Ginop 2.1.7-15

 

 

 

 

 

Projekt adatok

  • Kedvezményezett: Controll LED Korlátolt Felelősségű Társaság
  • Projekt címe: Nagypontosságú helymeghatározó rendszer fejlesztése sportversenyekhez és egyéb célokra
  • Szerződött támogatás összege: 49 110 600 Ft
  • Támogatás mértéke: 60,22 %
  • Projekt tervezett befejezési dátuma: 2019.07.31.
  • Projekt azonosító száma: GINOP-2.1.7-15-2016-02177

 

Projekt leírás

A következő években sok nemzetközi figyelmet vonzó sportesemény rendezésére nyílik lehetőség Magyarországon. Az események nyomon követése igen fontos mind a helyi közönség mind a TV közvetítések számára, elsősorban a hosszútávú versenyek esetében. Többnyire a start és a befutó közvetíthető, a verseny közben történt események elvesznek, és unalmasak, pedig ezek az események is lehetnének érdekesek, sőt drámaiak.

Nyomkövető rendszerek ma is léteznek, de ezek elsősorban lopott értékek megtalálását, nyomon követését, és esetleg távirányítását célozzák. A néhány centiméter pontosság nem cél és a kis méret valamint a könnyű súly sem szempont. Egy autó sok méterről is észrevehető, a 10-20 cm-es méret sem jelent gondot, a fogyasztást is jelentéktelen az autó egyéb fogyasztóihoz képest.

Egy sporteseményen centiméterek, sőt néha milliméterek döntenek, tehát itt a létező rendszerek pontossága akár több testhossznyi pontatlanságot jelent, tehát használhatatlan. A létező megoldások súlya is kilogrammos nagyságrendbe esik, ami egy futó esetében nem megengedhető.

A feladat tehát az, hogy egy olyan rendszert fejlesszünk, melynek a sportolón elhelyezett eszköze kicsi, könnyű, és nem zavaró. Viszont a pontosság 10 cm alatti, és elég gyakori legyen a mintavétel, hogy például egy Forma 1 versenyautó esetében is használható legyen (2000 pozíció/sec).

A rendszert úgy kell kialakítani, hogy lehetőség szerint minél több célra alkalmas legyen. Ennek érdekében a projekt keretében létrehozandó prototípus olyan modul család létrehozását jelenti, mely elemei a funkcionális igények szerint válogathatók és köthetők össze. Néhány alkalmazásra, melyek azonnali megrendelést jelenthetnek, egy kompakt demonstrálható megoldás is készül, elsősorban úszók és futók számára.

A rendszer elemei:

  • GPS vevő és kommunikációs eszköz
  • Differenciál GPS pontosság növelő modul
  • Kommunikációs erősítő
  • Mérő egységek
  • Központi adatgyűjtő és kiértékelő rendszer
  • Megjelenítők, monitor, web, LED fal, stb.

A rugalmasság érdekében a kommunikációs modulokból több is készül, különböző rádiós megoldást alkalmazva, melyek a méret és fogyasztás követelményekhez alkalmazkodnak.

  • A rendszernek gyorsan kell indulnia, azaz az első fix pontot 3 másodpercen belül elő kell állítani
  • A GPS másodpercenként 1-5 fix pontot ad, ezért nagy sebességű mozgásokat interpolációval kell követni. Szerencsére a nagy tehetetlenségű testek mozgása jól becsülhető
  • Az eszközök időjárás és vízállóak, azért, hogy a vízisportokban is használhatóak legyenek
  • A GPS vevő/jeladó kisméretű és alacsony fogyasztású

 

A projekt eredményeinek részletes bemutatása

A műholdas navigáció az elmúlt 30 évben igen dinamikus fejlődésen ment keresztül. Lassan az élet minden területén megjelent, és a helymeghatározás pontossága is pontossága is döbbenetes eredményeket ért el.

A projekt célja ennek, és a hozzá szervesen kapcsolódó más technológiák megismerése volt, és egy olyan hardver és szoftver keretrendszert hoztunk létre, amely alkalmas a rendszer képességeinek bemutatására, és az ezen alapuló felhasználói rendszerek gyors és költséghatékony kifejlesztésére.

A centiméteres pontosságú technológia több éve ismert, de csak most jutott el az integráltság olyan szintjére, amely a tömeges elterjedést lehetővé teszi. Az eddigi eszközök mosógép méretűek, és nagyon drágák voltak.

Az elmúlt két-három évben jelentek meg az integrált áramkörös megoldások, amik eléggé olcsók, megbízhatók és kicsik ahhoz, hogy használatuk széles körben elterjedjen. Ennek e technológiáknak a vizsgálata volt a cél.

