Un localiseur GPS avec téléphone portable Siemens pour données

Nous reprenons ici, en les améliorant considérablement, l’étude et la réalisation du localiseur GPS/GSM publiées dans l'article : "Un localiseur GPS/GSM à faible coût". Ce nouveau montage n’utilise plus le canal vocal du portable Siemens, mais il envoie les informations de position par le canal des données. De l’appareil précédent, il garde le faible coût et la compatibilité avec la nouvelle cartographie vectorielle Fugawi.


La conception initiale du réseau GPS remonte aux années 70 : la Défense américaine commence à développer un système, tout d’abord militaire, capable de localiser un objet où que ce soit sur la Terre. La première utilisation civile autorisée date de 1983 : on décide cependant de distinguer l’usage militaire, doté d’une précision de relèvement de 10 mètres et l’usage civil, ayant une précision dégradée à 100 mètres. Les premières utilisations civiles eurent lieu dans l’univers des transports à grande échelle et d’abord dans le but de suivre les rotations des avions ou des bateaux. La précision, mais surtout les coûts, étaient cependant dissuasifs pour les usagers privés et c’est seulement depuis les années 2000, alors que la dégradation du signal civil vient d’être supprimée, que s’ouvrit un nouveau marché pour la localisation, ce qui permit l’effondrement des prix dont nous jouissons aujourd’hui : l’utilisation de la nouvelle technologie devient accessible aux amateurs*.
Ainsi apparaissent de nouvelles applications fondées sur la localisation d’une station distante, mais différenciées par l’utilisation finale des informations obtenues. Les systèmes installés sur des véhicules, ou portés par un piéton, tracent un parcours d’un point de départ à un point d’arrivée, guident l’usager pour le conduire à destination (marcheur, voiture, bateau, avion) tout en permettant de modifier ce parcours en temps réel en cas de prise de direction erronée ou de déroutement nécessaire. L’utilisation d’un GPS a en outre permis d’exécuter des relevés topographiques beaucoup plus précis et détaillés (y compris pour l’altitude) qu’avant. Une autre application, de plus en plus importante, a consisté à contrôler une flotte de véhicules au sein d’un territoire d’exploitation, de manière à pouvoir vérifier en temps réel la situation de chacun d’eux.




* Rappelons que le terme “amateur” s’oppose, dans notre esprit, à “commercial” et non à “sérieux” ni même à “usage professionnel” ! Ainsi, les Radioamateurs utilisent du matériel professionnel, même quand ils le construisent eux-mêmes.

