Transcript Informatique Industrielle
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Informatique Industrielle
Formation CESI
Ingénieur Génie Électrique
Présentation 3/3
Patrick MONASSIER
Année 2009
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La façon dont va se dérouler le cours
C’est un cours magistral illustré par des exemples de problématiques industrielles exprimées à
l’aide de plusieurs mises en applications vécues. Ces exemples permettent d’introduire des
parties de cours théoriques sur la programmation des systèmes informatique industriels et
de présenter des applications ayant trouvé des prolongements pratiques dans des
domaines variés.
1.
2.
3.
Introduction sur l’informatique industrielle
Application de sécurité d’anticollision sur grues
Supervisions et IHM en lien avec des robots industriels
4.
Systèmes embarqués pour le transport routier (GPS, WIFI, GPRS)
Ces exemples sont issus de cas réels développés et mis en œuvre par l’intervenant
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Module Informatique Industrielle
(3/3)
4 Systèmes embarqués pour le transport routier (GPS, WIFI, GPRS)
Les architectures de communication et de géolocalisation GPS/GPRS.
· Les liens entre le microprocesseur et les périphériques de communication
· Les principes de programmation et l’ordonnancement des actions, les priorités et le
traitement des évènements dans le temps.
· La labellisation de projets dans le cadre des Pôles de Compétitivité et des financements
OSEO.
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Partie 3 – Systèmes embarqués
Systèmes embarqués pour le
transport routier
GPS, WIFI, GPRS
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Organisation de la carte électronique
http://www.sagem-communications.com (modules GSM)
http://www.u-blox.com
Module GPS
Module GPRS
uBlox LEA 5S
Sagem HiLo
Liaison série
Trames NMEA
http://www.lairdtech.com
Liaison série
Liaison série
Microprocesseur
Module Wifi
WISMC01BI 802.11b/g
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Global Positioning System ou GPS
Géo-Positionnement par Satellite, est le principal système de positionnement par
satellites mondial actuel de plus il est actuellement le seul à être entièrement
opérationnel.
Les signaux de positionnement sont transmis par satellites. Une personne munie
d‘un récepteur peut se localiser et s'orienter sur terre, sur mer, dans l'air ou dans
l'espace au voisinage de la Terre.
http://www.gpspassion.com
Tout comme les anciens marins navigateurs et il n'y a pas si longtemps encore les aviateurs navigateurs faisaient
le point au sextant, avec des calculs très compliqués et a l'horloge de précision pour se situer en tout point sur
terre, mer ou dans les air, les navigateurs modernes font toujours le point avec leur récepteur GPS, mais utilisent
la puissance des calculateurs intégrés dans les micro-processeurs de ceux-ci.
Le moment précis ou la position est affichée et acquise s'apelle "le FIX" dans le jargon gps-iste.
Pour en arriver là, il y a en amont, tout un sytème déployé depuis les satellites de positionnement global, jusqu'à
l'écran ou l'imprimante, en passant par les stations à terre chargées de contrôler la course des satellites, de
coordonner les temps et les horloges ultra-précises embarquées, de vérfier les abaques, les almanachs et les
éphémérides, et le récepteur GPS qui va recevoir tous les signaux de données, les analyser, les intègrer pour
calculer LA POSITION - LE FIX, qu'il va transmettre sous forme de trames de données au standard NMEA via
son port de sortie à chaque seconde.
En bout de ligne, un logiciel de traitement de données et plus généralement un logiciel de navigation , va
déconcanténiser les trames NMEA significatives et en extraires les informations pour les présenter à l'affichage
soit sur imprimante soit sur écran sous forme de coordonnées et de données supplémentaires.
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Global Positioning System ou GPS
Le GPS est basé sur une constellation de 24 satellites au minimum en orbites. La position de chaque satellite est
précisément connue à tout moment. En continu et 24h sur 24, les satellites émettent des signaux incorporant l'heure
précise, sur deux fréquences UHF de la bande L, L1 à 1575.42Mhz et L2 à 1227.6MHz.
Une horloge atomique est utilisée à bord des satellites. Cette horloge est basée sur un compteur de cycles qui va
compter 9192631770 cycles pendant une seconde. Ce nombre est exactement la fréquence de la vibration qui fait
passer l'atome de Césium 133 du niveau f3 au niveau f4. C'est dire la précision de cette référence de temps.
Le satellite êmet des signaux codés qui comprennent, ses éphémérides (données qui permettent de calculer sa
trajectoire et sa position dans le ciel), son almanach (dâtes de mise à jour et validité des informations) et surtout
l'heure. Tout récepteur satellite doit avoir téléchargé ces informations, ce qui prend 18 secondes dans le cas des
éphémérides dans des conditions optimales.
Les signaux sont captés à vue par l'antenne incorporée (ou déportée) du récepteur GPS, qui compare alors les
codes horaires avec les siens propres, pour chronométrer le temps mis par le signal, pour atteindre le récepteur. Le
temps ainsi obtenu est multiplié par la vitesse de la lumière (299 792.5 km/s) et le déphasage indique par calcul, la
distance entre le satellite et le récepteur. Ce qui détermine un cercle de géolocalisation sur la sphère terrestre.
