PIC16F84 NMEA formatı ile Gps kullanımı (picbasicpro) GPS üzerinden bilgi almak için örnek bir uygulama devrede iki adet pic16f84 kullanılmış isis simülasyon ve kaynak .bas .asm .hex kodları var Emeği geçen kişilere Teşekkürler

PIC18F452 GPS Grafik LCD uygulaması

Devre Şeması

Devrenin şu an ki çalışması, kullandığım GPS modülü NMEA 0183 protokollünü kullanmakta ve bu protokol çıktısının içerisinden $GPRMC ile başlayanları alıp bilgisayar ortamında gösterilmekte tabii bu esnada grafik lcd sadece GPS den bağımsız demo yapmakta.Tabii bu program daha da geliştirlebilir, $GPRMC çıktısını çözüp Grafik LCD de bilgisayardan bağımsız göstermek gibi,$GPRMC nin açılmış hali aşağıdaki gibi

$GPRMC,222300,A,4000.0000,N,29000.0000,E,10.0,245.0,091106,9.5,W,A*36
Bu kod çözüldüğünde;
– Pozisyon: 40.00.00 Kuzey, 29.00.00 Doğu
– Hız : 10 MPH
– Rakım: 100 Feet
– Yön : 245 Derece
– Saat 22:23:00 UTC (Atom saati)
– Tarih: 09.11.2006
Derleyici olarak MCC18 kullandım.

PIC18F452 ile gps uygulaması glcd kullanılmış kaynak C kodları isis simülasyon dosyaları var Emeği geçen kişilere Teşekkürler

GPS Hakkında (proje dosyaları yoktur) Emeği geçen kişilere Teşekkürler

GPS ile yere bağlı, belirli bir menzil dâhilinde çalışan radyo navigasyon sistemleri ile navigasyon yapma kısıtlılığı ortadan kalkmıştır. Dünya çapında kapsam alanına sahip olan ve uyduya dayalı çalışan bu sistemle uçaklara en elverişli uçuş yörüngelerini kullanma olanağı ve buna bağlı olarak da yakıt ve zaman tasarrufu sağlama olanağı sunulmuştur.

Günümüzde, GPS Türkiye ve Avrupa’da ikincil (yardımcı) navigasyon sistemi olarak kullanılıyor olmasına rağmen; geleceğin hava navigasyon sistemleri uyduya dayalı çalışan navigasyon sistemleri olacaktır.

GPS sistemi milimetreden metre hassasiyete birçok seviyede sonuç üretebilecek kapasitede bir sistemdir.

El tipi alıcılar ile ilave bir düzeltme olmaksızın elde edilebilecek sonuç şu an ±15 metredir fakat 1 Mayıs 2000 tarihinde kaldırılmış olan ve Selective Availability olarak adlandırılan kasti yanıltma sinyalleri ±100 metreye varan sapmalar ile sonuç elde edilmekteydi. Uydu bazlı olarak yapılan yayınlar yeni nesil GPS alıcıları ile direk alınabilmekte ve böylelikle ±3 metreye varan hassasiyette pozisyon elde edilebilmektedir.

Uydu bazlı yayınların genel ismi SBAS (Satellite Based Augmenting System) dir. SBAS’a örnek olarak Amerika için WAAS, Avrupa için EGNOS ve Japonya için MSAS verilebilir. Bu uydular sabit yörüngeli uydulardır ve yine yayın erişimi için ilave bir ücret talep edilmemektedir. Ülkemiz iki uydunun kapsama alanındadır.

GPS alıcısı ürettiği konum, hız, doğrultu gibi bilgileri hem kendi ekranında kullanır hem de seri (RS232 veya RS422) port vasıtası ile harici sensörlerin kullanımına açar. Üretilen bilgi NMEA 0183 olarak anılan formattadır ve ihtiyaca göre kullanılabilen farklı yapıda cümleciklerden oluşur.

GPS kullanıcı hızının üç boyutlu olarak belirlenebilmesini olanaklı kılmaktadır. Bu amaçla birkaç yöntem kullanılmakla birlikte, modern GPS alıcılarında hız ölçümleri, taşıyıcı faz ölçümlerinin işlenmesi ile yapılmaktadır.

Böylece uydudan alınan sinyalin kullanıcıya göre Doppler kayması hesaplanmaktadır. GPS ile birlikte, pilota hassas konum bilgisi ve hız ölçümleri verebilen, herhangi bir boşluk alan olmaksızın bütün coğrafi alanlarda hizmet sunan bir sistem geliştirilmiştir.

GPS Nedir
Gps (Global Positioning System) yani küresel konumlama sistemi 21’i kullanımda 3’ü yedekte olmak üzere toplam 24 uydudan oluşan sürekli kodlanmış bilgi ileten bir network, uydu bazlı radyo navigasyon sistemine verilen addır. Dünya üzerinde nerde bulunduğunun bilgisini uyduların uzaklıklarının ölçümünden kesinkes vermektedir. Amerikan Savunma Bakanlığı’nın denetiminde ve idamesinde olan sistem 24 adet uydu takımından oluşur. Uyduların yörünge hareketi 12 saat sürermektedir.

Ufuk çizgisi üzerinde erişilebilen maksimum uydu sayısı günün saati ve konuma bağlı olarak 8-12 arasında değişir. Üç boyutlu pozisyon elde edebilmek için en az 4 adet uydudan yayınlanan sinyalin işlenmesi gerekir. Normal şartlarda GPS sinyallerini engelleyecek fiziksel engel yok ise en az 6-8 arası sayıda uydu ile iletişim kurulur.

GPS alıcısı iki boyutlu konumlama (enlem, boylam) ve araç yer değiştirmesini hesabı için en az üç uyduya kilitlenmelidir. Dört ve daha fazla uydun gozlenmesiyle alıcıyla üç boyutlu konumlama (enlem boylam yükseklik) elde edilebilir. GPS alıcısı pasif yapıda olduğundan yani havada bulunan sinyali işlediğinden (FM radyosu gibi) uydulara veya başka her hangi bir yere sinyal göndermez.