Notre réalisation
Le montage que nous vous proposons dans cet article est précisément un localiseur GPS dont la caractéristique distinctive est qu’il utilise le réseau GSM pour l’envoi des données entre l’unité distante à localiser et la station de base réalisant le contrôle de l’ensemble. Pour le fonctionnement, on a recours à un (ou plusieurs) dispositif distant monté sur un (ou plusieurs) véhicule devant envoyer les données de sa propre position. Dans la station de base, les informations sont reçues et décodées de façon à permettre la visualisation du (ou des) véhicule, comme un point à l’intérieur d’une carte topographique. L’unité distante est constituée d’un localiseur GPS fournissant les coordonnées géographiques et d’autres informations de position : celles-ci sont élaborées par un contrôle puis transmises, par téléphone portable GSM, à la station de base. Cette dernière est dotée d’un téléphone portable GSM également, dont elle se sert pour recevoir les données : elle comporte, en plus, un contrôleur interfaçant le système avec un PC dans lequel est installé le logiciel cartographique de visualisation.
La mise en oeuvre de notre système est recommandée pour toute personne ayant besoin de contrôler en temps réel la position d’un (ou plusieurs) véhicule : il est typiquement conçu pour les sociétés de transport voulant contrôler leurs véhicules (voitures, utilitaires, camions, etc.) afin qu’ils ne soient pas utilisés à des fins non professionnelles.
En outre, les sociétés peuvent utiliser la station de base comme système de navigation : si un chauffeur se perd en chemin, il est possible, à partir de la station de base, de lui fournir des indications pour qu’il le retrouve. Ce localiseur peut néanmoins servir à un usager privé pour suivre, tout le temps et où qu’il soit, le parcours de son véhicule lorsqu’il l’a confié à une tierce personne.
En cas de vol, voire d’accident ou simplement d’incident (panne), il lui est alors possible de déterminer sa position afin de le retrouver. Nombre de mères seront ainsi rassurées sur le destin de leur rejeton !
Côté GPS, le système fonctionne avec tout récepteur doté d’une sortie standard NMEA-0183, avec vitesse de 4 800 ou 9 600 bits/sec et d’un port sériel RS232. Nous avons, quant à nous, utilisé un GPS910 travaillant à 4 800 bauds et caractérisé par un poids et des dimensions assez faibles : il est muni d’un port PS2 prélevant l’alimentation directement sur le circuit et d’une antenne incorporée. Une LED signale à l’usager si le nombre minimal de satellites nécessaire au calcul du positionnement est atteint ou non.
Côté GSM, en revanche, le dispositif a été conçu pour travailler avec un portable Siemens série 35 et particulièrement avec le C35, le S35 et le M35 (le A35 n’est pas utilisable car il est dépourvu de modem interne). Notre choix s’est une fois de plus porté sur ces modèles car ils sont standards et encore disponibles à prix abordables sur le marché de l’occasion. Le prix de revient de l’ensemble sera d’autant plus modeste qu’on pourra utiliser, si l’on veut, un ordinateur même plus très jeune.
Dans l'article : "Un localiseur GPS/GSM à faible coût", nous avons déjà proposé un localiseur GPS/GSM. Ce montage-ci le reprend en partie, tout en lui conférant des qualités nouvelles et l’amélioration des anciennes : en particulier, le nouveau dispositif ne recourt plus aux tons DTMF pour émettre les informations, mais il utilise une ligne consacrée au transport des données.
Il est ainsi possible de réaliser une communication en temps réel entre émetteur et récepteur. En outre, la première version du système envoyait seulement la latitude et la longitude (prélevée dans le flux GPRMC provenant du localiseur GPS) et régénérait, en réception, quelques données manquantes. La nouvelle version, en revanche, envoie toutes les données arrivant du récepteur GPS, y compris, par exemple, le nombre des satellites reçus ou la vitesse du véhicule. En fait, tout se passe comme si le dispositif GPS était relié directement au port sériel du PC de la station de base et non distant de quelques milliers de kilomètres. Les deux téléphones portables GSM constituent, en effet, une liaison de point à point laquelle, du point de vue du logiciel cartographique, équivaut à un câble sériel ordinaire qui serait utilisé pour interfacer le récepteur GPS à l’ordinateur.
L’utilisation d’un canal dédié au transport des données suppose l’emploi de cartes SIM nécessaires à l’émission et à la réception de celles-ci : il faut donc avoir ou se procurer des SIM avec extensions données/fax en nombre égal au nombre des unités distantes voulues plus une pour la station de base. Ne vous effrayez pas de ce nombre car elles n’ont pas un coût élevé et sont très largement disponibles.

Le schéma électrique des deux dispositifs
Regardons les schémas électriques de la station de base (figure 1) et de l’unité distante (figure 2). Les principaux blocs et les conceptions de base sont les mêmes : toutes les deux, en effet, doivent interfacer un téléphone GSM avec un port sériel RS232 auquel est relié, pour l’unité distante, le localiseur GPS et, pour la station de base, l’ordinateur. Dans l’unité distante, il y a en plus un port PS2 utilisé pour alimenter le GPS. Les deux circuits sont équipés d’un microcontrôleur PIC16F876 auquel incombe le rôle de superviser les différentes fonctions. Chaque platine comporte en outre un relais contrôlant la charge de la batterie du téléphone : il est en effet relié à l’alimentation quand le niveau de charge de sa batterie descend en dessous de 40 % ou bien pendant la communication, de façon à éviter la coupure de la liaison à cause de la faiblesse de la batterie.