Ez a technológia új, előre mutató és pont a legjobb időpontban foghattunk neki a fejlesztésnek, amikor még Magyarországon szinte senki sem értett ehhez. A pályázat lehetőséget nyújtott arra, hogy minden erőnket arra koncentráljuk, hogy a prototípust létrehozzuk, és ezzel egyedülálló ismereteket szerezzünk, és kiváló piaci pozícióba kerüljünk. Ezzel azt hiszem az egyik legfontosabb célt el is értük.

A projekt jelenlegi állapotában már a továbbfejlesztésen kell gondolkodnunk. A gyártó hazai képviselőjével kiváló kapcsolatokat építettünk ki, és a következő cél a gyártói közvetlen kapcsolatok kiépítése személyes látogatások segítségével.

A pályázat célkitűzéseinek teljesítése

A számszerű célkitűzések a paraméter értékekre:

Méret:70x30x10mm

A prototípus mérete egyelőre 110x55x10mm, de ez tovább csökkenthető a mérőpontok, debugger csatlakozók, SD kártya foglaltok és más egyebek elhagyásával. A prototípus alapján készülő termék ezeket a méret követelményeket teljesítik.

Ezek a méretek magára a készülékre vonatkoznak, mert a készülékház egyelőre túlzottan nagy, de ennek oka az antenna kivezetések megoldása úgy, hogy ne okozzon veszteségeket az érzékenységben. A gigahertzes tartományokban pár centi vezeték is okozhat jelentős problémákat. A dobozolás új generációján az antenna kivezetéseket is megépítjük, és így a készülék mérete kisebb lehet.

Az aktív antennát nem lehet összeépíteni a GPS vevővel, mert az áramkör maga is zavarhatja a vett jeleket. (A technológia alapja, hogy a vevő belső áramkörei ugyanazokat a jeleket állítják elő, amelyeket venni akarnak, és ez komoly zavarokat okozhat az antenna jeleiben. Az antenna által erősített jelek esetében ez már nem probléma)

Tömeg:10 gramm

Ez egy kicsit irreális elképzelés volt, mivel az akkumulátor, mely kellő kapacitással rendelkezik, ennél súlyosabb. A kártya maga ezen a súlyhatáron belül van, de az antenna ennél súlyosabb. Mindazonáltal a készülék tömege a dobozolással együtt 450g, az antenna 150g. Ez a tömeg egy néhány tonnás vitorláshajó esetében elhanyagolható.

Fogyasztás:0,05Watt

A készülék a mérések szerint 3,7V-on 80mA-t fogyaszt. Ez 0,3W-nak felel meg. Maga a GNSS áramkör valóban a specifikációnak megfelelő teljesítményt vesz fel, de nagy hatótávolságú kommunikációs chip ennek a sokszorosát fogyasztja. Ezt a projekt tervezésekor még nem ismerhettük.  Erre a problémára az 5G megoldást nyújthat, de a jelenlegi megoldással is elégedettek lehetünk, a jelenleg beépített 3000mAh Li-ion akkumulátor 37,5 órás folyamatos működést tesz lehetővé. Tervezzük nagyobb akkumulátorok beszerzését, és akkor a 48 órás működést is biztosítani tudjuk.

Sebesség: 5-10 fix pont/másodperc

A készülék ezt a specifikációt teljesíti, jelenleg az adatmennyiség csökkentése céljából 3 fix/s üzemmódban működik. A GNSS modul másodpercenként 10 fix pontot tud előállítani, de a koordináták, amiket kiad, több mérésből állíthatók össze, ezzel növelve a pontosságot és a stabilitást. Az esetleges hibás mérések így kiszűrhetők.

Pontosság: 5-10 cm

A pontosság jelenleg ezt a célt jelentősen meghaladja, egyelőre pontossági hibát nem tudtunk kimutatni nyílt téren. (A jel magas házak között nagyobb eltéréseket mutathat, és fedett térben teljesen el is tűnhet, de ez nem meglepő, nem is volt cél az ilyen helyeken történő felhasználás.)

Védettség: IP 68

A készülékház IP68 védettségű. Ezt a célt sikerült teljesíteni. Az eredetileg tervezett műgyantás kiöntés a gyártó szerint nem működik, mert az áramkörök elektromos és termikus viszonyai ezt nem teszik lehetővé. A jelenlegi készülékház kiválasztásakor szempont volt az, hogy:

  • műanyagból legyen - nem befolyásolja a rádió jeleket
  • átlátszó legyen a fedele – látni lehessen a LED-eket
  • mérete - akkora legyen, hogy a wifi antenna is beleférjen

A dobozon lyukakat fúrtunk, hogy hozzá lehessen férni a táp, és az USB csatlakozókkal, és a GNSS antennával.