Avec les signaux de trois satellites différents, par triangulation des trois cercles on obtient la position. Si les horloges
des satellites et du récepteur sont synchrones, la précision est meilleure. Les signaux d'un quatrième satellite sont
nécessaires pour lever l'incertitude de position (élimination du point d'incertitude) et donner la position en 3D
(altitude).
Par calcul sur la variation des signaux et l'intégration des informations qui en découlent, le microprocesseur du GPS
peut fournir d'autres données telles que, vitesse du déplacement, cap vrai du déplacement, variation positive ou
négative en pourcentage de l'altidute, correction de l'altitude par calcul avec les données de la géoïde du lieu.
D'autres calcul, seront faits par la suite dans le logiciel d'intégration et de visualisation des données tel qu'un logiciel
de Navigation.
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Global Positioning System ou GPS
Il est important de signaler, que la déviation ou la reflexion du trajet des ondes electromagnétiques dans les couches
de la troposphère, de la ionosphère et des couches denses de l'athmosphère, n'affectent que le temps mis par le
signal pour parvenir du satellite au récepteur GPS, et ce d'une valeur négligeable, qui n'a aucune influence dans le
temps d'acquisition et du FIX.
On ne considérera donc que les obstacles qui interromptent physiquement le trajet de l'onde et coupent le signal.
• Obstacles naturels : Montagnes, cavernes, grottes, passage étroit, routes de montagne, etc.
• Obstacles artificiels : Murs, immeubles élevés, canyon urbain, ponts (en dessous), tunnels, etc.
• Obstacles occasionnels : Circulation en file entre des poids-lourds.
• Cages de Faraday : A l'intérieur d'un volume en métal (voiture; habitacle, coffre), d'une pièce en béton armé,
d'un immeuble, d'une structure métallique, etc
• Pares brises athermiques :
• Zones de multi-réflexion ou de rebond des ondes.
• Phénomènes athmosphériques : Cumulo-nimbus.
• Phénomènes de propagation, brouillage radio.
Il existe d’autres systèmes de positionnement par satellite opérationnels, sans atteindre cependant la couverture ou
la précision du GPS :
GLONASS est le système russe, qui n'est pas pleinement opérationnel
Beidou est le système de positionnement créé par la République populaire de Chine, opérationnel uniquement sur le
territoire chinois et régions limitrophes (il utilise des satellites géostationnaires, au nombre de quatre actuellement)
L'Inde prépare également son système de positionnement
Enfin il y a Galileo qui est le système civil de l'Union européenne en cours de test depuis 2004. À terme, il est
destiné à être au moins équivalent au GPS en termes de couverture et de précision.
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Global Positioning System ou GPS
NOTATIONS DES COORDONNEES dans le Système GPS International - WGS84
WGS 84 (World Geodetic System 1984 : Système géodésique mondial, révision de 1984) est le système géodésique associé au GPS
il s'est rapidement imposé comme une référence "standard" pour la cartographie.
On a choisi le DEGRE comme unité de mesure des coordonnées symbole ( ° ).
Les sous-multiples du degré sont: la minute ( ' ) et la seconde ( " ) - Il y a 60' dans 1° et 60" dans 1' - soit
3600" dans 1°.
On peut aussi utiliser la division décimale ou centésimale (base 10) du degré.
Exemple: 1 degré 15 minutes ( 1° 15' ) est identique à 1,25 degré (1 degré 25 centièmes) tout comme 1 heure
15 minutes = 1,25 heures = 1 heure et un quart.
REMARQUE IMPORTANTE: Le système de notation des unités de mesures en FRANCE est basé sur la VIRGULE décimale. La
plupart des autres pays utilise le POINT décimal, parce que les programmes informatiques de fonctions arithmétiques sont conçus
pour le point décimal.
Notations utilisées :
Degrés-Minutes-Secondes - DMS - E 26°42'54’’ - Précision ~30,8 mètres à l'équateur
Degrés-Décimaux - D.d - W-4.5678343° - Précision jusqu'au millimètre.
Degrés-Minutes décimales - DM.d -42°35.865'
Degrés-Minutes-Secondes décimales - DMS.d E 126°45'23.123 - Avec 3 décimales de secondes, ~3 centimètres.
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GPS - Les trames NMEA
National Marine Electronics Association - http://www.nmea.org/
NMEA - National Marine & Electronics Association, est une Association à but non lucratif
fondée par un groupement de professionnels de l'industrie de l'électronique des périphériques
marine. Leur but entre autre, harmoniser et standardiser les équipements de la marine.
NMEA est à l'origine de nombreux standards et en particulier du Standard NMEA-0183 GPS. La dernière version est la
NMEA-2000 qui diffère peu au niveau des trames mais permet le support physique réseau CAN.
Sous ce standard, toutes les données sont transmises sous la forme trames codées en caractères ASCII (sentences,
phrases). Il y a une transmission de toutes les trames en paquet, toutes les secondes d'horloge interne du GPS soit
une fréquence de 1Hz.