Le fonctionnement de l’unité distante
Ce circuit nécessite une alimentation en +12 V pouvant être fournie, par exemple, par l’allume-cigares du véhicule : cette tension alimente le relais RL1 et son transistor pilote T1. Le bloc U3 constitue un régulateur de tension fournissant le +5 V alimentant les composants TTL et le récepteur GPS, ce dernier par le port PS2. Le coeur du circuit est la puce U1, soit le microcontrôleur PIC16F876 : par sa broche 27, il gère l’excitation et la relaxation du relais. L’état de LD1 est en revanche commandé par le bit 7 du port C. En outre, par les bits 1 et 2 du port C et les bits 3 et 4 du port A, le PIC envoie les données provenant du GPS directement au téléphone portable. La puce U3 MAX232 est en revanche utilisée pour adapter les niveaux de tension du port sériel (+12 V, –12 V), auquel est relié le localiseur GPS, aux niveaux TTL (0 V et 5 V). Le téléphone portable GSM nécessite en revanche de travailler en 0 V et 3,6 V : c’est pourquoi le microcontrôleur n’est pas alimenté en 5 V mais, à travers la série D2-D3, en 3,6 V. Avec cette tension le PIC fonctionne cependant correctement : il est en mesure de reconnaître les niveaux provenant de la puce U3, mais il fournit à ses deux sorties des tensions sans danger pour le portable. La tension de 3,6 V suffit pour commander le transistor T1 et pour provoquer l’allumage de LD1.
Toutes les opérations de gestion sont exécutées par le logiciel du microcontrôleur déjà programmé en usine.
Celui-ci interroge normalement le portable afin de vérifier l’état de sa batterie et de détecter l’arrivée éventuelle d’un appel. Dans le premier cas, si le niveau de charge descend en dessous de 40 %, le microcontrôleur excite le relais et la batterie se recharge : quand le niveau de charge 100 % est recouvré, RL1 est relaxé. Dans le second cas en revanche, il accepte l’appel et émet les données provenant du localiseur.
En plus de cela, pendant l’appel, le portable est mis en charge, de façon à éviter de perdre la liaison au moment où des données sont transmises.
Le circuit dispose, en outre, d’un mécanisme d’auto “baud-rate” (débit de données) du système GPS : on peut en effet utiliser indifféremment le GPS avec une vitesse de 4 800 ou de 9 600 bits/sec. C’est au PIC de reconnaître automatiquement dans laquelle des deux situations on se trouve et de se paramétrer en conséquence.
LD1 est utilisée pour fournir à l’usager toutes les informations concernant le fonctionnement du système : à la mise sous tension elle clignote 3 fois puis reste éteinte jusqu’à ce que l’on connecte le GPS ou le téléphone portable.
En outre, la LED reste active même si le système ne parvient pas à effectuer l’auto “baud-rate” du GPS.
Quand le système est prêt à fonctionner, la LED s’éteint et commence à exécuter de brefs éclairs à intervalles de 5 secondes. De plus, pendant l’appel, la LED reste allumée, signalant ainsi que le GPS est en liaison avec les satellites.