GPS sistemi konum ve hız bilgisini doğru, sürekli, küresel ve üç boyutlu olarak uygun almaç donanımına sahip kullanıcılara sunmaktadır. GPS ayrıca bir çeşit UTC (Universal Time Coordinated) zaman bilgisini de sağlamaktadır GPS iki farklı kalitede hizmet sunmaktadır: Standart Yerbulum Servisi (SPS) ve Hassas Yerbulum Servisi (PPS). Bunlardan SPS sivil kullanım için belirlenmişken, PPS askeri amaçlı olarak kullanılmaktadır. PPS’ye erişim çeşitli kriptolama özellikleri ile denetlenerek kullanımına sınırlama getirilmektedir. Bu mekanizmalardan birisi olan AS (antispoofing), bir tür karıştırma (jamming) tekniği olan yanıltma (deception jamming)’ya karşı bir önlemdir.

PPS de yatay düzleminde 22m (2drms,%95) ve düşeyde 27,7m (%95)’lik bir doğruluk değeri belirlenmiştir. Bu değerler bir noktada yapılan tüm yer bulumların %95’inin o noktayı merkez alan 2drms yarıçaplı dairenin belirlediği alanın içinde olacağını göstermektedir. PPS’in sağladığı zaman transfer doğruluğu 200nsn (%95) ve hız ölçüm doğruluğu da 0,2m/sn dir.

SPS de yatay düzlemde 100m (2drms,%95) ve düşeyde 156m (%95) duyarlılıklarına sahiptir. SPS’in sağladığı zaman transfer doğruluğu 340nsn (%95) dir. SPS’in düşük doğruluğunun en başta gelen nedeni A.B.D. Savunma Bakanlığı’nın SPS verisine uyguladığı SA (Selective Availability) yöntemidir. Bundan amaçlanan SPS için en azından yerbulumsal doğruluk ölçütleri dikkate alındığında PPS’le aynı düzeye gelmemesini sağlamaktır.

GPS sisteminin belirlenen temel özellikleri;

• Küresel kaplama,
• Sürekli ve her hava koşulunda çalışabilme,
• Dinamik platformda uygunluk,
• Sınırsız kullanıcı olanağı,
• Yüksek doğruluk olarak saptanmıştır.

GPS Bölümleri

Uzay Bölümü
Ekvator ile 55 derecelik eğim yapan her yörüngede 4 uydu olmak üzere 6 yörünge düzlemi üzerine yerleştirilmiş dünya yüzeyinden yaklaşık 20200 km yükseklikte 21 esas ve 3 yedek olmak üzere toplam 24 uydudan oluşmaktadır. Yeryüzünün tamamını 24 saat ve yılın 365 günü kaplama alanları altında tutabilecek şekilde yerleştirilmişlerdir. Böylelikle dünyanın herhangi bir yeri, herhangi bir zamanda en az 4 uydu tarafından görülebilmektedir.

Yedek uyduların amacı, esas uydulardan herhangi birinde sorun olması halinde bunun yerine devreye girmek olmakla birlikte günümüzde uyduların tamamı aktif haldedir. İlk 10 uydu geliştirme amaçlı olup, ömürleri 10 yıldır. Bunlara Block I denilmektedir. 1989–1993 yılları arasında 23 tane uydu gönderilmiş ve en son 1994 yılında 1 uydu atılarak sistem 24 uydu ile tamamlanmıştır. Bunlara Block II uyduları denmektedir. Her kuşak uydu bir öncekine göre daha yüksek yeteneklerde ve daha uzun ömürde olacak şekilde tasarlanmıştır.

Uzay bölümünün genel özellikleri aşağıdaki şekilde sıralanabilir;
Uydular yeryüzünden yaklaşık 20200 km (yer merkezinden 26500 km) uzaklıkta olup 11 saat 58 dakikada bir tam devir yaparlar.

Yeryüzünde herhangi bir yer ve zamanda gözlenebilecek en az uydu sayısı 4 tür ve her bir uydu yaklaşık 5 saat ufuk hattı üzerinde kalır. Türkiye bölgesinde enleme göre değişmekle birlikte gözlenebilen en çok uydu sayısı 10’dur.

Uydu yörünge zamanı (ortalama yıldız zamanı) ile yer dönmesi (ortalama güneş zamanı) arasındaki yaklaşık 4 dakika/gün fark nedeniyle, yörüngedeki bir gözlemci aynı uyduyu her gün dört dakika erken gözlemektedir.

Kontrol Bölümü

Kontrol Bölümü Uzay Dağılımı

Ana kontrol istasyonu, yer antenleri ve izleme istasyonlarını içeren İşletim Kontrol Sisteminden (OCS) meydana gelmektedir. Tüm GPS uyduları dünya üzerinde uygun dağılmış, çok hassas saatlerle donatılmış, konumu iyi bilinen 6 sabit izleme istasyonundan (Hawaii, Coiorado Springs, Cape Canavaral, Ascension, Diego Garcia, Kwajaiein) izlenmektedir. Bu istasyonların amacı, günlük olarak uyduların sağlıklı biçimde çalışmalarını sağlamak, toplanan verilerin irdelenmesi ile uydu yörüngelerinin belirlenmesi, uydu saatlerinin düzeltmelerinin hesaplanması ve yeni hesaplanan yörünge saat düzeltmesi, SA etkileri gibi bilgilerin uydulara yüklenmesidir.

Ana Kontrol İstasyonu, tüm sistemin kontrolünden, her bir uydu için uydu efemeris bilgilerinin ve saat düzeltmelerinin hesabından sorumludur. Diğer 4 istasyon ise izleme istasyonu olarak görev yapmakta ve uydu efemerislerinin belirlenebilmesi için gerekli verileri toplamaktadır. Ayrıca Ascencion, Diego Garcia, Cape Canavaral ve Kwajalein istasyonlarında efemeris bilgilerini ve saat düzeltmelerini uydulara yüklemek amacıyla yer antenleri de bulunmaktadır.

Kullanıcı Bölümü
Kullanıcı bölümü üç kısımdan oluşur. Anten, alıcı/işlemci (Receiver/Processor), Kontrol ve display ünitesi (CDU). Kullanıcı bölümü, değişik firmalar tarafından üretilir ve elde edilen sinyallerden, yer, hız, zaman bilgilerini çıkarmada kullanılır.

