Ebenhaëzer Tracking System: verschil tussen versies

Uit EurosWiki
k (Kasper van Loobergen heeft pagina Ebenhaëzer Tracking System hernoemd naar Ebenhaëzer Tracking System)
 
(5 tussenliggende versies door 5 gebruikers niet weergegeven)
Regel 1: Regel 1:
Het '''Ebenhaëzer Tracking System''' (ETS) is een systeem waarmee de actuele positie van de [[Ebenhaëzer]] gevolgd kan worden. Het systeem, gemaakt door Steven, Gart, Willem, Menno T en Helmich is gebaseerd op een Bluetooth GPS, oude mobiele telefoon en een microcontroller.
+
Het '''Ebenhaëzer Tracking System''' (ETS) was een systeem waarmee de actuele positie van de [[Ebenhaëzer]] gevolgd kon worden. Het systeem, gemaakt door Steven, Gart, Willem, Menno T en Helmich is gebaseerd op een Bluetooth GPS, oude mobiele telefoon en een microcontroller.
 +
 
 +
Het ETS is inmiddels niet meer in gebruik, maar sinds de aanschaf van een [[AIS]]-transponder is de Ebenhaëzer via diverse AIS-trackingwebsites te volgen. De bekendste is [http://www.marinetraffic.com/en/ais/details/ships/shipid:244948/mmsi:244710470/vessel:EBENHAEZER Marinetraffic].
 +
 
 +
De positie van de Ebenhaëzer werd, indien de boot voer, op vaste tijdsintervallen geregistreerd en via internet geüpload. Daarna was het mogelijk om de gevaren route via de [http://squall.student.utwente.nl/ets/ ETS website] te bekijken.
  
De positie van de Ebenhaëzer wordt, indien de boot vaart, op vaste tijdsintervallen geregistreerd en via internet geüpload. Daarna is het mogelijk om de gevaren route via de [http://squall.student.utwente.nl/ets/ ETS website] te bekijken.
 
 
De precieze werking van het systeem wordt hieronder beschreven.
 
De precieze werking van het systeem wordt hieronder beschreven.
  
Regel 31: Regel 34:
 
|-
 
|-
 
| bgcolor="#ffbbbb" |  
 
| bgcolor="#ffbbbb" |  
'''''Storing september 2009; De ETS is enkele malen in een storing gevallen. Zoals het nu lijkt komt dat door kortsluiting in draden vanaf het uC PCB naar de gsm-toetsen. Hierdoor worden andere toets-combinaties bedient als bedoelt en start het ETS programma in de gsm dus niet op. Dit kan 'verholpen' worden door ff SUBTIEL de draden tussen het PCB-board en de GSM te bewegen/verleggen waardoor hopelijk de kortsluiting weg is. Komende winter zullen de ETS mensen de boel eens doormeten.'''''  
+
'''''Storing september 2009; De ETS is enkele malen in een storing gevallen. Zoals het nu lijkt komt dat door kortsluiting in draden vanaf het uC PCB naar de gsm-toetsen. Hierdoor worden andere toets-combinaties bediend als bedoelt en start het ETS programma in de gsm dus niet op. Dit kan 'verholpen' worden door ff SUBTIEL de draden tussen het PCB-board en de GSM te bewegen/verleggen waardoor hopelijk de kortsluiting weg is. Komende winter zullen de ETS mensen de boel eens doormeten.'''''  
 
|-
 
|-
|}
+
|
 +
'''Fout traceren:'''
  
Fout traceren:
+
'''De ETS gaat niet aan:'''
  
'''De ETS gaat niet aan:'''
+
Branden de oranje ledjes van de laders?<br/>
Branden de oranje ledjes van de laders?
+
Ja > uC ligt eruit. Kijk ff of er stekkers los zitten. Zo niet, niet verder klooien en meenemen naar enschede.<br/>
Ja > uC ligt eruit. Kijk ff of er stekkers los zitten. Zo niet, niet verder klooien en meenemen naar enschede.
+
Nee > ETS krijgt geen 12 voeding vanaf de EH. Zekering in de ETS stekker gesprongen? Heeft het kompashuisje wel stroom?<br/>
Nee > ETS krijgt geen 12 voeding vanaf de EH. Zekering in de ETS stekker gesprongen? Heeft het kompashuisje wel stroom?
 
  
  
 
'''De ETS gaat wel aan maar we zien geen track op internet:'''
 
'''De ETS gaat wel aan maar we zien geen track op internet:'''
-Knippert het groene ledje op de GPSontvanger?
+
 
Ja > GPS ontvanger is o.k.
+
-Knippert het groene ledje op de GPSontvanger?<br/>
Nee > er is geen gps ontvangst. Haal dat kratje bier van de koekoek af.
+
Ja > GPS ontvanger is o.k.<br/>
 +
Nee > er is geen gps ontvangst. Haal dat kratje bier van de koekoek af.<br/>
 +
 
  
 
-Knippert het blauwe ledje op de gps ontvanger?
 