Kommunikációs távolság: 10m/300m/korlátlan (GSM)

A rendszer jelenleg önmagában támogatja a Bluetooth (10m), a wifi(300m) kommunikációt, és wifi hotspot segítségével a 4G (korlátlan) kapcsolatokat.

Kommunikációs frekvencia 2,5-5 GHz

A wifi kommunikációs frekvencia 2.4 GHz és 5 GHz, és IEEE 802.11a/b/g/n protokollokat támogat. Ez 300MB/s átvitelt tesz lehetővé. Ez a működés szempontjából több, mint elég.

Mivel az úszó világbajnokságról lemaradtunk, az új cél más vízi sportok eseményeinek nyomon követese, és a szabályok betartásának ellenőrzése. Reális cél a kajak-kenu, és vitorlás versenyeken történő megjelenés, ezt célozta a közel 40 órás működési időtartam, amely akár a Kék Szalag versenyeken történő felhasználást is lehetővé teszi. Szerencsére Magyaroroszág elnyerte a 2027-es Vizes Világbajnokság rendezési jogát is, és addigra a készülék elérheti azt a fejlettségi szintet, amely a sportági követelményeknek megfelel.

A rendszer a bóják pozíciójának bevitelével a geofencing funkcióval a szabályok betartását is ellenőrizheti, és a start és cél vonalon történő áthaladást is centiméteres pontossággal mérheti, ami az ilyen versenyeken több, mint elég.

A koordináta adatokat a rendszer adatbázisban tárolja, és ezért a verseny egyes eseményei bármikor reprodukálhatók. A koordináta adatok mellett más adatok továbbítására is lehetőség van, (pl. hőmérséklet, pulzus stb.).

A jelenlegi megoldásban alkalmazott wifi hotspot több párhuzamos kapcsolatot is lehetővé tesz, és ezért a hajókon kamerákat is elhelyezhetünk, amelyek még izgalmasabbá tehetik a közvetítést. Ennek a megoldásnak a tesztelését a projekt zárása után kezdjük meg a Balatonon, és esetleg a tengeren.

A prototípus rendszer jelenleg 100%-osan stabilan működik, már szerveztünk bemutatókat, amikkel jelentős sikereket értünk el.

Továbbfejlesztési lehetőségek

A technológia kiválasztásakor szempont volt az, hogy európai gyártótól vásároljunk, de ennél is fontosabb volt az, hogy a gyártó rendelkezzen az összes szükséges alkotóelemmel, ami ebben a témakörben szóba jöhet, és ezek integrációja is a lehető legegyszerűbb legyen. Az U-blox minden feltételnek megfelelt.

Jelenleg a ma elérhető legkorszerűbb 4G technológiát (Toby L2) teszteljük, és illesztjük az elkészült prototípushoz.

A következő lépés az F9K chip megjelenése, amely a teljes GNSS megoldáson felül 3D gyorsulás érzékelőkkel is fel van szerelve, és ezzel a GNSS jel kimaradása esetén is tovább használható a rendszer.

Az U-blox bejelentette az 5G-kommunikációs chipet is, amely néhány éven belül felválthatja a 4G hálózatot. Szerencsére ezek a technológiák is a jelenlegiekre épülnek majd, és ezért a projektben megszerzett kompetencia könnyen adaptálható lesz.

Érdekes lehetőség a HSGPS, a High Sensivity GPS, ami a helymeghatározást beltérben is lehetővé teszi. De ez egy másik projekt.

A projekt leírása

A projekt kivitelezését eredetileg két részre bontottuk.

  • Az első a kutatási szakasz, amelynek során azokat a kutatási feladatokat végeztük el, melyeket a rendszer tervezése során kitűztünk magunknak. A vizsgálatok egyik legfontosabb célja az, hogy a pályázatban meghatározott célkitűzések teljesítésének módját felderítsük.
  • A kutatási szakasz lezárása meghatározza a fejlesztési feladatokat. A fejlesztés során készítjük el a hardver prototípus prototípust is, előkészítve a tesztelési fázist.
  • A projekt lezárása a teszteléssel, és az eredmények dokumentálásával végződik. Itt tekintettük át a továbbfejlesztési lehetőségeket is.

Ezeket a feladatokat nekünk kétszer kellett elvégezni, mivelhogy az első eredmények alapján az M8P helyett az új F9-es technológiára kellett áttérnünk.

A prototípus bemutatása

A prototípus két eszközből áll. Azért vettünk csak kettőt, mert ennyit tudtunk venni, a nálunk potensebb felhasználóknak adták inkább el a többit. Kicsit mérgesek is voltunk, mikor kiderült, hogy ez a két eszköz már 2018 novembere óra a raktárban várakozott, de mi csak 2019 februárjában jutottunk hozzá, és ezzel értékes hónapokat veszítettünk.