Konumları şok iyi bilinen uydular ile GPS alıcısı arasındaki mesafenin ölçümüne dayalıdır. Uydularda birer atom saati bulunur ve uydular, GPS alıcısına zaman, uydunun konumu, transmisyon süresi gibi bilgileri kodlanmış olarak gönderir. Alıcı, bu bilgilerden faydalanarak enlem, boylam, irtifa ve zaman bilinmeyenlerini çözer ve bu şekilde o anda bulunulan konum ve hızı hesaplar. Yalnızca C/A kodunu çözebilen sivil veya ticari GPS alıcılarında hesaplamalar sonucu oluşabilecek hata payı yaklaşık 100 metredir.

Bu değer P kodunu da çözebilen askeri GPS alıcılarında 1 6 metre civarına kadar düşer. Sistemin doğruluğunu daha da artırmak için değişik yöntemler kullanılır. Bu kısım alıcıda uydudan gelen sinyallerin kodlarının çözülmesini içerir Alıcı şu işlemleri gerçeklerştirir

• Bir veya daha fazla uydu secer
• Gps sinyallerini yakalar
• Ölçer ve tarar
• Navigasyon bilgisini tekrar düzenler

Askeri Kullanım Alanları

• Kara, deniz ve hava araçlarının navigasyonu
• Hedef bulma
• Arama-Kurtarma
• Füze güdümü
• INS sistemlerinin desteği
• Uçakların, görüşün sınırlı ya da hiç olmadığı hava koşullarında iniş ve kalkışı

Sivil Kullanım Alanları

• Kara, deniz ve hava araçlarının navigasyonu
• Jeodezi ve jeodinamik amaçlı ölçmeler
• Kadastral ölçmeler
• Kinematik GPS destekli fotogrametrik çalışmalar
• Yerel ve küresel deformasyon ölçmeleri
• Araç takip sistemleri
• Uçakların, görüşün sınırlı ya da hiç olmadığı hava koşullarında iniş ve kalkışı
• Aktif kontrol ağları
• CBS veri tabanlarının geliştirilmesi
• Turizm, tarım Hidrografik ölçmeler

GPS Uydu Sinyalinin Özellikleri
GPS sistemi kısa dalga boylu (yüksek freakanslı) radyo dalgaları kullanmaktadır. Uydulardan yararlanılarak yapılan GPS ölçmelerinde, elektromanyetik dalgalar kullanılarak uydulardan kullanıcılara veri akışı sağlanmaktadır. Her GPS uydusu konum belirleme amaçlı olarak iki temel frekansa sahip olup bunlar Ll ve L2’ dir. Ll ve L2 frekansları 10.23 MHz olan temel frekansın 154 ve 120 tam katlan alınarak elde edilmiş olup, Ll frekansı 1575.42 MHz dalga boyu 19cm ve L2 frekansı 1227.60 MHz’ dalga boyu 24 cm dir. Uydular bu sinyallerle faz ve kod ölçüleri ile kendi konum bilgilerini (efemeris) yayınlar.

Ll ve L2 taşıyıcı frekansları, uydu saat düzeltmeleri, yörünge parametreleri gibi bilgilerin yeryüzündeki alıcıya ulaştırılabilmesi amacıyla kodlarla ve Navigasyon Mesajı verileri ile modüle edilmiştir. Bu modülasyon işleminde her bir uyduya tek anlamlı PRN (Pseudo Randorn Noise) uydu kod numarası verilmiştir. Tüm uydular aynı taşıyıcı frekansta veri yayını yapmasına karşın, uydu sinyalleri PRN kod modülasyonu tekniği nedeniyle birbiri ile karışmamaktadır. Her uydunun PRN kodu diğerlerinden bağımsız ve tek anlamlı olduğundan uydu sinyalleri birbirinden CDMA tekniği ile ayırt edilebilmektedir.

Ll taşıyıcı frekansı üzerine iki PRN kodu ve Navigasyon Mesaj verileri modüle edilmiştir. Ll taşıyıcı frekansı üzerinde C/A kod (Coarse/Acquisition), P-kod (Precise/Protected Code) ve Navigasyon Mesajı bilgileri; L2 taşıyıcısı üzerinde ise P kod ve Navigasyon Mesajı bilgileri bulunmaktadır.

GPS Uydu Sinyali

GPS Sinyal Modülasyonu

GPS ve Ölçme Hataları
GPS sistemi bugüne kadar geliştirilmiş en yüksek doğruluklu küresel bir konum belirleme ve navigasyon sistemi olmasına karşın, tüm diğer sistemlerde olduğu gibi, bazı zayıf tarafları vardır. Başka bir deyişle, GPS ölçülerinden elde edilen sonuçları da etkileyen bazı raslantısal ve sistematik sapmalar söz konusudur. Bunlar:

İnsan Hataları
Seçimli Doğruluk Erişimi (SA) : SA etkisi uygulanmadığı durumlarda SPS ile elde edilen konum doğruluğu yaklaşık 20 metre iken, SA uygulandığı durumlarda 2 boyutta doğruluk yaklaşık 100 metre (%95 olasılıkla), 3 boyutta ise yaklaşık 156 metredir. (%95 olasılıkla). SA etkisi iki farklı şekilde uygulanmıştır. Birincisinde uydu Navigasyon Mesajında yayınlanan yörünge bilgileri ile oynanmakta (e – epsilon tekniği), ikincisinde uydu saati frekansı ile oynanmaktadır (S tekniği, clock dithering).

EMI (Electomagnetic Inteferance) :Alıcıya ulaşan sinyalin kasıtlı olarak başka bir ortamdan daha güçlü yapılan sinyal yayınımı ile mevcut GPS sinyalinin karıştırılması ile oluşturulan hatadır.

Sinyal Yansıma: Uydulardan yayınlanan sinyallerin yeryüzünde herhangi bir noktada kurulu olan antene, bir veya daha fazla sayıda yol izleyerek ve esas sinyale karışarak ulaşmasına sinyal yansıma etkisi denir. Yüksek binalar, kayalıklar, vadiler bu gruba girer.