Chaque trame commence par le caractère $ - Suivi par un groupe de 2 lettres pour l'identifiant du récepteur, par
exemple: GP pour Global Positioning System. Pour certains fabricants propriétaires comme par exemple : Garmin,
l'indication P pour propriétaire est suivie du code 3 lettres du fabricant garmin = $PGRM, puis ensuite l'identifiant de
trame et le format des données sont libres pour ce fabriquant.
Puis un groupe de 3 lettres pour l'indentifiant de la trame.
GGA : pour GPS Fix et Date. - GLL : pour Positionnement Géographique Longitude-Latitude. - GSA : pour DOP et
satellites actifs. - GSV : pour Satellites visibles. - VTG : pour Direction (cap) et vitesse de déplacement (en noeuds et
Km/h). - RMC: pour données minimales exploitables spécifiques….
Suivent ensuite un certain nombre de champs (fields) séparés par une "virgule". Le rôle de la virgule est d'être le
séparateur de champs, qui permet la déconcaténation des données dans le programme de traitement des données,
calculateur, navigateur.
Et enfin un champs optionnel dit checksum précédé du signe * , qui représente le OR exclusif de tous les caractères
compris entre $ et * (sauf les bornes $ et *), certaines trames exigent le checksum. Suit la fermeture de la séquence
avec un [CR][LF].Il y a un total de 82 caractères maximum pour une trame.
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GPS - Les trames NMEA – quelques exemples de trames NMEA
Données d'acquisition du FIX – GPS – Trame GGA
$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.324,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M, , *42
123519 = Acquisition du FIX à 12:35:19 UTC / 4807.038,N = Latitude 48°07.038' N / 01131.324,E = Longitude 11°31.324' E
1 = Fix qualification : (0 = non valide, 1 = Fix GPS, 2 = Fix DGPS) / 08 = Nombre de satellites en pousuite.
0.9 = DOP (Horizontal dilution of position) Dilution horizontale. / 545.4,M = Altitude, en Metres, au dessus du MSL (mean see level) niveau
moyen des Océans. / 46.9,M = Correction de la hauteur de la géoïde en Metres par raport à l'ellipsoîde WGS84 (MSL).
(Champ vide) = nombre de secondes écoulées depuis la dernière mise à jour DGPS. / (Champ vide) = Identification de la station DGPS.
*42 = Checksum / Non représentés CR et LF.
Position Géographique - Longitude / Latitude – GPS - Trame GLL
$GPGLL,4916.45,N,12311.12,W,225444,A
4916.46,N = Latitude 49°6.45' Nord. / 12311.12,W = Longitude 123°11.12' West (ouest) / 225444 = Acquisition du Fix à 22:54:44 UTC
A = Données valides / Pas de checksum / Non représentés CR et LF
Satellites en vue – GPS – Trame GSV
$GPGSV,2,1,08,01,40,083,46,02,17,308,41,12,07,344,39,14,22,228,45*75
2 = Nombre de trames GSV avec les données complètes.
1 = Trame 1 de 2 trames (jusqu'à 3 trames) / 08 = Nombre de satellites visibles (SV). / 01 = N° d'identification du 1er Satellite.
40 = Elevation en degrés du 1er Satellite. / 083 = Azimuth en degrés du 1er Satellite. / 46 = Force du signal du 1er Satellite (Plus
grand=meilleur)
Cap (direction) et vitesse sol GPS – Trame VTG
$GPVTG,054.7,T,034.4,M,005.5,N,010.2,K
054.7,T = cap réel en Degrés , T (True track made good) / 034.4,M = cap vrai magnétique en Degrés (Magnetic track made good)
005.5,N = Vitesse du déplacement par rapport au sol en Noeuds (N) / 010.2,K = Vitesse du déplacement par rapport au sol en Kilomètres
heure. (K) / non représentés CR et LF
Données minimales recommandées de spécification GPS – Trame RMC
$GPRMC,225446,A,4916.45,N,12311.12,W,000.5,054.7,191194,020.3,E*68
225446 = Heure du Fix 22:54:46 UTC / A = Alerte du logigiel de navigation ( A = OK, V = warning (alerte)
4916.45,N = Latitude 49°16.45' North / 12311.12,W = Longitude 123°11.12' West / 000.5 = vitesse sol, Knots
054.7 = cap (vrai) / 191194 = Date du fix 19 Novembre 1994 /020.3,E = Déclinaison Magnetique 20.3 deg Est
*68 = checksum obligatoire / Non représentés CR et LF
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GPRS – Les principes
Le General Packet Radio Service ou GPRS est une norme pour la téléphonie mobile dérivée du GSM permettant
un débit de données plus élevé. On le qualifie souvent de 2,5G. Le G est l'abréviation de génération et le 2,5 indique
que c'est une technologie à mi-chemin entre le GSM (2e génération) et l'UMTS (3e génération).
Le GPRS est une extension du protocole GSM : il ajoute par rapport à ce dernier la transmission par paquets.
Cette méthode est plus adaptée à la transmission des données. En effet, les ressources ne sont allouées que
lorsque des données sont échangées, contrairement au mode « circuit » en GSM où un circuit est établi – et les
ressources associées – pour toute la durée de la communication.
