatsii v sel'skom khozyaistve [Use of GPS Navigation in Agriculture]. GeoMetr Rossiya. Available at: https://geometer-russia.ru/a213902-ispol-zovanie-gps-navigatsii.html (accessed 25.07.2019). [in Russian].

6. GPS monitoring v sel'skom khozyaistve i agrofirme [GPS Monitoring in Agriculture and Agrofirm]. VIDIS. Available at: http://www.

МЕТРОЛОГИЯ и ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

gps-monitoring.com.ua/selskoe-xozaistvo.html (accessed 26.07.2019). [in Russian].

7. Tochnoe zemledelie. Chast' 1. Sistemy parallel'nogo vozhdeniya [Precision Farming. Part 1. Parallel Driving Systems]. VIDIS. Available at: http://www.gps-monitoring.com. ua/precision-farming-news-l.html (accessed 20.07.2019). [in Russian].

8. Real Time Kinematic. Vikipediya. Available at: https://ru.wikipedia.org/wiki/Real_ Time_Kinematic (accessed 25.07.2019).

9. RusAgro-L. Available at: http:// rusagro48.ru/catalog.html?yclid=10529344 74269494468#1 (accessed 19.07.2019). [in Russian].

10. RTKLib — Santimetrovaya tochnost' GPS/GLONASS v post-obrabotke [RTKLib-Centimeter Precision GPS / GLONASS in PostProcessing]. Habr. Available at: https://sohabr. net/habr/post/244475 (accessed 25.07.2019). [in Russian].

11. Research and Development of Precise Positioning Technology by Global Navigation Satellite System. Available at: http://gpspp. sakura.ne.jp (accessed 25.07.2019).

12. U-Blox NEO-M8T. Ebay. Available at: https://www.ebay.com/itm/1pcs-NE0-M8T-0-10-U-BL0X-M0DULE-GPS-GL0NASS/3230 79085934?hash=item4b39039f6e:g:XBMAA0 SwXMBahts7 (accessed 24.07.2019). [in Russian].

13. Navigatsionnye moduli «Navtelekom». Navtelekom. URL: https://navtelecom.ru/28-testovaya/190-navigatsionnye-moduli (accessed 24.07.2019). [in Russian].

14. NV08C-CSM. NVS Navigatsionnye tekhnologii. Available at: http://nvs-gnss.ru/ products/modules/item/2-nv08c-csm.html (accessed 25.07.2019). [in Russian].

15. NV08C-RTK. NVS Navigatsionnye tekhnologii. Available at: http://nvs-gnss.ru/

products/modules/item/76-nv08c-rtk.html (accessed 22.07.2019). [in Russian].

16. NV08C-RTK. AliExpress. Available at: https://ru.aliexpress.com/item/Nv08c-rtk-a-GPS/32854202982.html (accessed 15.07.2019). [in Russian].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

17. Tallysman. Available at: http://www. tallysman.com/ (accessed 16.07.2019).

18. Piksi: RTK GPS Receiver. Kickstarter. Available at: https://www.kickstarter.com/ projects/swiftnav/piksi-the-rtk-gps-receiver? token=398b4977 (accessed 19.07.2019).

19. Reach: First Affordable RTK GPS Receiver. IDIEG0G0. Available at: https:// www.indiegogo.com/projects/reach-first-affordable-rtk-gps-receiver#/ (accessed 19.07.2019).

20. SANAV-TA-200-GPS-Antenna-Repla-cement-for-Tallysman-TW3030 // Ebay. URL: https://www.ebay.com/itm/SANAV-TA-200-GPS-Antenna-replacement-for-Tallysman-TW3 030/264230203450?hash=item3d8558f03a:g:m nMAA0xy0NtTDiJh (accessed 27.07.2019).

21. STM32F407VG. High-Performance Foundation Line, ARM Cortex-M4 Core with DSP and FPU, 1 Mbyte Flash, 168 MHz CPU, ART Accelerator, Ethernet, FSMC. STMicro-electronics. Available at: http://www.st.com/en/ microcontrollers/stm32f407vg.html (accessed 25.07.2019).

22. STM32F4DISC0VERY. STMicro-electronics. Available at: http://www.st.com/en/ evaluation-tools/stm32f4discovery.html (accessed 25.07.2019).

23. STM32CubeMX. STMicroelectronics. Available at: http://www.st.com/en/deve-lopment-tools/stm32cubemx.html (accessed 23.07.2019).

24. ^Vision IDE. Arm Keil. Available at: http://www2.keil.com/mdk5/uvision (accessed 24.07.2019).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.