Uydu Geometrisi
Uyduların birbirlerine ve yeryüzündeki alıcıya göre olan konumlarının, alıcı anteni koordinatlarının belirlenmesindeki hatalara katkısı duyarlılık kaybı (DOP) faktörleri ile ifade edilmektedir. Genel olarak yüksek DOP değeri uydu geometrisinin doğru konum belirleme için uygun olmadığını (uyduların birbirine çok yakın olduğunu), düşük DOP değeri ise uydu dağılımının çok iyi olduğunu ifade etmektedir.

Çevresel Ortam Kaynaklı Hatalar
İyonosfer Etkisi: İyonosfer, radyo dalgalarını dağıtıcı bir özelliğe sahip olup, bu bozucu etki radyo dalgalarının frekansına bağlı olarak değişim gösterir. Ölçülen uydu alıcı uzunluğunda iyonosferden dolayı bir azalma ya da fazlalık söz konusudur. Bu nedenle L1 alıcıları bir model ile L1 ve L2’li alıcıları ise, aradaki frekans farkından dolayı gecikmeyi yakalayarak, hatanın bir kısmı düzeltilmektedir.

Troposfer Etkisi Nötr (iyonize olmamış) atmosferin radyo frekanslarında yayınlanan elektromanyetik dalgalara olan etkisi troposferik gecikme etkisi (yada troposferik refraksiyon) olarak isimlendirilmektedir. Nötr atmosfer elektromanyetik dalgaların hızını ve yönünü değiştirir. Bu etki elektromanyetik dalganın yavaşlamasına ve eğilmesine neden olur.

Alıcı Hataları
Alıcı anteni faz merkezi GPS sinyallerinin antene ulaştığı nokta olup bu nokta genellikle geometrik faz merkezinden farklıdır. İdeal olarak GPS anteninin faz merkezi, antene ulaşan sinyalin geliş doğrultusundan bağımsız olması gerekir. Ancak, uygulamada, uydu sinyalinin azimut ve yükseklik açısına bağlı olarak antenlerin faz merkezlerinde küçük değişimler gözlenmektedir.

GPS İle Ölçme Methodları
GPS’ de ölçülen noktaların cinsine, istenen duyarlılığa ve amaca göre farklı ölçme metotları uygulanır. Sonuçta elde edilen koordinatlar alıcı tipine, gözlem süresine, uyduların konumu ve sayısına, ölçü tipine göre değişir. Bir noktanın doğrudan doğruya dünya üzerindeki konumu (enlem, boylam, yükseklik veya X,Y,Z) belirleniyorsa buna mutlak konum belirleme (Point Positioning) denir.

Birden fazla noktanın birbirine göre konumlarının belirlenmesine ise bağıl konum belirleme (Relative Positioning) denir. Konumu belirlenecek nokta hareketsiz ise (nirengi, poligon, detay) statik konum belirleme; hareketli ise (uçak, gemi, tank) kinematik konum belirlemeden söz edilir. Uçak, gemi ve benzeri araçların navigasyonu amacıyla anlık (real-time) konum belirleme yapılabilir. Ölçülerin, daha hassas sonuçlar elde etmek için arazideki ölçmelerden sonra ofiste değerlendirilmesi de (post-processing) mümkündür.

Konum Belirleme
Bir aracın gerçek kuzey (true north) denilen, bilim çevrelerince kabul edilmiş olan referans yöne doğru yaptığı mesafeye paralel (latitude, x- ekseni), kuzey ile 90° yaptığı mesafeye meridyen (longitude, y- ekseni) adı verilir. Aracın düşeye doğru yaptığı mesafe ise z- ekseni veya yükseklik (altitude) olarak adlandırılır

Paralel – Meridyen Eksenleri

Kullanıcı ünitedeki GPS alıcısının, iki GPS uydusunun yayınım alanı arasında olduğu durumda, eğer GPS alıcısı, uydular ile arasındaki mesafeyi bilirse, uyduların bilinen pozisyonlarını kullanarak kendi pozisyonunu bulabilir.

Uyduya göre mesafe radyo sinyallerinin uydudan bize nekadar sürede ulaştığınının hesaplanmasıyla saptanır. Uydu ve alıcının saatleri senkronize olduğu varsayılır. Eğer bir hata varsa bunun kaynağı % 95 donanım, ortam ve atmosferdir. Kasıtlı sinyal bozulması seçici uygunluğu ve karşıt yansıtma sinyaliyle olabilir.

Hız Ölçümü
GPS, kullanıcı hızının üç boyutlu olarak belirlenebilmesini olanaklı kılmaktadır. Bu amaçla birkaç yöntem kullanılmakla birlikte, modern GPS alıcılarında hız ölçümleri, taşıyıcı faz ölçümlerinin işlenmesi ile yapılmaktadır. Böylece uydudan alınan sinyalin kullanıcıya göre Doppler kayması hesaplanmaktadır. GPS, kullanıcı hızının üç boyutlu olarak belirlenebilmesini olanaklı kılmaktadır. Bu amaçla birkaç yöntem kullanılmaktadır. Bazı almaçlarda hız, kullanıcı konumunun yaklaşık bir türevi alınarak saptanmaktadır.

GPS Üzerine Gelişmeler

Geniş Alan İyileştirme Sistemi (WAAS)
WAAS, GPS uydu sinyalleri ve yerdeki ağ sayesinde; yol safhasından itibaren hassas yaklaşmaya kadar hava navigasyonunu olanaklı kılacak bir sistemdir. Uçakların uygun GPS sistemleriyle donatılması ve yapılması planlanan GPS destekli sistemlerin geliştirilmesiyle birlikte, 21. Yüzyılda GPS ile hassas yaklaşmaları gerçekleştirecek düzeye gelinecektir.

Planlar, öncelikle Kategori I ILS yaklaşmalarında GPS kullanımını sağlamak üzere yapılmaktadır. WAAS şimdilik sadece ABD’de geliştiriliyor olmasına karşın dünya geneline yayılarak geliştirilmesi planlanmaktadır.

Federal Aviation Administration (FAA), WAAS için 23 tane yer referans istasyonu kurmayı ve 68 günümüzdeki programın gerçekleştirilmesi durumunda WAAS‘in yakın gelecekte devreye girmesini planlamaktadır. Kurulması planlanan yer istasyon ağıyla her GPS uydusunun konumu izlenecek, GPS bilgisindeki hataların düzeltmeleri, yayın düzeltmeleri ve doğruluk mesajları daha doğru ve güvenilir şekilde yayınlanacaktır. WAAS’ın temel amacı, GPS uydu konum bilgilerindeki hataları en aza indirmektir.