Le fonctionnement de la station de base
Le circuit de la station de base dérive de celui du localiseur GPS/GSM (voir l'article : "Un localiseur GPS/GSM à faible coût") : mais ici on n’aura pas recours à des tons DTMF pour envoyer les informations, on utilise une ligne dédiée au transport des données. Par rapport au montage précédent, ont donc disparu tous les éléments qui constituaient le décodeur DTMF : en particulier, le circuit intégré 8870 de décodage des tons a disparu. Dans le schéma électrique de la figure 2, pour la clarté de l’information, nous avons toutefois laissé ces composants en les marquant d’un astérisque. Comme l’unité distante, la station de base dispose d’un microcontrôleur PIC16F876 gérant toutes les opérations logiques du circuit. Ce PIC s’interface d’un côté, par ses broches RA3 et RA4 et grâce au MAX232 (U3), au port sériel de l’ordinateur. De l’autre, grâce aux bits RC1 et RC2, il est directement relié aux broches RX et TX du portable. Ici aussi, on a une LED LD1 et un relais RL1 utilisé pour mettre en charge le téléphone. Le circuit est alimenté en 12 V, directement utilisé par RL1 et son transistor pilote T1.
Le régulateur de tension U4 7805 fournit, lui, le 5 V stabilisé alimentant le MAX232. Ici encore, le microcontrôleur communique directement avec le portable : comme pour l’unité distante on utilise donc les deux diodes D2-D3 pour abaisser à 3,6 V l’alimentation du PIC.
Le logiciel du microcontrôleur se charge de vérifier la présence du téléphone et de la liaison au PC, de lire le niveau de charge de la batterie et d’exciter éventuellement le relais de charge, ainsi que d’activer l’appel et la communication avec le GSM de l’unité distante. Pour se connecter avec celle-ci, il est nécessaire de composer manuellement le numéro du portable concerné : le PIC lit le numéro ayant été appelé, supprime l’ancienne communication de type vocal et rétablit une nouvelle connexion (cette fois en mode données) avec le portable. Il active en outre RL1 afin de mettre en charge le téléphone. Toutes les données arrivant du GSM de l’unité distante sont acquises par le PIC et ensuite envoyées au PC. Pour terminer l’appel, il est nécessaire de presser manuellement la touche correspondante du portable : cet événement est reconnu automatiquement par le microcontrôleur lequel désactive aussitôt le relais et met un terme à l’envoi des données vers l’ordinateur.
Ici encore, LD1 est utilisée pour donner des indications sur le fonctionnement du dispositif : à la mise sous tension elle clignote 3 fois puis reste allumée jusqu’à ce que le portable soit relié et reconnu. Alors elle s’éteint et émet un éclair toutes les 5 secondes environ afin de signaler que le système est prêt. Pendant l’appel, afin d’indiquer que le changement de données est en cours, elle reste allumée.

Figure 1 : Schéma électrique de l’unité distante.

Liste des composants
R1 = 4,7 kΩ
R2 = 4,7 kΩ
R3 = 33 kΩ
R4 = 33 kΩ
R5 = 1 kΩ
R6 = 2,7 kΩ
R7 = 470 kΩ
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 100 nF multicouche
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 470 μF 25 V électrolytique
C5 = 220 μF 25 V électrolytique
C6 = 220 μF 25 V électrolytique
C7 = 1 μF 100 V électrolytique
C8 = 1 μF 100 V électrolytique
C9 = 1 μF 100 V électrolytique
C10 = 1 μF 100 V électrolytique
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
D3 = 1N4007
D4 = 1N4007
LD1 = LED 3 mm rouge
Q1 = Quartz 20 MHz
U1 = PIC16F876-MF481 programmé en usine
U2 = MAX232
U3 = 7805
T1 = BC547
RL1 = Relais miniature 12 V

Divers :
1 Bornier 2 pôles
1 Connecteur sériel DB9 mâle
1 Connecteur PS2 pour circuit imprimé
1 Support 2 x 14
1 Support 2 x 8
1 Câble pour liaison au portable Siemens 35
1 Dissipateur ML26
1 Boulon 10 mm 3MA
1 Boîtier


Figure 2 : Schéma électrique de la station de base.

Les composants marqués d’un astérisque (*) sont ceux de la version précédente (Voire l'article : "Un localiseur GPS/GSM à faible coût") : ils ne sont plus montés sur la nouvelle platine.