Le GPRS permet de fournir une connectivité IP constamment disponible à une station mobile (MS), mais les
ressources radio sont allouées uniquement quand des données doivent être transférées, ce qui permet une
économie de la ressource radio. Les utilisateurs ont donc un accès bon marché, et les opérateurs économisent la
ressource radio. De plus, aucun délai de numérotation n'est nécessaire.
Le GPRS introduit lui de nouveaux équipements. La connexion GPRS suit le cheminement suivant :
MS -> BTS -> BSC -> SGSN -> Backbone GPRS (Réseau IP) -> GGSN -> Internet.
Mobile Station (MS) ou Station Mobile est un terme qui désigne un élément de base du système cellulaire de
téléphonie mobile GSM.
Une carte SIM représentant l'abonnement souscrit et contient des paramètres clé le concernant.
La BTS ou Base Transceiver Station est un élément de base du système cellulaire de téléphonie mobile GSM,
appelé plus communément antenne-relais GSM.
BSC, ou Base Station Controller (en français, Contrôleur de Station de base) est l'un des éléments du réseau
GSM. Son rôle est de commander un certain nombre de BTS (jusqu'à plusieurs centaines). À leur tour, plusieurs
BSC sont reliées à la hiérarchie supérieure du réseau mobile, le Mobile service Switching Center (MSC).
BTS ou Base Transceiver Station
Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est une passerelle permettant l'acheminement des données dans les réseaux mobiles GPRS. Il
gère l'interface avec le réseau de paquets externe (e.g. IP) via une autre passerelle, le GGSN (Gateway GPRS Support Node) pour les
appels sortants (chaque GGSN est identifié par l'Acces Point Name fournie dans la demande d'activation du mobile) et vers la station mobile
pour les appels entrants. Il maintient les informations identifiant l'abonné et les services utilisés. Il contrôle la localisation du mobile sur une «
Routing Area ».
Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle d’interconnexion entre le réseau paquet mobile (GPRS ou UMTS) et les
réseaux IP externes.
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GPRS – Les principes
MS Mobile Station
BTS Base Transceiver Station
BSCBase Station Controller
SGSN Serving GPRS Support Node
GGSN Gateway GPRS Support Node
Quelques indications de tarifs
• Abonnement : 3€ / mois
• Transferts : 1€ / 1Mo / mois
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GPRS – Les commandes AT
Exemple de commande AT
HOW TO USE FTP SPECIFIC COMMANDS
A propos des modules M2M
Les modules M2M (machine to
machine) permettent la
communication entre machines via
des
réseaux sans fil et sans aucune
intervention humaine. Ainsi les
machines deviennent
intelligentes.
On trouve aujourd’hui des modules
M2M dans des terminaux de
paiement ou des systèmes
d’alarme par exemple.
Cette technologie rend également
possible la gestion à distance d’un
parc de machines. Cela
peut être le cas des flottes de
voitures de location ou toucher des
domaines aussi variés que la
sécurité, la santé, l’environnement,
les équipements de bureau…
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WIFI industriel Embarqué
Le module incorpore la pile TCP/IP et est compatible 802.11b/g. On
dialogue avec le module via une liaison série RS232.
Une application est flashée sur le module permettant d’y intégrer des commandes
Personnalisées (firmware)
RS232
Antenne
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Wifi – Exemples de commandes
localip num ip mask gateway primaryDNS secondaryDNS domain
Synopsis: Sets the static IP addresses of the specified AP. If no static IP addresses are
specified for a particular AP, then it is assumed that DHCP will be used.
Parameters: All IP addresses are entered in the xxx.yyy.zzz.aaa format.
· num: AP number to be modified. Up to 3 APs can be added, so this number is in the .
range 1-3.
· ip: specifies the static IP address for the unit
· mask: Specifies the subnet mask.
· gateway: specifies the gateway IP address
· primaryDNS: IP address of the primary DNS server
· secondaryDNS: IP address of the secondary DNS server.
· domain: Domain name.
addap num ssid dhcp auth key
Synopsis: Adds another access point to the system.
Parameters:
· num: AP number to be added. Up to 3 APs can be added, so this number is in the range 1-3.
· ssid: ssid of the access point in quotes.
· dhcp: 0 indicates that DHCP is disabled, 1 indicates that DHCP is enabled. If DHCP is
disabled, the static IP address must be supplied using the localip command.
· auth: flag indicating the type of authentication according to the following table:
auth Authentication type
0 No encryption - 1 WEP / open authentication - 2 WEP / shared key authentication - 3 WPA Personal - 4 Reserved - 5 WPA 2 Personal - 6 Reserved
· key: Encryption key for the AP in quotes. If the AP does not use encryption then this parameter is omitted.
Example:
The following example sets up an access point with DHCP enabled, open authentication and 128 bit WEP encryption.
addap 1 “Ezurio Wi-Fi” 1 1 “1234567890abcedffedcba9876”
The following example sets up an access point with DHCP disabled, WPA Personal security and a passphrase to generate the key:
addap 2 “Ezurio 2” 0 3 “The rain in Spain falls mainly on the plain”
Returns: OK, ERROR
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Discussion
Vision des aspects réactifs du système dans une application
de géolocalisation temps réel GPRS ou différée par Wifi
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Informatique Industrielle
Formation CESI
Ingénieur Génie Électrique
Fin de la Partie 4
« Systèmes embarqués »
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Informatique Industrielle
Formation CESI
Ingénieur Génie Électrique
Présentation 3/3
Patrick MONASSIER
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La façon dont va se dérouler le cours
C’est un cours magistral illustré par des exemples de problématiques industrielles exprimées à
l’aide de plusieurs mises en applications vécues. Ces exemples permettent d’introduire des
parties de cours théoriques sur la programmation des systèmes informatique industriels et
de présenter des applications ayant trouvé des prolongements pratiques dans des
domaines variés.