Sabit Duran Uydular Ve Kapsama Alanları

Yerel Alan İyileştirme Sistemi (LAAS)
Local Area Augmentation System (LAAS), WAAS’e göre daha az kaplama alanı olmasına rağmen daha yüksek doğrulukta bilgiler elde etmeyi sağlayacaktır. FAA’nın yerel alan (local area) programı LAAS olarak adlandırılmaktadır. Yerel alan kaplama alanı, terminal alan operasyonları için yeterlidir. WAAS ve LAAS‘ın amacı ABD’de ve diğer ülkelerde bu sistemlerin oluşturulmasıyla birlikte tüm dünya düzeyinde navigasyon servisi vermek ve hassas yaklaşmanın bu iki sistemle gerçekleştirilmesini sağlamaktır. WAAS ve LAAS’ın tamamlanması, günümüzde kullanılan yere bağlı radyo navigasyon sistemlerinin yerini alması anlamına gelecektir.

Halen kullanımda olan yere bağlı navigasyon sistemleri, dünya çapında servis sağlamalarına karşın kısıtlı kaplama alanı, kısıtlı doğruluk dereceleri ve yüksek maliyetleriyle yeterli performansı saylayamamaktadırlar. Sadece LAAS bir havaalanında birden fazla piste servis sağlayabilir.

ABD’de Institude of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) tarafından sponsorluğu yapılan Position Location and Navigation Sempozyumunda FAA’nın LAAS hakkındaki son raporuna göre:

• DGPS düzeltme sinyalleri, şu anda VOR için kullanılan 108–118 MHz frekans bandında saniyede iki kez olmak üzere yayınlanacak,

• GPS sinyallerinin yerden ya da yakındaki binalarda yansımasının yol açabileceği hataları en az düzeye indirmek için dual anten kullanılacak. Bunlardan biri yansımalardan dolayı oluşan düşük seviyedeki sinyalleri alırken, diğeri uçaklardan gelen sinyalleri alacak,

• Bir havaalanında bir tek LAAS kullanıldığından bunda oluşacak bir arıza durumunda uçaklar başka bir havaalanına yönelmek durumunda kalacaklardır. Bunu önlemek için LAAS yedekli olarak yapılacaktır.

NMEA 0183 Protokolü
GPS uygu sinyalleri alan GPS alıcısı gerekli işlemleri yaparak elde edilen verileri TTL veya RS232 seviyesinde seri iletişimle iletirler. Burada önemli olan hangi formatta yayınlandığıdır. NMEA (National Marine Electronics Association) protkolü çerçesinde konum değişikliklerinde hata olmadan nmea 0183 formatında yollanmaktadır. Nmea protokolü çeşitli amaçlarla kullanılabilir haldedir. Bunlardan bir kaçı şu şekildedir

– GNSS (Global Navigation Satellite System),
– GPS
– Loran (radyo sinyalleri ile gemi ve uçağın yer tespiti)

Nmea 4800 baud hızda 8bit- ASCII karakter iletmektedir. Lojik 0 başlama biti ile başlamakta, lojik 1 seviyesinde 8 bilgi biti ile ve sonlandırma bitiyle son bulmaktadır. Pariyt biti kullanılmamaktadır

Her bir cümlecik $GPDTS, Inf 1,Inf 2, Inf 3,Inf 4,Inf 5,Inf 6,Inf n*CS şeklinde gelmektedir. Mesaj ID si değiştikçe gelen bilgilerimiz farklılaşacaktır.

Nmea ID Anlamları

GGA – Global Posistioning System Fixed Data
Protokolden bize ulaşan cümle ID si GGA olduğunda;
$GPGGA,141159.970,3756.5470,N,03230.4809,E,1,07,01.8,1055.9,M,36.3,M,,*5D Şeklindeki bilgi vasıtasıyla zaman, enlem, boylam ve yükseklik değerlerimizi almamız sağlanır. Kullanılan uydu sayısı da bu cümlede belirtilir.

GLL – Geografic Position

Protokolden bize ulaşan cümle ID si GGL olduğunda; $GPGLL, 3723.2475,N,12158.3416,W,161229.487,A*2C Şekildeki bilgi vasıtasıyla enlem boylam yarı küre bilgisi, zaman bilgisi değerlerine ulaşılabilmektedir.

GSV GNSS Satellites İn Viev
Protokolden bize ulaşan cümle ID si GSV olduğunda;

$GPGSV,3,1,09,2,19,268,38,4,18,234,35,8,50,247,39,10,20,317,35*47
$GPGSV,3,2,09,13,54,069,24,23,24,094,,24,08,205,35,27,76,300,41*7C
$GPGSV,3,3,09,28,15,185,41,,,,,,,,,,,,*47

Şekildeki bilgi vasıtasıyla haberleşme sağlanan uydu ID ve sayıları hakkında bilgi edinilebilmektedir. Bu protokolde birden fazla cümlecik gelebilmektedir. Bunun sebebi, haberleşilen uydular fazla olduğu zaman cümle içersinde ana 3 uydu haberleşmesi gösterilebildiğinden fazla cümle ile bilgilerin aktarılmasıdır.

RMC – reccommended minimum specific GNSS Data
Protokolden bize ulaşan cümle ID si RMC olduğunda;

$GPRMC,141200.970,A,3756.5470,N,03230.4808,E,0.00,255.34,280506,,,A*6D

Şekildeki bilgi vasıtasıyla zaman bilgisi, enlem – boylam bilgisi ve Knot cinsinden hıza ulaşabilinmektedir. Bunların yanı sıra yön ve tarih bilgisi de bu cümlenin içerisinde yer almaktadır.

VTG- Course Over Ground and Ground Speed
Protokolden bize ulaşan cümle ID si VTG olduğunda;

$GPVTG,255.34,T,,,0.00,N,0.00,K,A*75
Şekildeki bilgi vasıtasıyla yön bilgisine, Knot ve Km/h cinsinden bilgine ulaşılabilmektedir.