-Knippert het blauwe ledje op de gps ontvanger?
Ja > Verbinding tussen GSM en GPS is ok. Waarschijnlijk gaat er nu op de server in enschede wat mis. Ff bellen.
+
 
Nee > geen verbinding tussen de GSM en GPS ontvanger. Ga naar volgende vraag.
+
Ja > Verbinding tussen GSM en GPS is ok. Waarschijnlijk gaat er nu op de server in enschede wat mis. Ff bellen. <br/>
-Draait het ETS programma wel op de GSM? En is in de [http://squall.student.utwente.nl/ets/log.txt log] te zien dat de ETS zich aanmeld bij het opstarten?
+
Nee > geen verbinding tussen de GSM en GPS ontvanger. Ga naar volgende vraag.<br/>
Nee > klungel ff subtiel met de draden om een sluiting op te heffen en probeer een restart. Kijk of de stappen die de gsm bij het opstarten doorloopt logisch zijn. Zie de tabel [[#Elektronische aanpassingen aan de GSMknoppen| hier]].
+
-Draait het ETS programma wel op de GSM? En is in de [http://squall.student.utwente.nl/ets/log.txt log] te zien dat de ETS zich aanmeld bij het opstarten?<br/>
 +
Nee > klungel ff subtiel met de draden om een sluiting op te heffen en probeer een restart. Kijk of de stappen die de gsm bij het opstarten doorloopt logisch zijn. Zie de tabel [[#Elektronische aanpassingen aan de GSMknoppen| hier]].<br/>
 
Ja > Het programma maakt geen automatisch contact meer met de gps-ontvanger. Stop het tracen in het ETS programma en stel handmatig opnieuw in dat er bluetooth communicatie gebruikt moet worden.
 
Ja > Het programma maakt geen automatisch contact meer met de gps-ontvanger. Stop het tracen in het ETS programma en stel handmatig opnieuw in dat er bluetooth communicatie gebruikt moet worden.
  
 +
- Als het ETS programma start verschijnt dan de melding "ETS uploads started"?
  
 
+
Nee > Het geheugen waar het ETS programma gebruik van maakt is waarschijnlijk vol. Verwijder enkele oude tracks en kijk of het nu wel werkt
 
+
|-
 +
|}
  
 
Deze sectie beschrijft alles wat op de EH aanwezig is zolang het systeem draait.
 
Deze sectie beschrijft alles wat op de EH aanwezig is zolang het systeem draait.
Regel 195: Regel 203:
  
 
Beide signalen tappen we via een buffer af en sturen die de uC in. Omdat de buffer niet nodig is als de uC in de slaapstand zit, wordt de voeding van de buffer ook vanuit de uC geregeld.
 
Beide signalen tappen we via een buffer af en sturen die de uC in. Omdat de buffer niet nodig is als de uC in de slaapstand zit, wordt de voeding van de buffer ook vanuit de uC geregeld.
De LED spanning is rond de 3 volt, hiermee kan dus rechtstreeks een IO poort bedient worden.  
+
De LED spanning is rond de 3 volt, hiermee kan dus rechtstreeks een IO poort bediend worden.  
 
De 2,7 volt van de lader pin is te laag om een IO poort mee te bedienen, dus dat doen we via de interne comparator van de uC.<br/>
 
De 2,7 volt van de lader pin is te laag om een IO poort mee te bedienen, dus dat doen we via de interne comparator van de uC.<br/>
Opmerking: De interne referentiespanning kan alleen op AIN0 ingesteld worden. Dit betekent dat de telefoon op de negatieve AIN1 moet. Hierdoor werkt het bitje geïnventeerd. Geen probleem maar wel ff opletten in de software.<br/>
+
Opmerking: De interne referentiespanning kan alleen op AIN0 ingesteld worden. Dit betekent dat de telefoon op de negatieve AIN1 moet. Hierdoor werkt het bitje geïnverteerd. Geen probleem maar wel ff opletten in de software.<br/>
  
 
===== Voeding =====
 
===== Voeding =====
Regel 566: Regel 574:
 
}
 
}
 
</pre>
 
</pre>
 
+
.
 
[[categorie:Ebenhaëzer]]
 
[[categorie:Ebenhaëzer]]
 
[[categorie:kluswiki]]
 
[[categorie:kluswiki]]

Huidige versie van 6 feb 2017 om 13:03

Het Ebenhaëzer Tracking System (ETS) was een systeem waarmee de actuele positie van de Ebenhaëzer gevolgd kon worden. Het systeem, gemaakt door Steven, Gart, Willem, Menno T en Helmich is gebaseerd op een Bluetooth GPS, oude mobiele telefoon en een microcontroller.

Het ETS is inmiddels niet meer in gebruik, maar sinds de aanschaf van een AIS-transponder is de Ebenhaëzer via diverse AIS-trackingwebsites te volgen. De bekendste is Marinetraffic.

De positie van de Ebenhaëzer werd, indien de boot voer, op vaste tijdsintervallen geregistreerd en via internet geüpload. Daarna was het mogelijk om de gevaren route via de ETS website te bekijken.

De precieze werking van het systeem wordt hieronder beschreven.

Doel

Het doel van het systeem is periodiek GPS coördinaten van de EH (later eventueel andere boten) te loggen en deze via een telefoon netwerk (GSM/GPRS/UMTS) doorsturen naar een internetserver. Als er geen GSM bereik is, dienen de coördinaten tijdelijk opgeslagen te worden tot er weer bereik is. Nadat de coördinaten verstuurd zijn, moet het voor iedereen mogelijk zijn om de positie en gevaren route op te vragen. Omdat we als studenten natuurlijk niks te makken hebben, moet er getracht worden de aanschaf en operationele kosten zo laag mogelijk te houden. Verder moet het systeem bij iedere tocht actief zijn, dus moet het automatisch aangaan zodra de massapik er op gaat, anders kan de schipper vergeten het aan te zetten.