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Introduction sur l’informatique industrielle
Application de sécurité d’anticollision sur grues
Supervisions et IHM en lien avec des robots industriels
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Systèmes embarqués pour le transport routier (GPS, WIFI, GPRS)
Ces exemples sont issus de cas réels développés et mis en œuvre par l’intervenant
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Module Informatique Industrielle
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4 Systèmes embarqués pour le transport routier (GPS, WIFI, GPRS)
Les architectures de communication et de géolocalisation GPS/GPRS.
· Les liens entre le microprocesseur et les périphériques de communication
· Les principes de programmation et l’ordonnancement des actions, les priorités et le
traitement des évènements dans le temps.
· La labellisation de projets dans le cadre des Pôles de Compétitivité et des financements
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Partie 3 – Systèmes embarqués
Systèmes embarqués pour le
transport routier
GPS, WIFI, GPRS
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Organisation de la carte électronique
http://www.sagem-communications.com (modules GSM)
http://www.u-blox.com
Module GPS
Module GPRS
uBlox LEA 5S
Sagem HiLo
Liaison série
Trames NMEA
http://www.lairdtech.com
Liaison série
Liaison série
Microprocesseur
Module Wifi
WISMC01BI 802.11b/g
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Global Positioning System ou GPS
Géo-Positionnement par Satellite, est le principal système de positionnement par
satellites mondial actuel de plus il est actuellement le seul à être entièrement
opérationnel.
Les signaux de positionnement sont transmis par satellites. Une personne munie
d‘un récepteur peut se localiser et s'orienter sur terre, sur mer, dans l'air ou dans
l'espace au voisinage de la Terre.
http://www.gpspassion.com
Tout comme les anciens marins navigateurs et il n'y a pas si longtemps encore les aviateurs navigateurs faisaient
le point au sextant, avec des calculs très compliqués et a l'horloge de précision pour se situer en tout point sur
terre, mer ou dans les air, les navigateurs modernes font toujours le point avec leur récepteur GPS, mais utilisent
la puissance des calculateurs intégrés dans les micro-processeurs de ceux-ci.
Le moment précis ou la position est affichée et acquise s'apelle "le FIX" dans le jargon gps-iste.
Pour en arriver là, il y a en amont, tout un sytème déployé depuis les satellites de positionnement global, jusqu'à
l'écran ou l'imprimante, en passant par les stations à terre chargées de contrôler la course des satellites, de
coordonner les temps et les horloges ultra-précises embarquées, de vérfier les abaques, les almanachs et les
éphémérides, et le récepteur GPS qui va recevoir tous les signaux de données, les analyser, les intègrer pour
calculer LA POSITION - LE FIX, qu'il va transmettre sous forme de trames de données au standard NMEA via
son port de sortie à chaque seconde.
En bout de ligne, un logiciel de traitement de données et plus généralement un logiciel de navigation , va
déconcanténiser les trames NMEA significatives et en extraires les informations pour les présenter à l'affichage
soit sur imprimante soit sur écran sous forme de coordonnées et de données supplémentaires.
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Global Positioning System ou GPS
Le GPS est basé sur une constellation de 24 satellites au minimum en orbites. La position de chaque satellite est
précisément connue à tout moment. En continu et 24h sur 24, les satellites émettent des signaux incorporant l'heure
précise, sur deux fréquences UHF de la bande L, L1 à 1575.42Mhz et L2 à 1227.6MHz.
Une horloge atomique est utilisée à bord des satellites. Cette horloge est basée sur un compteur de cycles qui va
compter 9192631770 cycles pendant une seconde. Ce nombre est exactement la fréquence de la vibration qui fait
passer l'atome de Césium 133 du niveau f3 au niveau f4. C'est dire la précision de cette référence de temps.
Le satellite êmet des signaux codés qui comprennent, ses éphémérides (données qui permettent de calculer sa
trajectoire et sa position dans le ciel), son almanach (dâtes de mise à jour et validité des informations) et surtout
l'heure. Tout récepteur satellite doit avoir téléchargé ces informations, ce qui prend 18 secondes dans le cas des
éphémérides dans des conditions optimales.
Les signaux sont captés à vue par l'antenne incorporée (ou déportée) du récepteur GPS, qui compare alors les
codes horaires avec les siens propres, pour chronométrer le temps mis par le signal, pour atteindre le récepteur. Le
temps ainsi obtenu est multiplié par la vitesse de la lumière (299 792.5 km/s) et le déphasage indique par calcul, la
distance entre le satellite et le récepteur. Ce qui détermine un cercle de géolocalisation sur la sphère terrestre.