Yapılan ölçümlerde alınan örnek protokol cümlecikleri şu şekildedir:

$GPGGA,141159.970,3756.5470,N,03230.4809,E,1,07,01.8,1055.9,M,36.3,M,,*5D              
$GPGSA,A,3,02,04,08,10,24,27,28,,                                
$GPGSV,3,1,09,2,19,268,38,4,18,234,35,8,50,247,39,10,20,317,35*47                      
$GPGSV,3,2,09,13,54,069,24,23,24,094,,24,08,205,35,27,76,300,41*7C                     
$GPGSV,3,3,09,28,15,185,41,,,,,,,,,,,,*47                                         
$GPVTG,255.34,T,,,0.00,N,0.00,K,A*75                                    
$GPRMC,141200.970,A,3756.5470,N,03230.4808,E,0.00,255.34,280506,,,A*6D                 
$GPGGA,141200.970,3756.5470,N,03230.4808,E,1,07,01.8,1055.9,M,36.3,M,,*53              
$GPGSA,A,3,02,04,08,10,24,27,28,,,,,,2.5,1.8,1.7*3C                                    
$GPGSV,3,1,09,2,19,268,38,4,18,234,34,8,50,247,39,10,20,317,35*46                      
$GPGSV,3,2,09,13,54,069,24,23,24,094,,24,                                        
$GPGSV,3,3,09,28,15,185,41,,,,,,,,,,,,*47                                         
$GPVTG,255.34,T,,,0.00,N,0.00,K,A*75                                    
$GPRMC,141201.970,A,3756.5470,N,03230.4808,E,0.00,255.34,280506,,,A*6C                 
$GPGGA,141201.970,3756.5470,N,03230.4808,E,1,07,01.8,1055.8,M,36.3,M,,*53              
$GPGSA,A,3,02,04,08,10,24,27,28,,,,,,2.5,1.8,1.7*3C                                    
$GPGSV,3,1,09,2,19,268,38,4,17,234,34,8,50,247,39,10,20,317,35*49                      
$GPGSV,3,2,09,13,54,069,24,23,24,094,,24,08,205,35,27,76,300,41*7C                     
$GPGSV,3,3,09,28,15,185,40,,,,,,,,,,,,*46                                         
$GPVTG,255.34,T,,,0.00,N,0.00,K,A*75                                    
$GPRMC,141202.970,A,3756.5470,N,03230.4808,E,0.00,255.34,280506,,,A*6F                 

PROJE DONANIMI

GPS Module

GPS Modulu

Proje için seçilen GPS modülü ( WD-G-ZX4120 ) serili marka modüldür. Yüksek duyarlılıkta çok düşük güç tüketimiyle verimli bir GPS modülüdür. OEM sistem uygulamaları için uygunluğu mevcuttur. 16 kanalı ile 16 uyduya kadar uydu görüşüne sahiptir. Modül RS232 (TTL) seviyesiyle Nmea protokolüyle haberleşme içerisindedir.

GPS Donanımı

Pin bağlantılarından devre kurulumunda antenden uydu geldiği bilgisi geldiğinde düşük seviyeye düşmesi, Nmea protokol cümleciklerinin iletimi için, batarya ucunun 1-2 – 2 V arasında değer alması, anten durumunu göstermesi, reset kısmının maksimum 2V olması ve toprak-besleme bağlantısı olması için devre tasarlanmasıyla modul çalışması sağlanmıştır.

GPS modülleri şekildeki gibi bir yapıya sahiptir. Dışarıyla bağlantı sağlayan anten girişi, güç ile beslenmek üzere besleme girişi, eşleme için bilgi girişi ve protokol girişi çıkışları mevcuttur. Uydudan alınan sinyal gerekli işlemler yapılarak Nmea protokol cümleleri oluşturulur. Bu protokol sayesinde istenilen bilgilere ulaşılabilir.

Antenden gelen 1575,42 MHz’lik sinyal içerideki donanım sayesinde düşük değerlere dönüştürülür. Referans osilatör işlemler için bir taşıyıcı frekans içerir. Bu analog sinyal 2-bit ADC ile dijital değerlere dönüştürülür. Bilgiler PRN dizisiyle işleme sokulur. Aynı zamanda sinyal girişim seviyesine yükseltilir. Sinyal işleme işlemlerinden sonra buradan çıkarılmış hesaplanmış ve kayıtlı konum içeren değerler içerisindeki mikroişlemci ile dışarıya verilmektedir.

Genel Özellikleri

• Düşük güç tüketimi
• 45 saniyede sistem oturmaya başlamaktadır.
• 16 kanallı taraması mevcuttur
• GPS alıcısı TTL seviyeli seri portal komut mesajları iletilmektedir.
• Reaksiyon süresi 100ms dir.
• Nmea 0183 ve nemerix ikili kodlama standardına uygundur
• Yanlışsız GPS zamanıyla orantılı 1PPS çıkış sinyalı
• Optimum saat sürüklenme ayarlı
• Dışardan anten ve aşırı yük korumalı

Teknik Özellikleri

• Frekans : L1, 1575,42 MHz
• C/A kod : 1,023 Mhz chip hızı
• Kanal : 16

Hassasiyet

• İzleme : -12 dBm typ
• Yakalama : -139dBm typ

Doğruluk

• Konum : 7 metre (%90) yatayda
• Hız : 0,1 m/sn
• Zaman : GPS zamanıyla 1 mikrosaniye senkronizasyonlu

Datum

• Varsayılan : WGS-84
• Diğerleri : İsteğe göre belirlenebilir

Yakalama Hızı

• Reaksiyon : Ortalama 0,1 saniye
• Ani başlama : Ortalama 2 saniye
• Sıcak çalıştırma : Ortalama 10 saniye
• Sıcak açma : Ortalama 38 saniye
• Soğuk başlatma : Ortalama 45 saniye

Dinamik Koşullar

• Yükseklik : 18,000 metre (60,000 feet) max
• Hız : 515 metre/saniye (1000knots) max
• İvme : 4g.max
• Sıçrama : 20 metre /saniye max

Güç

• Besleme girişi : 3.3 ±5% VDC girişi
• Güç tüketimi : Sürekli moddayken 89 mW
• Kaynak akımı : 27 mA @3.3V (sürekli modda)

Seri port

• Elektriksel arayüz : TTL seviyede NMEA 0183 protokolüne uygundur
• Varsayılan NMEA : GGA, GSA, GSV, RMC ve VTG. 9600 baud hızında. 1 başlama 1 stop bitli 8 bitlik veri içerir. Parity biti yoktur.