De verzamelde data dient op een website gepubliceerd te worden op een zodanige manier dat:

  • Groepen na afloop van een evenement aan kennissen en vrienden kunnen laten zien waar ze geweest zijn.
  • Deelnemers van evenementen als een Instructieweek kunnen zien waar de EH uithangt (mits hun telefoon GPRS ondersteunt).
  • Alle leden wat leuks hebben om naar te kijken als ze geen zin hebben in studeren.

Methode/Principe

Het ETS systeem bestaat theoretisch gezien uit de volgende onderdelen:

  1. GPS ontvanger,
  2. Mobiel internet modem en
  3. Controller.

De GPS ontvangt de coördinaten van de boot, de controller verwerkt deze en stuurt ze met behulp van het modem via het internet naar de webserver. De webserver luistert constant of er data van het systeem binnenkomt. Zodra de server data ontvangt, wordt dat opgeslagen in een database en getoond op de ETS website. Dit alles gebeurt zonder dat er een enkele menselijke handeling voor nodig is.

In de praktijk gebruiken wij het volgende:

  1. Bluetooth GPS ontvanger,
  2. Mobiele telefoon met GPRS functionaliteit en
  3. Java software op een mobiele telefoon gekoppeld aan een micro-controller.

Onze controller is dus verdeeld over een micro-controller en een telefoon. Aangezien de telefoon krachtiger is dan de microcontroller, neemt deze nagenoeg al het werk op zich. De micro-controller is slechts aanwezig om het opstarten en afsluiten van het systeem te coördineren.

Aan boord van de Ebenhaëzer

Storing september 2009; De ETS is enkele malen in een storing gevallen. Zoals het nu lijkt komt dat door kortsluiting in draden vanaf het uC PCB naar de gsm-toetsen. Hierdoor worden andere toets-combinaties bediend als bedoelt en start het ETS programma in de gsm dus niet op. Dit kan 'verholpen' worden door ff SUBTIEL de draden tussen het PCB-board en de GSM te bewegen/verleggen waardoor hopelijk de kortsluiting weg is. Komende winter zullen de ETS mensen de boel eens doormeten.

Fout traceren:

De ETS gaat niet aan:

Branden de oranje ledjes van de laders?
Ja > uC ligt eruit. Kijk ff of er stekkers los zitten. Zo niet, niet verder klooien en meenemen naar enschede.
Nee > ETS krijgt geen 12 voeding vanaf de EH. Zekering in de ETS stekker gesprongen? Heeft het kompashuisje wel stroom?


De ETS gaat wel aan maar we zien geen track op internet:

-Knippert het groene ledje op de GPSontvanger?
Ja > GPS ontvanger is o.k.
Nee > er is geen gps ontvangst. Haal dat kratje bier van de koekoek af.


-Knippert het blauwe ledje op de gps ontvanger?

Ja > Verbinding tussen GSM en GPS is ok. Waarschijnlijk gaat er nu op de server in enschede wat mis. Ff bellen.
Nee > geen verbinding tussen de GSM en GPS ontvanger. Ga naar volgende vraag.
-Draait het ETS programma wel op de GSM? En is in de log te zien dat de ETS zich aanmeld bij het opstarten?
Nee > klungel ff subtiel met de draden om een sluiting op te heffen en probeer een restart. Kijk of de stappen die de gsm bij het opstarten doorloopt logisch zijn. Zie de tabel hier.
Ja > Het programma maakt geen automatisch contact meer met de gps-ontvanger. Stop het tracen in het ETS programma en stel handmatig opnieuw in dat er bluetooth communicatie gebruikt moet worden.

- Als het ETS programma start verschijnt dan de melding "ETS uploads started"?

Nee > Het geheugen waar het ETS programma gebruik van maakt is waarschijnlijk vol. Verwijder enkele oude tracks en kijk of het nu wel werkt

Deze sectie beschrijft alles wat op de EH aanwezig is zolang het systeem draait.

Hardware

Belangrijkste zaken die er op de boot aanwezig zijn, zijn:

  • Bluetooth GPS ontvanger,
  • Mobiele telefoon met GPRS en een interface naar GPS ontvanger (Bluetooth),
  • Automatisch opstart systeem

GPS ontvanger

De kortste slag om de mobiele telefoon met een GPS te laten communiceren is via Bluetooth. Er is een RoyalTek Bluetooth GPS Receiver, RBT-2001 aangeschaft voor dit doel. Deze heeft als voordeel dat hij vanzelf aan gaat als er voedingspanning op gezet wordt (simpelweg omdat er een 'gewone' aan/uit schakelaar op zit).

RoyalTek RBT-2001 specificaties:

  • 20 kanaals (Sirf III/WAAS)
  • Afmetingen: 7,0 x 4,1x 2,5
  • Gewicht (inclusief batterijen): 62 gram
  • Input stroom (intern): 680mAh Lithium-Ion (oplaadbaar)
  • Input voltage (extern)
  • DGPS-gereed
  • Externe antenne mogelijk
  • Op PC aan te sluiten
  • Werkt 6 uur continu op lithium-ion batterij
  • LED's voor status-indicatie

Toelichting LED's statusindicatie:

Led Actie Uitleg Normale situatie op de EH
Blauw Uit Geen Bluetooth verbinding met GSM alleen bij het aanzetten
Knippert Bluetooth verbinding met GSM werkt ja
Groen Aan GPS is aan, maar nog geen GPS fix gereed alleen bij het aanzetten
Knippert GPS is aan en heeft een fix ja
Rood/Geel Uit Batterij is voldoende vol ja
Rood Batterij is bijna leeg nee
Geel GPS hangt aan de lader en wordt opgeladen ja

Mobiele telefoon

Er is een Nokia 6230i gedoneerd aan het project.