Avec les signaux de trois satellites différents, par triangulation des trois cercles on obtient la position. Si les horloges
des satellites et du récepteur sont synchrones, la précision est meilleure. Les signaux d'un quatrième satellite sont
nécessaires pour lever l'incertitude de position (élimination du point d'incertitude) et donner la position en 3D
(altitude).
Par calcul sur la variation des signaux et l'intégration des informations qui en découlent, le microprocesseur du GPS
peut fournir d'autres données telles que, vitesse du déplacement, cap vrai du déplacement, variation positive ou
négative en pourcentage de l'altidute, correction de l'altitude par calcul avec les données de la géoïde du lieu.
D'autres calcul, seront faits par la suite dans le logiciel d'intégration et de visualisation des données tel qu'un logiciel
de Navigation.
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Global Positioning System ou GPS
Il est important de signaler, que la déviation ou la reflexion du trajet des ondes electromagnétiques dans les couches
de la troposphère, de la ionosphère et des couches denses de l'athmosphère, n'affectent que le temps mis par le
signal pour parvenir du satellite au récepteur GPS, et ce d'une valeur négligeable, qui n'a aucune influence dans le
temps d'acquisition et du FIX.
On ne considérera donc que les obstacles qui interromptent physiquement le trajet de l'onde et coupent le signal.
• Obstacles naturels : Montagnes, cavernes, grottes, passage étroit, routes de montagne, etc.
• Obstacles artificiels : Murs, immeubles élevés, canyon urbain, ponts (en dessous), tunnels, etc.
• Obstacles occasionnels : Circulation en file entre des poids-lourds.
• Cages de Faraday : A l'intérieur d'un volume en métal (voiture; habitacle, coffre), d'une pièce en béton armé,
d'un immeuble, d'une structure métallique, etc
• Pares brises athermiques :
• Zones de multi-réflexion ou de rebond des ondes.
• Phénomènes athmosphériques : Cumulo-nimbus.
• Phénomènes de propagation, brouillage radio.
Il existe d’autres systèmes de positionnement par satellite opérationnels, sans atteindre cependant la couverture ou
la précision du GPS :
GLONASS est le système russe, qui n'est pas pleinement opérationnel
Beidou est le système de positionnement créé par la République populaire de Chine, opérationnel uniquement sur le
territoire chinois et régions limitrophes (il utilise des satellites géostationnaires, au nombre de quatre actuellement)
L'Inde prépare également son système de positionnement
Enfin il y a Galileo qui est le système civil de l'Union européenne en cours de test depuis 2004. À terme, il est
destiné à être au moins équivalent au GPS en termes de couverture et de précision.
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Global Positioning System ou GPS
NOTATIONS DES COORDONNEES dans le Système GPS International - WGS84
WGS 84 (World Geodetic System 1984 : Système géodésique mondial, révision de 1984) est le système géodésique associé au GPS
il s'est rapidement imposé comme une référence "standard" pour la cartographie.
On a choisi le DEGRE comme unité de mesure des coordonnées symbole ( ° ).
Les sous-multiples du degré sont: la minute ( ' ) et la seconde ( " ) - Il y a 60' dans 1° et 60" dans 1' - soit
3600" dans 1°.
On peut aussi utiliser la division décimale ou centésimale (base 10) du degré.
Exemple: 1 degré 15 minutes ( 1° 15' ) est identique à 1,25 degré (1 degré 25 centièmes) tout comme 1 heure
15 minutes = 1,25 heures = 1 heure et un quart.
REMARQUE IMPORTANTE: Le système de notation des unités de mesures en FRANCE est basé sur la VIRGULE décimale. La
plupart des autres pays utilise le POINT décimal, parce que les programmes informatiques de fonctions arithmétiques sont conçus
pour le point décimal.
Notations utilisées :
Degrés-Minutes-Secondes - DMS - E 26°42'54’’ - Précision ~30,8 mètres à l'équateur
Degrés-Décimaux - D.d - W-4.5678343° - Précision jusqu'au millimètre.
Degrés-Minutes décimales - DM.d -42°35.865'
Degrés-Minutes-Secondes décimales - DMS.d E 126°45'23.123 - Avec 3 décimales de secondes, ~3 centimètres.
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GPS - Les trames NMEA
National Marine Electronics Association - http://www.nmea.org/
NMEA - National Marine & Electronics Association, est une Association à but non lucratif
fondée par un groupement de professionnels de l'industrie de l'électronique des périphériques
marine. Leur but entre autre, harmoniser et standardiser les équipements de la marine.
NMEA est à l'origine de nombreux standards et en particulier du Standard NMEA-0183 GPS. La dernière version est la
NMEA-2000 qui diffère peu au niveau des trames mais permet le support physique réseau CAN.
Sous ce standard, toutes les données sont transmises sous la forme trames codées en caractères ASCII (sentences,
phrases). Il y a une transmission de toutes les trames en paquet, toutes les secondes d'horloge interne du GPS soit
une fréquence de 1Hz.
Chaque trame commence par le caractère $ - Suivi par un groupe de 2 lettres pour l'identifiant du récepteur, par
exemple: GP pour Global Positioning System. Pour certains fabricants propriétaires comme par exemple : Garmin,
l'indication P pour propriétaire est suivie du code 3 lettres du fabricant garmin = $PGRM, puis ensuite l'identifiant de
trame et le format des données sont libres pour ce fabriquant.