Dışardan Anten Özellikleri

• Kazanç : 20 dB (kablo kayıplarını içerecek şekilde)
• Gürültü : 1,5 dB
• Akım : 3-30 mA
• İşlev voltajı : 2,5- 2,8 V

Fiziksel Özellikleri

• Boyutları : 25.9 mm x 25.9 mm x 2.7 mm
• Ağırlığı : 3.4g

Zaman 1pps ve sistem: Çoğu Gps modulune her saniyede bir darbe gelir. Ve bu 1pps olarak yani 1 saniyede bir darbe anlamıyla karşılık gelir. UTC ile senkronizasyonlu olmaktadır ve TTL seviyesindedir.

PPS sinyali

GPS Anten
GPS modüllerinde dâhili ve harici anten bulunabilir. GPS uydularından gelen sinyallerin algılanmasını sağlar. GPS modulleri aktif ve pasif antenlerle kullanılabilirler aktif antenler önyükselteç kullanarak kullanılırlar.

GPS anteni

GPS modül alıcıları sadece seri Nmea TTL seviye kullanmakla yükümlü olan bilgi üretirler. Bunlar bilgisayara aktarmak istendiğinde RS232 ile bu seviyeye dönüştürülür. Anten alıcıları son derece zayıf olan uydu sinyallerini almaktadır. Sinyal çıkışı ise -163 dBW civarındadır. Bazı pasif antenlerde 3 DB kazanç vardır. Antenler harici olarak bağlandığı zaman modülün anten için istediği özelliklere dikkat etmek gerekmektedir.

Bu bölümde PIC16F877 Özelliklerinden Bahsedilmiş PIC16F877 Hakkında Yazısı ile Aynıdır

LCD Display

LCD PCM1602B-FL-YBS

Değişik firmalar tarafından üretilen LCD modülleri, küçük hesap makinaları veya mikrodenetleyicili sistemlerde çok az bir çaba ile etkili bilgi sunuşunu sağlarlar. LCD’ler yaygın olarak 1 ile 4 satır arasında değişmekte ve her satırda 16’dan 40’a kadar karakter olabilmektedir.

Bir LCD’deki her bir nokta gösterge karakteri 5*7 veya 5*10 noktalı olabilmektedir. LCD’ler baskılı devreye karakter üreticisi ve sistem kontrolörü ile birlikte monte edilmiştir. LCD’lerin çeşitli olmasına karşın kontrolörle iletişim protokolü standarttır.

LCD arabirimi TTL uyumludur. LCD 4 veya 8 bit bir veri yoluna bağlanabilir. 4 bit veri yolu mimarisinin gerçekleştirilmesi, mikrodenetleyiciye başka amaçlarda kulanılan 4 bit kazandırır buna karşın gösterge ile haberleşme süresi iki katına çıkar ki bu gecikme çok önemli değildir.

LCD için 3 kontrol hattı gerekir. LCD lojik devreleri için 5V ve LCD sürücüsü için ise ayrı bir beslemeye ihtiyaç vardır.

LCD Modül Uçları

LCD Display Bağlantı Uçları

LCD’de 14 adet pin mevcuttur. LCD uçlarından, 1–3 besleme için, 4–6 üç kontrol hattı için ve kalan sekiz uç, 7–14 veri yolu içindir. Lojik seviye H, lojik 1ve L seviyesi lojik 0’a karşılık gelmektedir

LCD Göstergesinin Beslemesi ve LCD Seçenekleri
LCD göstergede besleme için üç uç ayrılmıştır. Bunlar Vss, Vcc ve Vee’dir. Vss toprak, Vcc 5 volt besleme ve Vee LCD göstergenin gerilimini gösterir. Vee gerilimi Vcc geriliminin altındadır. Genellikle Vcc – Vee gerilimin farkı V0 ile gösterilir. V0 gerlim farkı bazen 5V’tan fazla olabilir. Buda Vee geriliminin Vss gerliminin altında olması demektir. Bu gerilimi elde etmek için, negatif bir güç kaynağı kullanılmalıdır. Eğer LCD çalışma sıcaklığı azalırsa V0 yükseltilmelidir.

Yani Vee daha negatif yapılmalıdır. Laboratuvar ortamında pek değişmese de açık hava koşullarında LCD göstergenin görünürlüğü azalır. Bunun için bu göstergelerde özellikle açık havada, sıcaklık düşünce V0 gerilimini arttıran bir devrenin kulanılması, LCD üreticileri tarafından tavsiye edilmektedir.

Gösterge
LCD göstergeler, 40 karaktere ve 4 stıra kadar değişik seçenekler sunar. LCD göstergeler 80 adet karaktere kadar kodu saklayabilmek için dahili bir RAM bulundururlar. Örneğin bir satırında 16 karakteri olan iki satırlık bir göstergeyi, herbirinda 40 karakteri olan 2 sanal satır olarak düşünebiliriz. 40 karakterlik bir satır bulunmaktadır ancak biz onu 16 karakterlik bir pencere ile görebiliriz.

Arzu edilen herhangi bir noktaya karakter yazmak istenirse, bunun için önce DDRAM’deki adresi belirtilmelidir. Bu işlem imlecin istenilen yere gitmesini ve bir sonra yazılacak karakterin buraya yazılmasını veya okunacak karakterin buradan okunmasını sağlar.

Seri Haberleşme

RS-232 nedir
Kısaca RS-232 nin tanımı Elektronik Endüstrisi Birliği (Electronic Industries Association (EIA) tarafından tanımlanmış elektriksel iletişim için seri bağlantı standartıdır. Sistem devresinden seri haberleşmeyi sağlamak üzere MAX232 entegesi kullanılmıştır. RS–232 standartı kendi arasında 3 Guruba Ayrılır (RS-232A,RS-232B,RS-232C). Bunların arasındaki fark herbirinin Çıkış ve iniş Voltajlarının ( Yani 1 ve 0 voltajlarının) farklı olmasıdır. Ancak günümüzde en çok kullanılan RS–232 cinsi RS-232C’dir. Bu RS–232 cinsinin voltajları Off( Yani 0) -3,-12V On(Yani 1) +3,+12V aralığındadır.