Liste des composants
R1 = 4,7 kΩ
R2 = 4,7 kΩ
R3 = 33 kΩ
R4 = 33 kΩ
R5*
R6*
R7*
R8*
R9 = 2,7 Ω
R10 = 470 Ω
R11 = 1 kΩ
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 100 nF multicouche
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 470 μF 25 V électrolytique
C5 = 220 μF 25 V électrolytique
C6 = 220 μF 25 V électrolytique
C7*
C8*
C9*
C10 = 1 μF 100 V électrolytique
C11 = 1 μF 100 V électrolytique
C12 = 1 μF 100 V électrolytique
C13 = 1 μF 100 V électrolytique
C14 = 1 μF 100 V électrolytique
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
D3 = 1N4007
D4 = 1N4007
LD1 = LED 3 mm rouge
Q1 = Quartz 20 MHz
Q2*
U1 PIC16F876-MF482 programmé en usine
U2*
U3 = MAX232
U4 = 7805
T1 = BC547
RL1 = Relais miniature 12 V

Divers :
1 Prise d’alimentation
1 Connecteur sériel DB9 femelle
1 Support 2 x 14
1 Support 2 x 8
1 Câble pour téléphone portable Siemens 35
1 Dissipateur ML26
1 Boulon 10 mm 3MA
1 Boîtier


Figure 3a : Schéma d’implantation des composants de l’unité distante.

Figure 3b : Photo de l’un des prototypes de l’unité distante.

Figure 3c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’unité distante.

Figure 4a : Schéma d’implantation des composants de la station de base.

Figure 4b : Photo de l’un des prototypes de la station de base.

Figure 4c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la station de base.

Figure 5 : L’unité distante se compose d’un téléphone portable GSM, d’un récepteur GPS et d’une interface à réaliser.

Figure 6 : L’unité de base est constituée d’un téléphone portable GSM et d’une interface à réaliser.

La réalisation pratique
La réalisation pratique de la platine de l’unité distante
Elle ne présente aucune difficulté, surtout si, au cours du montage, vous regardez attentivement les figures 3a et 3b associées à la liste des composants. Tout d’abord, procurez-vous ou réalisez (par la méthode préconisée et décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?") le circuit imprimé dont la figure 3c donne le dessin à l’échelle 1.
Une fois le circuit imprimé gravé et percé en mains, placez et soudez (pas de court-circuit entres pistes ou pastilles ni soudure froide collée) les deux supports des circuits intégrés DIL, à 2 x 8 et 2 x 14 broches : vous mettrez en place les circuits intégrés après la dernière soudure du dernier composant et avoir tout vérifié.
Montez et soudez toutes les résistances et les diodes (bagues repère-détrompeurs orientées dans le bon sens montré par la figure 3a), puis les condensateurs (pour les électrolytiques n’inversez pas la polarité : la patte la plus longue est le +, là encore, contrôlez sur la figure 3a) et la petite LED rouge (en respectant la polarité : l’anode + est la patte la plus longue). Laissez les pattes de la LED assez longues pour qu’elle puisse affleurer sous la surface du boîtier.
Montez et soudez le quartz (couché et maintenu par un fil dénudé soudé des deux côtés à la masse et sur le boîtier), le transistor (méplat repère-détrompeur orienté dans le bon sens montré par la figure 3a), le régulateur de tension (couché dans son dissipateur ML26 et maintenu par un boulon 3MA) et le relais miniature (on ne peut le monter que dans le bon sens).
Montez et soudez enfin, à droite, le bornier d’alimentation à deux pôles (plus sûr dans un véhicule qu’une prise jack) et, à gauche, le connecteur sériel DB9 mâle et le connecteur PS2 pour circuit imprimé : ces deux derniers sont pour le récepteur GPS, en fait celui qui va le mieux, avec ces connecteurs (le DB9 pour les données et le PS2 pour l’alimentation 5 V), est le GPS910.
Tout ayant été soigneusement vérifié (ni inversion de polarité ni inter version de composants, ni mauvaise soudure), vous pouvez enfoncer, avec beaucoup de soin, les deux circuits intégrés (repère-détrompeurs en U orientés dans le bon sens montré par la figure 3a).