Puis un groupe de 3 lettres pour l'indentifiant de la trame.
GGA : pour GPS Fix et Date. - GLL : pour Positionnement Géographique Longitude-Latitude. - GSA : pour DOP et
satellites actifs. - GSV : pour Satellites visibles. - VTG : pour Direction (cap) et vitesse de déplacement (en noeuds et
Km/h). - RMC: pour données minimales exploitables spécifiques….
Suivent ensuite un certain nombre de champs (fields) séparés par une "virgule". Le rôle de la virgule est d'être le
séparateur de champs, qui permet la déconcaténation des données dans le programme de traitement des données,
calculateur, navigateur.
Et enfin un champs optionnel dit checksum précédé du signe * , qui représente le OR exclusif de tous les caractères
compris entre $ et * (sauf les bornes $ et *), certaines trames exigent le checksum. Suit la fermeture de la séquence
avec un [CR][LF].Il y a un total de 82 caractères maximum pour une trame.
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GPS - Les trames NMEA – quelques exemples de trames NMEA
Données d'acquisition du FIX – GPS – Trame GGA
$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.324,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M, , *42
123519 = Acquisition du FIX à 12:35:19 UTC / 4807.038,N = Latitude 48°07.038' N / 01131.324,E = Longitude 11°31.324' E
1 = Fix qualification : (0 = non valide, 1 = Fix GPS, 2 = Fix DGPS) / 08 = Nombre de satellites en pousuite.
0.9 = DOP (Horizontal dilution of position) Dilution horizontale. / 545.4,M = Altitude, en Metres, au dessus du MSL (mean see level) niveau
moyen des Océans. / 46.9,M = Correction de la hauteur de la géoïde en Metres par raport à l'ellipsoîde WGS84 (MSL).
(Champ vide) = nombre de secondes écoulées depuis la dernière mise à jour DGPS. / (Champ vide) = Identification de la station DGPS.
*42 = Checksum / Non représentés CR et LF.
Position Géographique - Longitude / Latitude – GPS - Trame GLL
$GPGLL,4916.45,N,12311.12,W,225444,A
4916.46,N = Latitude 49°6.45' Nord. / 12311.12,W = Longitude 123°11.12' West (ouest) / 225444 = Acquisition du Fix à 22:54:44 UTC
A = Données valides / Pas de checksum / Non représentés CR et LF
Satellites en vue – GPS – Trame GSV
$GPGSV,2,1,08,01,40,083,46,02,17,308,41,12,07,344,39,14,22,228,45*75
2 = Nombre de trames GSV avec les données complètes.
1 = Trame 1 de 2 trames (jusqu'à 3 trames) / 08 = Nombre de satellites visibles (SV). / 01 = N° d'identification du 1er Satellite.
40 = Elevation en degrés du 1er Satellite. / 083 = Azimuth en degrés du 1er Satellite. / 46 = Force du signal du 1er Satellite (Plus
grand=meilleur)
Cap (direction) et vitesse sol GPS – Trame VTG
$GPVTG,054.7,T,034.4,M,005.5,N,010.2,K
054.7,T = cap réel en Degrés , T (True track made good) / 034.4,M = cap vrai magnétique en Degrés (Magnetic track made good)
005.5,N = Vitesse du déplacement par rapport au sol en Noeuds (N) / 010.2,K = Vitesse du déplacement par rapport au sol en Kilomètres
heure. (K) / non représentés CR et LF
Données minimales recommandées de spécification GPS – Trame RMC
$GPRMC,225446,A,4916.45,N,12311.12,W,000.5,054.7,191194,020.3,E*68
225446 = Heure du Fix 22:54:46 UTC / A = Alerte du logigiel de navigation ( A = OK, V = warning (alerte)
4916.45,N = Latitude 49°16.45' North / 12311.12,W = Longitude 123°11.12' West / 000.5 = vitesse sol, Knots
054.7 = cap (vrai) / 191194 = Date du fix 19 Novembre 1994 /020.3,E = Déclinaison Magnetique 20.3 deg Est
*68 = checksum obligatoire / Non représentés CR et LF
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GPRS – Les principes
Le General Packet Radio Service ou GPRS est une norme pour la téléphonie mobile dérivée du GSM permettant
un débit de données plus élevé. On le qualifie souvent de 2,5G. Le G est l'abréviation de génération et le 2,5 indique
que c'est une technologie à mi-chemin entre le GSM (2e génération) et l'UMTS (3e génération).
Le GPRS est une extension du protocole GSM : il ajoute par rapport à ce dernier la transmission par paquets.
Cette méthode est plus adaptée à la transmission des données. En effet, les ressources ne sont allouées que
lorsque des données sont échangées, contrairement au mode « circuit » en GSM où un circuit est établi – et les
ressources associées – pour toute la durée de la communication.
Le GPRS permet de fournir une connectivité IP constamment disponible à une station mobile (MS), mais les
ressources radio sont allouées uniquement quand des données doivent être transférées, ce qui permet une
économie de la ressource radio. Les utilisateurs ont donc un accès bon marché, et les opérateurs économisent la
ressource radio. De plus, aucun délai de numérotation n'est nécessaire.