A fejlesztés és tesztelés eszköze egy laptop, amit a bemutatókon is használunk. Ebben két SSD is helyet kapott, de nagy sebességű wifit, és GSM kommunikációt is támogat. A tápellátásról először inverter gondoskodott, de vásároltunk egy autós laptop töltőt is, amivel a káosz jelentősen lecsökkent. Ugyanezért építettünk egy Li-ion akkumulátort is az eszközökbe, amivel a működés teljesen stabillá vált.

A laptop és a készülékek közötti, valamint az NTRIP szolgáltató felé a kapcsolatot egy 4G-wifi hotspot biztosítja. Ennek szintén van akkumulátora, és kettő is van belőlük, ami a megbízhatóságot növeli. Ennek a funkciónak önállóan kell működnie, az éles üzemben a kommunikációt a beépített LTE látja el.

A laptopon futnak a szoftverek. Ez bemutató célt szolgál, és ezért minden olyan funkció egy helyen van, ami az éles rendszerben külön rendszereken fut.

  • Az admin felület a gyári u-center, és s-center
  • A demonstrációt az RTKlib, és OpenGTS rendszereken végezzük.
  • Vannak egyéb adminisztrációs eszközök, amikkel az adatbázis adminisztrációt végezzük, a fejlesztésekhez szükséges compilerek, stb.

A prototípus teljes mértékben hordozható, és percek alatt üzembehelyezhető, tehát akár azonnali demonstrációk céljára is alkalmas.

Az u-center és s-center vizsgálatakor feltűnt, hogy ezek elég nagy összevisszaságot mutatnak. Több generáció chipjeinek programozását egyszerre oldják meg, de emiatt több funkció helyenként nem működik és az egész nem konzisztens. Amikor a U-blox képviseletnél felvetettem ezt a problémát, akkor azt a választ kaptam, hogy hamarosan kijönnek az szoftverek új verziói, és ezek már megfelelnek az általános szabványoknak, addig pedig megy a toldozgatás, foldozgatás. A gyártó ezért vonta vissza az open source könyvtárakat, amik a szoftverfejlesztést megkönnyítenék, és ez volt az oka annak, hogy nem fejlesztettünk saját adminisztrációs felületet. Ezzel megvárjuk a végleges könyvtárak megjelenését. Várakozásunk szerint az új generációs utility-k forrását is közzéteszi a gyárt, mint ahogyan ez régebben is volt, és ekkor újra lehet gondolni az adminisztrációs felületet.

A rendelkezésünkre álló idő alatt voltak olyan időszakok, amikor az új termék megjelenésére vártunk, de ezeket sem töltöttük haszontalanul. Ekkor tanulmányoztuk az elektronikus térkép szabványokat, és azt, hogy ezek közül melyek felelnek meg a mi céljainknak. Vannak open source térkép szoftverek is, amelyeket szintén meg kellett vizsgálni, de ezekről a későbbiekben részletesen írunk.

A projekt sikeres volt, és az eredményeket itt össze is foglalnánk:

  • Megtanultuk, és megértettük a centiméteres pontosságú GNSS technológiát
  • Megértettük, hogy milyen célokra és hogyan használható ez a technológia
  • Megértettük az U-blox, mint piacvezető gyártó elképzeléseit
  • Elkészült egy (két) prototípus, amelyek bemutatásra és továbbfejlesztési célokra alkalmas
  • Vannak terveink a továbbfejlesztésre
  • Megismertük a térképeket, a GIS rendszereket, és az ezekhez kapcsolódó problémákat

A prototípus is nagyon hasznos, de a megszerzett tudás és képességek ennél sokkal többet érnek.

A nem számszerűsíthető eredmények

A projekt során egy olyan technológiát sikerült megérteni, mely ma nagyon fejlett technológiának minősül, és felhasználása az élet minden területén igen gyorsan terjed.

A technológia nem csak a GNSS rendszerre vonatkozik, hanem a wifi, bluetooth, és mobil kommunikációt is magában foglalja.

A gyártóval jól működő és szoros kapcsolat alakult ki, melyet a továbbiakban tovább kívánunk mélyíteni.

a projekt lehetővé tett e olyan dolgok megtanulását is, melyekre a mindennapi munka mellett sohasem lett volna lehetőség.

A megszerzett szakértelem sokféleképpen váltható pénzre, a későbbiekben nem csak a termék továbbfejlesztése, hanem tanácsadás, és más projektekben való közreműködéssel hasznosítható.

A Controll LED a sikeres prototípus előállítással jelentős szakmai ismeretekre tett szert, aminek az értéke jelentős de nem számszerűsíthető.

Please publish modules in offcanvas position.

Free Joomla! templates by AgeThemes