La mise en place de la platine de l’unité distante dans le boîtier plastique et les essais.
D’un côté du boîtier, il faut réaliser deux trous adéquats pour le passage des deux connecteurs GPS et de l’autre deux trous adéquats pour le passage des deux câbles, un pour l’alimentation et l’autre pour les 4 fils de couleurs du câble de connexion au téléphone portable Siemens S35 (le fil vert ne sert pas et donc on peut le couper) : le fil blanc va au pôle RX, le marron au pôle TX, le jaune au +V, la tresse de masse enfin va au GND. Un dernier trou en face avant pour l’affleurement de la petite LED rouge. C’est terminé, fermez le boîtier avec les 4 vis.
Aucun réglage n’est à faire, seulement les essais. Si la station de base n’est pas prête, mettez le circuit sous tension, reliez le récepteur GPS et le téléphone portable et vérifiez que la LED se comporte comme nous l’avons indiqué plus haut. Et vous pouvez alors passer à la réalisation de la station de base.

La réalisation pratique de la platine de la station de base
Les figures 4a et 4b vous permettront de mener à bien le montage sans aucun souci.
Tout d’abord, procurez-vous ou réalisez (par la méthode préconisée et décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?") ce circuit imprimé dont la figure 4c donne le dessin à l’échelle 1.
Une fois le circuit imprimé gravé et percé en mains, placez et soudez (pas de court-circuit entres pistes ou pastilles ni soudure froide collée) les deux supports des circuits intégrés DIL, à 2 x 8 et 2 x 14 broches : vous mettrez en place les circuits intégrés après la dernière soudure du dernier composant et avoir tout vérifié. Ne montez pas les composants assortis d’un * dans la liste : ils appartenaient à l’ancien modèle de station de base dont on n’a gardé que le circuit imprimé, d’ailleurs la photo d’un des prototypes de la platine le montre bien (figure 4b).
Montez et soudez toutes les résistances et les diodes (bagues repère-détrompeurs orientées dans le bon sens montré par la figure 4a), puis les condensateurs (pour les électrolytiques n’inversez pas la polarité : la patte la plus longue est le +, là encore, contrôlez sur la figure 4a) et la petite LED rouge (en respectant la polarité : l’anode + est la patte la plus longue). Laissez les pattes de la LED assez longues pour qu’elle puisse affleurer sous la surface du boîtier.
Montez et soudez le quartz (couché et maintenu par un fil dénudé soudé sur le boîtier et des deux côtés à la masse), le transistor (méplat repère-détrompeur orienté dans le bon sens montré par la figure 4a), le régulateur de tension (couché dans son dissipateur ML26 et maintenu par un boulon 3MA) et le relais miniature (on ne peut le monter que dans le bon sens).
Montez et soudez enfin, à gauche, la prise d’alimentation jack (plus commode ici qu’un bornier car cette station devra être déplacée) et le connecteur sériel DB9 femelle : ce dernier va à l’ordinateur par l’intermédiaire d’un câble sériel.
Tout ayant été soigneusement vérifié (ni inversion de polarité ni interversion de composants, ni mauvaise soudure), vous pouvez enfoncer, avec beaucoup de soin, les deux circuits intégrés (repère-détrompeurs en U orientés dans le bon sens montré par la figure 4a).

La mise en place de la platine de la station de base dans le boîtier plastique et les essais.
D’un côté du boîtier il faut réaliser deux trous adéquats pour le passage des deux connecteurs (ordinateur et alimentation) et de l’autre un trou pour le passage des 4 fils de couleurs du câble de connexion au téléphone portable Siemens S35 (le fil vert ne sert pas et donc on peut le couper) : le fil blanc va au pôle RX, le marron au pôle TX, le jaune au +V, la tresse de masse enfin va au GND. Un dernier trou en face avant pour l’affleurement de la petite LED rouge. C’est terminé, fermez le boîtier avec les 4 vis.
Reliez le GSM et le PC aux ports correspondants, mettez sous tension et vérifiez que tout fonctionne correctement.

