Ortsbestimmung von einem Roboter mit Hilfe von GPS
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Diplomarbeit aus dem Jahr 2005 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 1,0, Helmut-Schmidt-Universität - Universität der Bundeswehr Hamburg (Elektrotechnik, Technische Informatik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Zusammenfassung:Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Gegebenheiten der GPS-Navigation. Dazu wird am Anfang die Funktionsweise des GPS-Systems erläutert. Im Anschluss daran wird auf das Datenprotokoll NMEA-0183, welches die Kommunikation zwischen GPS-Empfänger und angeschlossenen Gerät sicherstellt. An Hand dieses Datenprotokolls wird die Entschlüsselung der Daten ...
Diplomarbeit aus dem Jahr 2005 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 1,0, Helmut-Schmidt-Universität - Universität der Bundeswehr Hamburg (Elektrotechnik, Technische Informatik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Gegebenheiten der GPS-Navigation. Dazu wird am Anfang die Funktionsweise des GPS-Systems erläutert. Im Anschluss daran wird auf das Datenprotokoll NMEA-0183, welches die Kommunikation zwischen GPS-Empfänger und angeschlossenen Gerät sicherstellt. An Hand dieses Datenprotokolls wird die Entschlüsselung der Daten des GPS-Empfängers mit Hilfe des Mikrocontrollers XC161CJ von Infineon durchgeführt.
Diese Daten dienen dann zur Berechnung eines Kurses zwischen der aktuellen, durch den GPS-Empfänger ermittelten Position und einem vorgegebenen Ziel. Diese Rechnung wird durch die Großkreisberechnung durchgeführt, auf welche auch näher eingegangen wird.
Mit Hilfe dieses errechneten Kurses kann dann durchvergleichen mit dem anliegenden Kurses, welcher von einem integrierten Kompassmodul stammt, eine Steuerinformation erzeugt und zur Verfügung gestellt.
Des Weiteren wurde eine weitere Version des Programms entwickelt, welche neben den eben genannten Eigenschaften noch alle vom GPS zur Verfügung gestellten Daten aufarbeitet und diese in entsprechender Form ebenfalls zur Verfügung stellt.
Alle in dieser Diplomarbeit verwendeten Module und deren Einbindung bzw. Verwendung ist in dieser Arbeit näher erläutert. Dies sind:
- Ein GPS-Empfänger angebunden über RS 232 Schnittstelle.
- Ein Kompassmodul (Arbeitsweise basiert auf dem Magnetfeldlinien der Erde) angebunden über I²C Schnittstelle.
- Display (4x16, zum Anzeigen von Zwischen- und Endergebnissen) angebunden über Daten Schnittstelle (Datenbus (parallel)).
Alle aufgeführten Module wurden mit Hilfe von in C (Programmirrung) in Compiler Keil geschrieben und befinden sich Anhang der Diplomarbeit.
Um die Daten zu nutzen wurde dem Programm noch ein Navigationsprogramm hinzugefügt, welches Daten (Koordinaten) von Punkten der zurückgelegten Strecken (in einem vorgegebenen abstand (z.B. 5m) speichert und nach erreichen des Zieles diese Daten nutzt um dem Rückweg zu bestimmen.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.AUFGABENSTELLUNG UND KURZBESCHREIBUNG8
1.1Aufgabenstellung8
1.2Kurzbeschreibung9
2.GPS10
2.1Allgemeines zu GPS10
2.2Funktionsweise des GPS-Systems11
2.2.1Aufbau des GPS-Systems11
2.2.2Das Weltraumsegment11
2.2.3Das Kontrollsegment13
2.2.4Benutzersegment14
2.3Positionsbestimmung15
2.3.1Zwei- und dreidimensionale Positionsbestimmung16
2.3.2Zeitdifferenzen zwischen Satelliten und Empfängern17
2.4Die Trägerfrequenz18
2.5Fehlerquellen bei GPS20
2.5.1Fehlerquelle SA20
2.5.2Fehlerquelle Satellitengeometrie21
2.5.3Satellitenumlaufbahnen22
2.5.4Mehrwegeeffekt23
2.5.5Atmosphärische Effekte24
2.5.6Uhrenungenauigkeit und Rundungsfehler25
2.5.7Relativistische Effekte25
2.5.8Differenziales GPS ( DGPS )26
2.5.9Wide Area Augmentation System (WAAS)26
2.5.10EGNOS / GALILEO27
2.5.11Erreichbare Genauigkeiten des GPS-Systems27
2.6Standard NMEA 018329
2.6.1Wichtigen Datensätze des NMEA 0183 Standard30
3.DAS KOORDINATENSYSTEM33
3.1Geographische Breite33
3.2Geographische Länge34
3.3Umrechnungen Grad, Minute Sekunde35
4.DER GROßKREIS35
4.1Bedeutung des Großkreises35
4.2Die Großkreisberechnung37
4.3Beispielrechnung Großkreisberechnung38
5.AUSWAHL EINES GPS EMPFÄNGER41
5.1Auswahlkriterien für einen GPS Empfänger41
5.2Ausgewählte GPS Empfänger43
6.ENTSCHLÜSSELUNG DES NMEA 0183 STANDARDS45
6.1Entwurf eines Programms zum Plotten der Dat...