Nokia 6230i: Firmware: V03.50 13-sept-2005

  • kan geen symbian op
  • draait Java
  • heeft bluetooth (gemakkelijk softwarematig toegankelijk)
  • heeft een soort seriële poort: FBUS (niet gemakkelijk softwarematig toegankelijk)
  • heeft een IR poort (gemakkelijk softwarematig toegankelijk)
  • heeft een USB poort (met een CA-53 of een DKU-2 kabel op de PC aan te sluiten = gewoon kabel)
  • kan via GPRS mobiel het internet bereiken

SIMkaart

Als provider hebben we voor Simyo prepaid gekozen, vanwege de lage kosten voor mobiel internet. Simyo gebruikt het KPN netwerk.

In juni 2009 rekent het Simyo prepaid abonement per dag af voor het dataverkeer met als kosten 1 euro per MB, berekend in stappen van 1 kB.

Automatisch opstarten

Om het systeem automatisch aan te laten gaan moeten de volgende dingen gebeuren:

  • GSM inschakelen,
  • GPS inschakelen en
  • ETS applicatie op de mobiele telefoon starten.

Om de GSM in te schakelen moet de powerknop 3 seconden ingedrukt worden. De GPS gaat vanzelf aan als hij stroom krijgt.

Het automatisch starten van Java software is nogal lastig: hiervoor moeten drie knoppen ingedrukt worden. Daarna moet er nog één keer een knop ingedrukt worden om de software te authorizeren om internet te gebruiken. Voor dit alles zijn twee verschillende knoppen nodig. Deze worden bediend door elektronisch schakelaars die parallel aan de GSM knoppen zijn gesoldeerd en door een microcontroller electrisch worden aangestuurd.

Elektronische aanpassingen aan de GSMknoppen

Opengewerkte Nokia 7250i

In de afbeelding rechts zie je een opengemaakte Nokia 7250i, waarbij het printje met de knoppen te zien is. De knoppen zijn heel eenvoudige maak contactjes bestaande uit twee ringetjes die met elkaar moeten worden verbonden. Op deze manier zijn er 20 verschillende knoppen op deze telefoon, die in een matrixvorm aangesloten zijn. Het is dus mogelijk om met 5 + 4 = 9 signalen het hele keypad aan te sturen. Het onderstaande figuur verduidelijkt een en ander. Voor het schakelen van een knop kan heel simpel een optocoupler gebruikt worden, die de twee ringen als het ware kortsluit. De ingang van de optocoupler zit dan aan een microcontroller uitgang. (Transistoren werken niet omdat er dan een gemeenschappelijke massa gemaakt moet worden.)

Elektrisch schema achter het keypad van de Nokia 7250i. Optcocouplers worden gebruikt om de 2 ringen kort te sluiten waardoor die bewuste toets wordt bediend.

De toetsen waaraan gesoldeerd is kunnen niet meer op de oude manier bediend worden. Om toch ook nog handmatige bediening mogelijk te maken (bijvoorbeeld voor het wijzigen van telefoon instellingen en het doen van software updates) is er parallel aan elke optocoupler ook nog een externe drukschakelaar gesoldeerd.

Door gebruik te maken van de snelkeuze functies zijn er 3 knoppen nodig om de ETS te bedienen, namelijk:

  • de GSM powerknop,
  • de linker keuzetoest en
  • de selecttoest.

Om op te starten worden deze op de volgende manier aangestuurd:

Knop Ingedrukt gedurende (s) Actie
Powerknop 3 Telefoon gaan aan.
Wachten tot de GSM opgestart is.
Keuzetoets 0,1 Snelkeuze opties komen in beeld, 'verzameling' staat boven aan.
Wachten tot het menu geopend is.
Selecttoets 0,1 Map 'verzameling' wordt gekozen.
Wachten tot de map geopend is.
Selecttoets 0,1 EurosTrack programma wordt gestart.
Wachten tot netwerktoegang gevraagd wordt.
Keuzetoets 0,1 Netwerktoegang wordt bevestigd.

Om de ETS uit te zetten wordt gewoon de powerknop weer 3 seconden ingedrukt.

Microcontroller

De micro-controller is een Atmel Attiny2313 (willekeurig gekozen uit de onuitputtelijke voorraad van Gart). Deze heeft de volgende taken:

  • De telefoon aan zetten en het ETS programma opstarten zodra de massapik omgezet wordt.
  • De telefoon uitzetten als de boordspanning er langer dan een bepaalde tijd af is.

De telefoon wordt niet direct uitgezet als de spanning er af gaat, omdat dan het omschakelen op walstroom er voor zou zorgen dat het systeem even uit gaat. Om te beslissen welke actie het systeem moet ondernemen, is het nodig te weten of het systeem aan of uit zou moeten zijn en wat de huidige status van het systeem (dus de telefoon) is. De benodigde invoer is dus:

  • de aanwezigheid van boordspanning en
  • de status van de telefoon.

De microcontroller hoeft dus alleen maar iets te doen aan het begin en aan het eind van een evenement. In de tussentijd wordt deze in de slaapstand gezet om stroomverbruik te beperken. De boordspanning van de EH dient als interrupt om de uC uit de slaapstand te halen. Zodra de uC wakker wordt, gaat deze kijken wat er moet gebeuren: alleen als er boordspanning is, zou het systeem aan moeten zijn. Om niet bij elke omschakeling naar walstroom de hele ETS opnieuw op te starten, wordt de telefoon pas uitgeschakeld als de boordspanning er minstens 1 minuut af is.