Figure 7 : La technologie GPS.
Le système GPS base son fonctionnement et la localisation des unités distantes sur la technique de la triangulation : le réseau GPS est constitué d’une constellation de 24 satellites positionnés sur une orbite circulaire de 20 000 kilomètres de rayon, de telle façon que chaque point de la surface terrestre soit toujours couvert par un minimum de 5 satellites. Chacun d’eux envoie 3 flux de données : le premier envoie sa propre identification, le deuxième sa position orbitale et le troisième un signal temporel produit par une horloge atomique.
La station réceptrice calcule la distance la séparant du satellite comme produit du temps mis par le signal pour atteindre la Terre par la vitesse c de la lumière. Cette distance étant calculée, il est possible de supposer que le récepteur se trouve en un point appartenant à la surface sphérique dont le satellite est le centre et dont le rayon est égal à la distance. Connaissant la distance par rapport à deux autres satellites, il est possible de dessiner trois sphères se coupant en deux points, dont un est écarté en vertu de considérations géométriques et cinématiques et dont l’autre est la position de la station.
Pour calculer le temps de propagation et donc la distance satellite/récepteur, on utilise un système de codes. Le satellite envoie un flux de bits connu du récepteur : en comparant le flux reçu avec un flux produit localement par le dispositif distant, on trouve le déphasage temporel représentant le temps de propagation. Pour que la technique fonctionne correctement, il est nécessaire d’avoir une synchronisation entre satellite et récepteur. Les satellites sont dotés d’une horloge atomique extrêmement précise alors que les terminaux ne le sont pas (ce serait trop coûteux). On a donc recours au signal d’un quatrième satellite. Si en effet les 4 satellites et le récepteur sont synchronisés, on obtient comme intersection des 4 surfaces sphériques un seul point. En réalité, on n’a jamais de synchronisation et donc la solution n’est jamais un seul point. Si toutefois on accepte que l’unique source d’erreurs soit la synchronisation de l’horloge à terre, il est possible de raisonner à rebours et de calculer l’ajustement temporel de l’horloge terrestre de manière à avoir un seul point comme solution. Une fois calculée cette valeur, on synchronise le “timer” du récepteur et on calcule les coordonnées avec précision.
Dans la réalisation pratique existent encore d’autres causes d’erreur. Par exemple, les satellites n’ont pas une orbite parfaitement circulaire, en outre les signaux ralentissent en traversant l’atmosphère terrestre et ils peuvent suivre des chemins multiples à cause des ondes réfléchies par les objets situés à proximité du récepteur. C’est pourquoi, dans la réalité, il n’est pas vrai qu’en utilisant 4 satellites on réussit à obtenir un point précis et ce sont là les causes qui expliquent la tolérance de quelque dix mètres dans la localisation.
La précision augmente cependant proportionnellement avec le nombre de satellites reçus.

Mécanisme du calcul de la distance satellite/récepteur GPS

Figure 8 : Le logiciel cartographique Fugawi.
L’interface présente dans la station de base est compatible avec le logiciel cartographique Fugawi 3.0 et les cartes vectorielles correspondantes. Pour une grande partie de notre territoire la définition va jusqu’aux rues des villes.
Le programme permet de paramétrer la configuration du port sériel : faites-le en choisissant le port COM du PC auquel vous avez relié l’inter face, une vitesse de 9 600 bits/sec, aucune parité, 8 bits de données, 1 bit de Stop et aucun contrôle de flux.
Il nous semble qu’une des caractéristiques intéressante du logiciel, outre la visualisation en temps réel de la position du localiseur, est qu’il permet de mémoriser les informations arrivant du GPS et par conséquent de garder le tracé des parcours effectués par les différents véhicules.
Pour mémoriser une session, il suffit d’activer la fenêtre du Log et, à la fin de la communication ou à tout autre moment, sauvegarder les données sous un nom quelconque en utilisant la commande “Save” et spécifier le nom du fichier dans lequel écrire les données.
Pour récupérer ces données et les visualiser sur la carte, ou bien tracer le parcours, il suffit d’entrer dans le menu “Forms” puis dans “Track Library”.
A l’intérieur de cette fiche, vous trouvez tous les fichiers sauvegardés que vous pouvez importer avec l’option “Import Track File”.

Ecran de visualisation de la carte logicielle Fugawi.