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Gegebenheiten der GPS-Navigation. Dazu wird am Anfang die Funktionsweise des GPS-Systems erläutert. Im Anschluss daran wird auf das Datenprotokoll NMEA-0183, welches die Kommunikation zwischen GPS-Empfänger und angeschlossenen Gerät sicherstellt. An Hand dieses Datenprotokolls wird die Entschlüsselung der Daten des GPS-Empfängers mit Hilfe des Mikrocontrollers XC161CJ von Infineon durchgeführt.
Diese Daten dienen dann zur Berechnung eines Kurses zwischen der aktuellen, durch den GPS-Empfänger ermittelten Position und einem vorgegebenen Ziel. Diese Rechnung wird durch die Großkreisberechnung durchgeführt, auf welche auch näher eingegangen wird.
Mit Hilfe dieses errechneten Kurses kann dann durchvergleichen mit dem anliegenden Kurses, welcher von einem integrierten Kompassmodul stammt, eine Steuerinformation erzeugt und zur Verfügung gestellt.
Des Weiteren wurde eine weitere Version des Programms entwickelt, welche neben den eben genannten Eigenschaften noch alle vom GPS zur Verfügung gestellten Daten aufarbeitet und diese in entsprechender Form ebenfalls zur Verfügung stellt.
Alle in dieser Diplomarbeit verwendeten Module und deren Einbindung bzw. Verwendung ist in dieser Arbeit näher erläutert. Dies sind:
- Ein GPS-Empfänger angebunden über RS 232 Schnittstelle.
- Ein Kompassmodul (Arbeitsweise basiert auf dem Magnetfeldlinien der Erde) angebunden über I²C Schnittstelle.
- Display (4x16, zum Anzeigen von Zwischen- und Endergebnissen) angebunden über Daten Schnittstelle (Datenbus (parallel)).
Alle aufgeführten Module wurden mit Hilfe von in C (Programmirrung) in Compiler Keil geschrieben und befinden sich Anhang der Diplomarbeit.
Um die Daten zu nutzen wurde dem Programm noch ein Navigationsprogramm hinzugefügt, welches Daten (Koordinaten) von Punkten der zurückgelegten Strecken (in einem vorgegebenen abstand (z.B. 5m) speichert und nach erreichen des Zieles diese Daten nutzt um dem Rückweg zu bestimmen.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.AUFGABENSTELLUNG UND KURZBESCHREIBUNG8
1.1Aufgabenstellung8
1.2Kurzbeschreibung9
2.GPS10
2.1Allgemeines zu GPS10
2.2Funktionsweise des GPS-Systems11
2.2.1Aufbau des GPS-Systems11
2.2.2Das Weltraumsegment11
2.2.3Das Kontrollsegment13
2.2.4Benutzersegment14
2.3Positionsbestimmung15
2.3.1Zwei- und dreidimensionale Positionsbestimmung16
2.3.2Zeitdifferenzen zwischen Satelliten und Empfängern17
2.4Die Trägerfrequenz18
2.5Fehlerquellen bei GPS20
2.5.1Fehlerquelle SA20
2.5.2Fehlerquelle Satellitengeometrie21
2.5.3Satellitenumlaufbahnen22
2.5.4Mehrwegeeffekt23
2.5.5Atmosphärische Effekte24
2.5.6Uhrenungenauigkeit und Rundungsfehler25
2.5.7Relativistische Effekte25
2.5.8Differenziales GPS ( DGPS )26
2.5.9Wide Area Augmentation System (WAAS)26
2.5.10EGNOS / GALILEO27
2.5.11Erreichbare Genauigkeiten des GPS-Systems27
2.6Standard NMEA 018329
2.6.1Wichtigen Datensätze des NMEA 0183 Standard30
3.DAS KOORDINATENSYSTEM33
3.1Geographische Breite33
3.2Geographische Länge34
3.3Umrechnungen Grad, Minute Sekunde35
4.DER GROßKREIS35
4.1Bedeutung des Großkreises35
4.2Die Großkreisberechnung37
4.3Beispielrechnung Großkreisberechnung38
5.AUSWAHL EINES GPS EMPFÄNGER41
5.1Auswahlkriterien für einen GPS Empfänger41
5.2Ausgewählte GPS Empfänger43
6.ENTSCHLÜSSELUNG DES NMEA 0183 STANDARDS45
6.1Entwurf eines Programms zum Plotten der Dat...
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