RS232 Pin Uçları Görünümü

Pin Bağlantıları

DCD (Data Carrier Detect)
DCD pini bağlantı yapılacak olan cihazın veri iletişimine hazır olup olmadığını ya da bu cihazın iletişim için çalışıp çalışmadığının anlaşılmasına yarar. Bu sinyal iletişim yapılacak cihaz tarafından gönderilir. Eğer buradan gelen voltaj OFF değerinde ise karşı taraf hatta ve veri iletişimine hazır olduğunun göstergesidir.

RXD (Receive Data) , TXD (Transmitted Data)
Bu pin üzerinden karşı bilgisayardan veriyi alınır. TXD pini ise karşı cihaza verinin gönderilmesini sağlar. Bu Pinlerin voltaj aralıkları gönderilecek karakterin ya da bilginin cinsine göre 1 ya da sıfır olur. Örneğin göndermek istenilen veri “A” ise bu karakterin binary (ikili sistem kodu) 1100101 olacaktır.

DTR (Data Terminal Ready)
Veri iletiminin hazır olduğumuzu karşı tarafa bildiren pindir. Off değeri bizim veri iletişimine hazır oluğumuzu On değeri ise bizim veri iletişimine hazır olmadığımızı belirtir.

GND (Logical Ground)
Teknik olarak GND pinine ait olan sinyal bir sinyal ya da bir voltaj değildir fakat diğer pinlerdeki işletilecek sinyallerde bu pin (Yani Mantıksal Toprak) olmadan işletilemezler. Basit olarak GND pini hangi voltajın negatif hangi voltajın pozitif olacağını belirlemede bir referans noktasıdır.

RTS (Request To Send)
Bu pin gönderilecek olan verilerimizin hala mevcut olduğunu belirterek diğer veriler için karşı cihazın kendini hazılaması gerektiğini bildiren sinyali yollar. Bu sinyal genelde off durumundadır.

CTS (Clear To Send)
Pine sinyal karşı cihazdan gelir. Off pozisyonu bizim cihazımızdan karşı cihaza gönderilecek verinin devamının olduğunu belirtir. RTS ve CTS sinyalleri cihazların veri iletişiminin düzgün olmasını sağlar. Çoğu cihazda RTS ve CTS sinyalleri otomatik olarak Off pozisyonundadır.

Visual GPS

İnternet üzerinden erişilebilen görsel bir programdır. GPS modülünden aldığımız değerlerin anlamlı bir şekilde bize sunuşunu yapar.

Survey penceresinde koordinatlara bağlı olarak değişimlerin grafiğe dökülmüş hali görülmektedir.
Command penceresinde modülden elde ettiğimiz Nmea protokolündeki cümlecikler gelmektedir.
Signal quality penceresinde görüşte bulunan uydular ve iletişim düzeyleri görüntülenmektedir. Sağlıklı ve net olmayan değerler farklı gösterilerek belirtilmektedir.

Navigation penceresinde enlem, boylam ve yükseklik değerlerini göstermeye yardımcı olmaktadır. Hangi yarım kürede bulunulduğu bilgisi elde edilmektedir.

Azimuth and elevation penceresi iletişim sağlanmış uydular hakkında yükseklikleri ve açıları hakkında bilgi vermektedir.

Altimeter penceresi yüksekliği gösteren arayüzdür. Speedometer penceresi bizim asıl ihtiyacımız olan hız bilgisini görselliğiyle kullanıcıya sunan kısımdır.

Visual Gps programı seri port girişlerini desteklemekte, Nmea protokol cümlelerine göre işlem yapmaktadır. Sistem başlarken bağlantı uçları hız ayarları yapılarak kullanılır hale getirilmektedir.

Visual GPS Arayüzü

Proje Şemaları

LCD PIC Haberleşmesi
Yazılım olarak tercih edilen PIC C Program diline hâkimiyet kazanılarak gerekli komutlarla “derya ölmez” yazısının kayarak LCD ekranda kayan yazı şeklinde yazdırılması gerçekleştirilmiştir. PIC temelinde olan donanım ve LCD bağlantısı yapılmıştır. Kontrast ayarlarından çıkan sorunlar çerçevesinde uygun donanım sağlanarak bu kısım başarıyla tamamlanmıştır. Bu esnada farklı bir GPS modul üzerinden seri haberleşme sağlanarak mikro kontrolöre nasıl bir program yazılması gerektiği hakkında çalışmalar yapılmıştır.

Gerekli yazılım akış diyagramı çerçevesinde yapılmıştır

LCD Haberleşmesi Akış Diyagramı

LCD-GPS Modül-Mikro denetleyici Haberleşmesi
GPS modül-mikro denetleyici-LCD haberleşmesi sağlanmış Nmea protokolü çerçevesinde bilgilerin LCD ekrana yazdırılması başarılmıştır. Gerekli yazılım akış diyagramı çerçevesinde yapılmıştır.

Mikro denetleyiciye bilginin gelip gelmediğine bakılmakta, geldiğinde doğru bilginin alınması sağlanmaktadır. GPS için uygun cümlecikleri içlerinden seçilmektedir. Doğru protokol cümleleri alındığında bizim için gerekli bilgiler LCD ekrana aktarılır. Bunu yanı sıra GPS modülünden alınan bilgiler seri haberleşme birimiyle bilgisayar ara yüzünde görüntülenmesini sağlar.

Hazırlanan araç kiti vasıtasıyla hareketli cisim bir otomobil farz edildiğinde gerekli enerjinin araç üzerinde karşılanması sağlanmıştır.

GPS Modul-PIC- LCD Haberleşmesi Akış Diyagramı

Mikrodenetleyiciler ile diğer cihazlar arasında haberleşme yönetim yapan uygulamalar hep dikkatimi çekmiştir Microchip PIC Serisi ile gps kullanı için Türkçe kaynak arayan kişilere faydalı olabilecek fez alacakları iki proje umarım faydası olur