Om debuggen tijdens het ontwerpen en later op de EH te vergemakkelijken is er een controle LED geplaatst. De geeft de status van het programma weer d.m.v. van een knippercode. De led is altijd aan zolang de uC niet slaapt, maar geeft m.b.v. de signalen IQ(1), IQ(2) of IQ(3) aan wat hij van plan is te doen (zie paragraaf IO voor meer informatie over deze knippercode).

Boordspanning status

Er is een pin om te kijken of de EH boordspanning aan is, dit is tevens een interrupt pin om uit de slaapstand te komen. De maximale spanning op een IO poort is: Vcc+0,5 Volt. Er wordt een spanningsdeler van twee weerstanden gebruikt om de 12 volt voeding vanuit de EH om te zetten naar 3,7 volt. Om ook de uC wakker te krijgen, moeten we een Pin Change Interrupt hebben, dus gebruiken we poorten "PCINTO(n)".

Telefoonstatus

Het vervelende is dat de telefoon geen pin heeft die eenduidig aangeeft of de telefoon aan of uit staat. Als de telefoon niet aan de lader hangt, bestaat zo'n pin wel. Hangt de telefoon echter wel aan de lader, dan geeft deze pin altijd spanning, ook als de telefoon uit staat. Of de lader wel of geen spanning heeft, wordt bij ons systeem bepaald door de massapik. Het systeem kan hier dus geen invloed op uitoefenen en moet zowel met als zonder laderspanning de status van de telefoon kunnen bepalen. Als oplossing hiervoor gebruiken we twee ingangen:

  • We zetten de achtergrond LED verlichting van de telefoon op 'altijd aan' zolang de telefoon aan de lader zit. Hierdoor kunnen we, als er boordspanning op de EH is, de status van de telefoon uitlezen door te kijken of er spanning over de LEDs staat.
  • Een bepaalde pin geeft, als de massapik eraf is, een spanning van 2,7 volt als de telefoon aan is en 0 als de telefoon uit is. Hiermee kunnen we dus de telefoonstatus uitlezen als er geen boordspanning is.

Aangezien de uC weet of er boordspanning is of niet, kan met deze twee signalen de telefoonstatus op ieder moment worden gecontroleerd.

Beide signalen tappen we via een buffer af en sturen die de uC in. Omdat de buffer niet nodig is als de uC in de slaapstand zit, wordt de voeding van de buffer ook vanuit de uC geregeld. De LED spanning is rond de 3 volt, hiermee kan dus rechtstreeks een IO poort bediend worden. De 2,7 volt van de lader pin is te laag om een IO poort mee te bedienen, dus dat doen we via de interne comparator van de uC.
Opmerking: De interne referentiespanning kan alleen op AIN0 ingesteld worden. Dit betekent dat de telefoon op de negatieve AIN1 moet. Hierdoor werkt het bitje geïnverteerd. Geen probleem maar wel ff opletten in de software.

Voeding

We voeden de uC vanuit de telefoon batterij, dus 3,7 volt.

IO

De uitvoer bestaat uit 3 poorten om de GSM toetsen aan te sturen, 1 uitgang voor de controle/status led en 1 uitgang voor de voeding van de buffer IC.

Een overzicht van de uC pinbezetting:

Pin Name Function
2 PD0 Uitgang naar controle/status indicatie LED
3 PD1 Uitgang naar voeding naar buffer IC
7 PD3 Uitgang naar selectknop
8 PD4 Uitgang naar keuze knop
9 PD5 Uitgang naar aanuitknop
10 GND massa microcontroller
12 AIN0 positieve ingang comparator; naar interne referentie spanning (1.1 volt)
13 AIN1 negatieve ingang comparator; naar de 'lader connector' (via buffer IC)
14 PB2 ingang vanaf telefoon achtergrond LED (via buffer IC met afvlak condensator), werkt alleen als de massapik erop zit
15 PB3/PCINT3 ingang vanaf spanningsdeler EH voeding
20 Vcc voeding microcontroller vanuit GSM accu
Elektrisch schema om de uC aan te sluiten

Het systeem heeft het schema dat is weergegeven in de afbeelding rechts. Hierin worden de volgende onderdelen gebruikt:

  • Microcontroller: Atmel Attiny 2313.
  • Buffer: LM324N.
  • Optocoupler: CNY17F.

De code die de uC draait is te vinden in de bijlage.

Status-LED

De status van de microcontroller wordt door door middel van een rode LED weergegeven. Deze LED is aan zolang de microcontroller draait, tenzij deze slaapt. De LED geeft de status van het systeem aan met een van de volgende lichtkarakters (1× knipperen betekent LED 1× uit):

Code Status-LED Uitleg
aan uC is wakker en is aan het wachten of een routine uitvoeren
uit uC slaapt
IQ(1) knippert 1× ETS gaat worden opgestart
IQ(2) knippert 2× ETS gaat worden uitgezet
IQ(3) knippert 3× uC gaat in de slaapstand


Voeding

Het hele ETS systeem wordt met 12 volt gevoed. Dit omdat we dan voor de telefoon en GPS ontvanger al een 12 volt adapter hebben. Voor implementatie op de EH is een korte kabel nodig in de koekoek, daar zitten al ANP stekkers aan de socket van de huidige GPS. Met wat ANP verdeelstekkertjes en evt. een nieuw socket is de ETS te voeden. In de ETS box is de 12 volt verbonden met:

  • Via een diode met de GSM adapter (om te voorkomen dat er stroom vanuit de GSM accu door de lader terug gaat lopen)
  • De GPS ontvanger adapter

Naast de voeding van de EH hebben de mobiele telefoon en GPS-ontvanger ook een interne accu. Hier kan het systeem ook op draaien. Hierbij moet de ETS handmatig opgestart worden met de externe toetsen en de uC moet uitgeschakeld worden anders gaat die de telefoon weer uitzetten. Het uitzetten van de uC kan eenvoudig door de 'laderplug' uit de telefoon te halen. Laden hoeft immers toch niet en de uC heeft zo geen massa en dus geen voeding meer.


Behuizing

De behuizing is een Curver trommel. Lekker degelijk model die niet bij de eerste torsie al open springt. Met het geluidsisolerende schuim van hans dat in de loods ligt kunnen alle delen 'fixed' in de trommel geplaatst worden. In de behuizing zitten:

  • Mobiele telefoon met externe knoppen en kabels.
  • GPS muis.
  • Microcontroller PCB.
  • 2x adapter PCB voor voeding GPS en GSM.
  • Opvulling.
ETS onderdelen in werkelijkheid
ETS in zijn behuizing


Software

Howto software op de GSM installeren

Met de Nokia Suite (zie ook de handleiding) kun je heel eenvoudig .jar applicaties installeren op je telefoon. Verbind je telefoon met de computer, start Nokia Suite, klik op Toepassingen installeren, selecteer de .jar bestanden en klik op het groene pijltje. Binnen no-time staat ze erop en kun je ze gebruiken via het menu, Toepassing => Verzameling.

Communicatie kan via IR, bluetooth of een kabel. Bij het installeren met behulp van Nokia Suite, moet er op gelet worden dat het .jad bestand (dat door de compiler aangemaakt wordt) niet in dezelfde map staat als de applicatie (.jar), dan gaat het mis bij het installeren ('ongeldige toepassing'). Verder gaat installeren ook wel eens gewoon mis, in dat geval moet je het gewoon nog een keer proberen.

ETS software

Steven heeft het programma GPS Track aangepast. Er is een extra 'ETS' menu in het options menu waar de boot en log en upload tijden naar de ETS server gekozen kunnen worden.

Na het installeren moeten de toegangsrechten van connectiviteit van het ETS programma nog even ingesteld worden op 'altijd toestaan'. Helaas kan de optie 'netwerktoegang'(=gprs) niet op 'altijd toestaan' gezet worden. De uC moet dus ook deze stap bevestigen. Bij het starten van de applicatie wordt daarom direct data (0kb) verstuurd zodat er netwerktoegang gevraagd wordt en de uC dit nog even kan bevestigen. Daarna wordt, zolang de toepassing draait, die toegang niet meer gevraagd en kunnen we 'gaan met die banaan'.

Features

  • Bij opstarten direct GPRS verbinden zoeken zodat dit bevestigd kan worden door de uC .
  • Zo min mogelijk bevestigen bij opstarten.
  • GPS apparaat keuze.
  • Optie om boot te kiezen.
  • Logtijd variabel.
  • Upload tijd variabel.
  • Minimale verplaatsing variabel.
  • Tijd meesturen (vaste tijdzone).
  • Meetpunten meesturen.
  • Bufferen als er geen GPRS netwerk is.
  • Bluetooth verbinding opnieuw opzetten als de bluetooth communicatie uitvalt.

Gewenst:

  • Niet belangrijke meetpunten uitfilteren (bv: alle tussenliggende punten van een rechte lijn, of alleen als de koers verandert).

Interessante situaties

  • Wat gebeurt er als er geen GPS aanwezig is?
    • De ETS software merkt dit na een time-out, en gaat dan opnieuw een verbinding proberen op te zetten.
  • Wat gebeurt er als er geen GPS fix is?
    • Het systeem blijft draaien maar logt geen nieuwe coördinaten.
  • Wat gebeurt er bij geen GPRS netwerk?
    • Het verzenden mis, waarna de niet verzonden coördinaten bij de volgende zendpoging alsnog worden verzonden.
  • Wat gebeurt er als we op een buitenlandse netwerken zitten?
    • Simyo biedt in het buitenland geen GPRS aan, dus gebeurt er hetzelfde als bij het vorige punt en hoeven we niet bang te zijn voor hoge kosten.
  • Wat gebeurt er als de GSM gebeld wordt?
    • De software draait gewoon door, als je afsluit zie een gemist bericht. Bellen tijdens de opstartprocedure zou misschien problemen kunnen veroorzaken, maar de kans dat precies dan wordt gebeld is zeer klein.

Broncode

Steven heeft de ETS broncode, Helmich en Gart hebben een backup.

In Enschede

De data die de GSM upload is dus helemaal gestript. Geen poespas, alleen de bootletter, UTC-tijd en GPS-lokatie. De server in Enschede haalt deze data weer uit elkaar en verwerkt het in een database.

De server regelt o.a. de volgende dingen:

  • Opslaan ontvangen data in database
  • Er wordt een nieuw track gedefinieerd als er 45 minuten lang geen data binnen gekomen is
  • Interfacing naar de ETS waterkaart

Ontwerpbeslissingen

Hier zullen de belangrijkste keuzes die gedaan zijn bij het maken van het systeem beschreven worden.