Le GPRS introduit lui de nouveaux équipements. La connexion GPRS suit le cheminement suivant :
MS -> BTS -> BSC -> SGSN -> Backbone GPRS (Réseau IP) -> GGSN -> Internet.
Mobile Station (MS) ou Station Mobile est un terme qui désigne un élément de base du système cellulaire de
téléphonie mobile GSM.
Une carte SIM représentant l'abonnement souscrit et contient des paramètres clé le concernant.
La BTS ou Base Transceiver Station est un élément de base du système cellulaire de téléphonie mobile GSM,
appelé plus communément antenne-relais GSM.
BSC, ou Base Station Controller (en français, Contrôleur de Station de base) est l'un des éléments du réseau
GSM. Son rôle est de commander un certain nombre de BTS (jusqu'à plusieurs centaines). À leur tour, plusieurs
BSC sont reliées à la hiérarchie supérieure du réseau mobile, le Mobile service Switching Center (MSC).
BTS ou Base Transceiver Station
Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est une passerelle permettant l'acheminement des données dans les réseaux mobiles GPRS. Il
gère l'interface avec le réseau de paquets externe (e.g. IP) via une autre passerelle, le GGSN (Gateway GPRS Support Node) pour les
appels sortants (chaque GGSN est identifié par l'Acces Point Name fournie dans la demande d'activation du mobile) et vers la station mobile
pour les appels entrants. Il maintient les informations identifiant l'abonné et les services utilisés. Il contrôle la localisation du mobile sur une «
Routing Area ».
Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle d’interconnexion entre le réseau paquet mobile (GPRS ou UMTS) et les
réseaux IP externes.
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GPRS – Les principes
MS Mobile Station
BTS Base Transceiver Station
BSCBase Station Controller
SGSN Serving GPRS Support Node
GGSN Gateway GPRS Support Node
Quelques indications de tarifs
• Abonnement : 3€ / mois
• Transferts : 1€ / 1Mo / mois
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GPRS – Les commandes AT
Exemple de commande AT
HOW TO USE FTP SPECIFIC COMMANDS
A propos des modules M2M
Les modules M2M (machine to
machine) permettent la
communication entre machines via
des
réseaux sans fil et sans aucune
intervention humaine. Ainsi les
machines deviennent
intelligentes.
On trouve aujourd’hui des modules
M2M dans des terminaux de
paiement ou des systèmes
d’alarme par exemple.
Cette technologie rend également
possible la gestion à distance d’un
parc de machines. Cela
peut être le cas des flottes de
voitures de location ou toucher des
domaines aussi variés que la
sécurité, la santé, l’environnement,
les équipements de bureau…
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WIFI industriel Embarqué
Le module incorpore la pile TCP/IP et est compatible 802.11b/g. On
dialogue avec le module via une liaison série RS232.
Une application est flashée sur le module permettant d’y intégrer des commandes
Personnalisées (firmware)
RS232
Antenne
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Wifi – Exemples de commandes
localip num ip mask gateway primaryDNS secondaryDNS domain
Synopsis: Sets the static IP addresses of the specified AP. If no static IP addresses are
specified for a particular AP, then it is assumed that DHCP will be used.
Parameters: All IP addresses are entered in the xxx.yyy.zzz.aaa format.
· num: AP number to be modified. Up to 3 APs can be added, so this number is in the .
range 1-3.
· ip: specifies the static IP address for the unit
· mask: Specifies the subnet mask.
· gateway: specifies the gateway IP address
· primaryDNS: IP address of the primary DNS server
· secondaryDNS: IP address of the secondary DNS server.
· domain: Domain name.
addap num ssid dhcp auth key
Synopsis: Adds another access point to the system.
Parameters:
· num: AP number to be added. Up to 3 APs can be added, so this number is in the range 1-3.
· ssid: ssid of the access point in quotes.
· dhcp: 0 indicates that DHCP is disabled, 1 indicates that DHCP is enabled. If DHCP is
disabled, the static IP address must be supplied using the localip command.
· auth: flag indicating the type of authentication according to the following table:
auth Authentication type
0 No encryption - 1 WEP / open authentication - 2 WEP / shared key authentication - 3 WPA Personal - 4 Reserved - 5 WPA 2 Personal - 6 Reserved
· key: Encryption key for the AP in quotes. If the AP does not use encryption then this parameter is omitted.
Example:
The following example sets up an access point with DHCP enabled, open authentication and 128 bit WEP encryption.
addap 1 “Ezurio Wi-Fi” 1 1 “1234567890abcedffedcba9876”
The following example sets up an access point with DHCP disabled, WPA Personal security and a passphrase to generate the key:
addap 2 “Ezurio 2” 0 3 “The rain in Spain falls mainly on the plain”
Returns: OK, ERROR
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Discussion
Vision des aspects réactifs du système dans une application
de géolocalisation temps réel GPRS ou différée par Wifi
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Informatique Industrielle
Formation CESI
Ingénieur Génie Électrique
Fin de la Partie 4
« Systèmes embarqués »
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