Ecran de visualisation du fichier de log du logiciel Fugawi.

Fenêtre de paramétrage du port sériel de l’ordinateur.

Figure 9 : Configuration des portables GSM.

Pour les deux unités, distante et de base, il n’est pas nécessaire de paramétrer une configuration particulière du portable : il faut simplement éliminer la requête du PIN à la mise sous tension. De plus, pour celui de l’unité distante, il peut être nécessaire de l’habiliter à la réception des données. Ce dernier paramétrage peut être activé en accédant au menu : sélectionner la dernière indication Reçoit Fax/données.

Les essais d’utilisation du système
Voyons maintenant, point par point, comment utiliser l’ensemble du système.
Nous ayons placé une unité distante sur un véhicule et le téléphone portable, les ports RS232 et PS2 du localiseur GPS sont reliés aux connecteurs de l’interface. L’alimentation de l’unité distante est reliée à l’allume-cigares dudit véhicule.
Quant à la station de base, nous avons déjà connecté, par le port sériel, son interface au PC contenant le logiciel cartographique. Nous avons inséré l’alimentation et le téléphone portable est relié par son câble.
Bien sûr, les deux GSM sont allumés (on a allumé celui ou ceux de l’unité distante avant celui de la station de base). On sait que les batteries peuvent se décharger, mais que le système s’occupe de les recharger au moment opportun.
Le véhicule a quitté le parc de la société (ou de votre maison) et a déjà parcouru quelques kilomètres. A un moment, nous voulons contrôler sa position : nous composons sur le téléphone GSM de la station de base le numéro du GSM de l’unité distante.
Tout de suite après la pression de la touche d’envoi, l’appel est interrompu par le microcontrôleur : en effet, cette connexion est encore de type vocal et c’est pourquoi elle est bloquée. Immédiatement après, l’interface de la station de base appelle automatiquement le même numéro, mais cette fois, la communication a lieu en mode données. Après quelque dix secondes pendant lesquelles les deux GSM échangent des informations sur la connexion qu’on vient de réaliser, commence la transmission proprement dite des données de l’unité distante à la station de base. Si, sur le PC de la station de base, le programme cartographique est exécuté, le véhicule est localisé et visualisé au sein de la carte affichée à l’écran.
L’échange des données de localisation continue jusqu’à ce que la liaison soit interrompue manuellement par pression sur la touche correspondante du téléphone portable de la station de base. Il est donc possible de garder le tracé de tous les déplacements du véhicule.
Si l’on dispose d’une flotte de plusieurs véhicules, il est nécessaire de munir chacun d’entre eux d’une unité distante, bien sûr : à partir de la station de base, il est possible de voir le tracé du parcours de tous les véhicules en appelant leurs différents numéros à intervalles réguliers et prédéterminés.
Quant à l’emplacement où installer l’unité distante dans le véhicule, il est conseillé de fixer le téléphone portable et le récepteur GPS dans un endroit qui ne fasse pas trop écran à la HF (UHF dans les deux cas) : placez-les de telle façon qu’ils aient une “fenêtre” d’ouverture vers le ciel la plus grande possible (surtout le GPS). Sous le pare-brise ou la lunette arrière, ce n’est pas mal du tout. Ne les fixez pas sous le toit du véhicule en tout cas, car il est généralement métallique.
Enfin, dernière recommandation : nous l’avons vu, le système travaille à l’intérieur de plusieurs réseaux ou utilise différentes vitesses. Le GPS utilise une vitesse de 4 800 bits/sec : la communication entre le GSM Siemens et le microcontrôleur et celle entre ce dernier et l’ordinateur a une vitesse maximale de 9 600 bits/sec.
En fait, à cause des diverses vitesses de communication, il se peut que pendant quelques instants une perte de données se produise : la mise à jour de la position reste de toute façon inférieure à 3 secondes, temps plus qu’acceptable pour les applications que nous avons visées et les vitesses que les véhicules sont capables d’atteindre (à moins de monter une unité distante sur Concorde !).

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