GPRS

Het gebruik van SMS is veel makkelijker dan het gebruik van GPRS, aangezien het vanaf een microcontroller mogelijk is om direct SMS berichten te versturen. Voor GPRS is dat een stuk lastiger. GPRS is echter vele malen goedkoper, omdat we zeer weinig data versturen: 10 bytes per coördinaat. Naar schatting zou SMS rond de 50 euro per jaar kosten, waar we met GPRS aan 1 à 2 euro genoeg zouden moeten hebben voor een vaarseizoen.

Java op de telefoon

Voor het versturen van de data zijn vier verschillende mogelijkheden:

  1. door Java op de telefoon,
  2. door andere software op de telefoon,
  3. door de microcontroller of
  4. door een PC.

Optie 2 is mogelijk bij een open source besturingssysteem op de telefoon (bijvoorbeeld Symbian) of een telefoon die toestaat software te draaien waarop geen veiligheidsrestricties van toepassing zijn. Helaas gaat dit alleen met de duurdere telefoons en was het voor ons geen optie.

Het gebruiken van de telefoon als GPRS modem zou niet moeilijk moeten zijn vanaf een PC. Het gebruik van een PC kost echter te veel ruimte en stroom om in de EH in te bouwen, aangezien we geen dure PC willen aanschaffen. Vanaf een microcontroller is hetzelfde mogelijk, maar lastig te implementeren. Dit komt omdat een telefoon slechts de mogelijkheid biedt om een PPP verbinding op te zetten, waarover de microcontroller dat nog zelf een TCP/IP stack moet opzetten. Dus vallen optie 3 en 4 ook af.

Uit het voorgaande kunnen we concluderen dat optie 1 het beste is, aangezien het gebruik van Java op de telefoon de makkelijkste optie is.

Starten m.b.v. microcontroller

Het automatisch starten van Java software is nogal lastig. Sommige telefoons hebben de eigenschap "Nokia-MIDlet-auto-start: yes", het is echter onduidelijk welke telefoons dit ondersteunen. Waarschijnlijk alleen telefoons die meerdere applicaties tegelijk kunnen draaien en dat zijn alleen de nieuwere modellen.

Met behulp van de Push Registry is het wel mogelijk om de applicatie te starten bij een inkomende event, bijvoorbeeld een SMS of een vooraf ingesteld alarm. Helaas vraagt de Nokia uit Series 40 platform de gebruiker elke keer om bevestiging voor het programma echt gestart wordt door een Push-actie. Voor ons is dit dus geen handige optie.

Mogelijke andere opties waren:

  1. Altijd aanlaten; maar hiervoor was het stroomverbruik te hoog.
  2. Mechanisch starten door de knoppen in te drukken, maar dat leek een beetje omslachtig
  3. Elektronisch schakelaars aan de knoppen solderen en deze m.b.v. een microcontroller (uC) elektrisch aan sturen.

Uiteindelijke bleek de laatste optie het handigst.

Doorontwikkelingsinfo

In dit deel staat nog informatie die wij gewonnen hebben en niet direct van toepassing is op het huidige systeem, maar misschien nog nuttig is voor een opvolger/alternatief.

Opties

IR in plaats van Bluetooth

Mogelijke optie is om GPRS GSM + IR GPS te gebruiken. Voor ongeveer 10 euro kunnen we misschien de seriële TTL GPS van Willem ombouwen naar IR (kennis nodig). Zie onderaan op http://www.lirc.org/receivers.html.

In het GPS tracking programmaatje op de 6230i kan je een optie 'seriële communicatie' kiezen inclusief baudrate etc. Daarna vraagt de telefoon of je verbinding via IR wil maken. Ziet er dus naar uit dat een verbinding via IR opgezet kan worden. Op deze site wordt dat beschreven: http://www.trackr.eu/faq/

Dit is relatief veel werk met een lage foutkans. Waarschijnlijk is het stroomverbruik weinig kleiner dan bij Bluetooth. Stroom verbruik kan misschien verlaagd worden door een tweak uit te voeren: Maak wel die IR naar TTL converten maar haal de LEDjes er tussen uit en verbind die door. Het signaal gaat nu dus direct vanuit de GSM de converter in, hiervoor zou minder stroom nodig moeten zijn. Maar of het uit kan is de vraag, aangezien de telefoon sowieso geen power management doet als deze aan de lader zit (wat bij ons continu het geval is), is het stroomverbruik waarschijnlijk lastig te beperken.

Willem heeft een bedrade GPS ontvanger beschikbaar voor dit doel. Uit deze ontvanger komt een NMEA signaal op TTL niveau. Het signaal kan eenvoudig omgezet worden naar RS232 niveau.

Gerelateerde linkjes

Kant en klaar alternatief:

Standaardmodule voor dit soort werk:

Linkjes naar IR naar TTL/RS232 converters: (Belangrijkste is de conversie van IR naar TTL/RS232. De conversie van RS232 naar TTL is alleen een spanningsniveau conversie.)

Info over de telefoons:

Pushregistery:

Communicatie via datakabel:

Toepasbare software:

Bijlagen

Code micro-controller

In de uC hebben we de volgende code geknald:
Let er bij AVR studio op dat je ook daad werkelijk de juiste HEX file upload. Dat moet je nog apart instellen bij de programmer opties.

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <avr/sleep.h>

#define F_CPU 1000000UL  // 1 MHz
#include <util/delay.h>


// PB3/PCINT3 PIN15 = EH voedingssignaal
// PB2/PCINT2 PIN14 = GSM Led, werkt alleen als er voeding is
// PB1/AIN0 PIN13 = GSM lader, werkt alleen als er geen voeding is, via comparator
// Comparator uitgang = (ACSR, ACO)

// PD0 PIN2 = controle led
// PD1 PIN3 = buffer
// PD3 PIN7 = selectknop
// PD4 PIN8 = keuze knop
// PD5 PIN9 = aanuitknop


void init() 					//Initialisatie poorten timer en interrups
{
	DDRD = 0x7f;				// PORTD PD0-PD6 als uitgang
	PORTD = 0;					// Zet alle uitgangen laag (geen pull-up aan)
	
	DDRB = 0; 					// PORTB PB0-PB7 volledig als ingang

	PCMSK = (1 << PCINT3); 		// stel: PCINT3 (PB3) in op pin-change detectie
	GIMSK = (1 << PCIE); 		// schakel pin-change interrupt in

	ACSR = (1 << ACBG);  		//comparator instellen op bandgap
  
	MCUCR = (1 << SM0); 		//slaapmodes instellen op 'power down'
	cli(); 						//globale interrupt uitschakelen

	PORTD |= (1 << PD1);		// buffer aan
	PORTD |= (1 << PD0);		// statusled aan
}


void slapen_gaan()				// commandos om in de slaapstand te gaan
{
	PORTD = 0; 					// alle poorten laag zetten om stroomverbruik te verlagen
	ACSR = (1 << ACD);			// comparator uitschakelen	
	sleep_enable(); 			// slaap modus toegestaan
	sei(); 						// globale interrupts aan, om te zorgen dat de uC uit de slaapstand kan komen
	sleep_cpu();   				// slaapstand
	sleep_disable();  			// slaap modus toestaand uitzetten als de uC weerwakker wordt (voorkomt onverwachts in slaapmodus)
	// na de slaapstand is de uC uitgeweest en begint opnieuw aan het hoofdprogramma
}


void delay_long() 				// Create long delay for 20 sec
{
	_delay_ms(5000); 			// wait 5 sec
	_delay_ms(5000); 			// wait 5 sec
	_delay_ms(5000); 			// wait 5 sec
	_delay_ms(5000); 			// wait 5 sec
	// longest possible delay is: _delay_ms(6553)
}


void gsm_onoff() 				//Push the on-off button of the GSM long enough to turn it on or off, and wait afterwards until the GSM is really on or off.
{
	PORTD |= (1 << PD5);		// Activeer aan/uit knop gedurende 3 sec
	_delay_ms(3000);
	PORTD &= ~(1 << PD5); 		// Deactiveer aan/uit knop
	delay_long(); 				// Wacht tot GSM daadwerkelijk aan of uit is
}


void ets_start() 				//Turn the GSM on and start the program. 
{
	PORTD |= (1 << PD4);		// Activeer keuze knop gedurende 0.1 sec om snelkeuze opties te kiezen
	_delay_ms(100);
	PORTD &= ~(1 << PD4);		
	_delay_ms(1900);			// wacht 2 sec voor openen snelkeuze menu

	PORTD |= (1 << PD3);		// Activeer select knop gedurende 0.1 sec om verzamel map te openen
	_delay_ms(100);
	PORTD &= ~(1 << PD3);		// Deactiveer select knop
	_delay_ms(2900);			// wacht 3 sec voor openen verzamelmap

	PORTD |= (1 << PD3);		// Activeer select knop gedurende 0.1 sec om ets programma te starten
	_delay_ms(100);
	PORTD &= ~(1 << PD3);		// Deactiveer select knop
	_delay_ms(2900);			// wacht 3 sec voor starten programma en tot netwerktoegang gevraagd wordt

	PORTD |= (1 << PD4);		// Activeer keuze knop gedurende 0.1 sec om netwerktoegang te bevestigen
	_delay_ms(100);
	PORTD &= ~(1 << PD4);		// Deactiveer keuze knop
}


void led(int i) {
	for (; i > 0; i--) {
		PORTD &= ~(1 << PD0);
		_delay_ms(500);
		PORTD |= (1 << PD0);
		_delay_ms(500);
	}
	_delay_ms(1000);
}


/*
 * Hoofdprogramma
 */
int main() 
{
	init();

	_delay_ms(6000);		// wacht 6s voor stabilisatie

	// Oneindige loop
	while (1) 
	{
		if (bit_is_clear(PINB, PB3) && bit_is_clear(ACSR, ACO)) // Voeding is uit en GSM lader is aan: GSM uitzetten
		{
			led(1);
			// Wacht voor omzetten walstroom
			for (int i = 0; i < 10; i++) {
				_delay_ms(6000);
			}
			if (bit_is_clear(PINB, PB3) && bit_is_clear(ACSR, ACO)) // Voeding is uit en GSM lader is aan: GSM uitzetten
			{
				gsm_onoff();			// schakel GSM uit
			}
		}
		else if (bit_is_set(PINB, PB3) && bit_is_clear(PINB, PB2))  // Voeding is aan en GSM led is uit: GSM aanzetten
		{
			led(2);
			gsm_onoff();			// schakel GSM in	
			ets_start();			// Start de ETS op	
		}
		else // Alles is in orde, dus ga lekker slapen
		{
			led(3);
			slapen_gaan();			// hop in de slaapstand	
		}
	}

	return 0;
}

.