Микросхемы SENtrace для навигации без GPS

| PNI

Спутниковая навигация – чрезвычайно полезная технология, и с этим трудно спорить. Однако у нее есть некоторые недостатки. Например, она не всегда хорошо работает в зданиях и, кроме того, очень быстро расходует заряд аккумулятора. Компания PNI предлагает очень любопытное решение этих проблем в виде микросхемы SENtrace. Это сопроцессор, который помогает отслеживать положение устройства даже при отсутствии GPS сигнала.

SENtrace – микросхемы для навигации от PNI

Рис. 1. SENtrace – микросхемы для навигации от PNI

Трудно поверить, что всего 10 лет назад GPS-навигация для рядового обывателя была чем-то достаточно экзотическим. Теперь же функция определения собственного местоположения интегрирована даже в обычных смартфонах. Конечно, технология спутниковой навигации используется во многих отраслях: автотранспорт, коммерческие грузоперевозки, военная сфера и т.д. Тем не менее, именно на примере смартфонов и карманных навигаторов наиболее четко видны недостатки GPS-систем.

Во-первых, они не всегда способны точно определить местоположение объекта. Это может быть из-за неуверенного сигнала при отсутствии спутников или при нахождении внутри зданий. Если для автомобиля, который едет по шоссе ошибка даже в 10 метров кажется не столь критичной, то для пеших прогулок по торговому центру такая погрешность уже вызывает дискомфорт.

Во-вторых, модуль GPS имеет достаточно высокое потребление. Если речь идет об автотранспорте, то это опять-таки не столь критично. А вот для автономных устройств (смартфонов и навигаторов) это чувствительная проблема, так как модуль GPS быстро «съедает» заряд аккумулятора. Чтобы этого не происходило, его, как правило, всегда отключают.

Для увеличения точности навигации и снижения потребления предложены различные решения, например, использование базовых станций сотовых сетей и сетей Wi-Fi. Однако и тот и другой вариант имеет недостатки, схожие с GPS. Потребление модулей Wi-Fi также оказывается достаточно внушительным, кроме того, покрытие этих сетей, как правило, имеет достаточную плотность лишь в крупных городах. На этом фоне кажется интересным и перспективным способ локальной навигации с  использованием инерционных датчиков современных портативных устройств. Такой подход предлагает использовать и компания PNI.

Инженеры компания PNI справедливо исходили из того, что современные гаджеты практически всегда имеют на «борту» широкий спектр различных датчиков: гироскопы, акселерометры, магнитометры, альтиметры. С помощью них, а также при наличии даже не очень мощного процессора и соответствующих алгоритмов обработки, можно получить относительные координаты перемещения устройства. Именно этим и занимается микросхема сопроцессора SENtrace.

SENtrace принимает данные от датчиков, обсчитывает их и формирует значения перемещений (Δx, Δy, Δz), число шагов, временные метки и т.д. (рис. 2). Таким образом, центральный процессор всегда может определить относительное перемещение. Однако этого не достаточно, ведь пользователю важно знать абсолютные координаты. Для этого используется корректировка с помощью GPS.

Взаимодействие SENtrace с датчиками и процессором

Рис. 2. Взаимодействие SENtrace с датчиками и процессором

В результате принцип работы смартфона с SENtrace оказывается достаточно простым. Изначально, при условии хорошего качества приема сигналов со спутника, с помощью GPS-модуля определяется точное абсолютное местоположение устройства – ставится точка отсчета. Далее GPS отключается для экономии заряда батареи, а в действие вступает SENtrace и центральный процессор.

Естественно, что предложенный алгоритм навигации по датчикам не сверхточный и имеет накапливающуюся погрешность. Поэтому требуется периодический контроль и установка контрольных точек с помощью GPS (рис. 3).

 Пример попеременного использования SENtrace и GPS

Рис. 3. Пример попеременного использования SENtrace и GPS

Для того чтобы определить, когда нужно провести контрольное включение модуля спутниковой навигации, используется фильтр Калмана. Этот фильтр относится к типу фильтров с предсказанием. Если его расчетные данные и реальные значения начинают отличаться, принимается решение о необходимости включения GPS и установке очередной контрольной точки.

Таким образом, предполагается периодическая попеременная работа GPS и SENtrace. Она может быть выстроена по различным сценариям:

  • Разделение работы для получения данных о местоположении с максимальной точностью. Если присутствует хороший сигнал от спутников, тогда активен GPS. Если сигнал отсутствует или недостаточно уверенный, то включается SENtrace;
  • Режим максимальной экономии. Очевидно, что никто не запрещает использовать SENtrace и вне помещений, чтобы дополнительно снизить потребление. При этом GPS включается только кратковременно для корректировки координат и т.д.

Несложно заметить, что перечисленные выше проблемы в виде большого потребления модуля GPS и неточности определения координат внутри зданий оказываются решены. Так, по утверждению создателей сопроцессора, SENtrace позволяет сократить время использования модуля GPS на 80%! То есть, включать его приходится только в одном случае из пяти. При этом погрешность SENtrace на маршруте 100 м составляет до 2 метров. Этого вполне достаточно, чтобы спокойно ориентироваться в торговых центрах и на подземных парковках. Однако еще раз стоит подчеркнуть, что SENtrace может работать без спутникового контроля только на ограниченном по протяженности маршруте передвижения.

Среди достоинств SENtrace стоит упомянуть малое потребление 350 мкА и низкое напряжение питания  1,8…3,3 В.

Немаловажным преимуществом нового сопроцессора являются и его сверхминиатюрные габариты. 16-выводный BGA-корпус имеет размеры всего 1,7 x 1,68 x 0,5 мм! Чтобы подчеркнуть, насколько это мало, стоит лишь сказать, что на стандартной двухрублевой монете уместится несколько десятков таких микросхем (рис. 4).

Габаритные размеры микросхем SENtrace

Рис. 4. Габаритные размеры микросхем SENtrace

Что касается областей применения, то SENtrace очевидно ориентирован на смартфоны, планшеты и специфичные навигационные приборы.

Характеристики микросхемы SENtrace:

  • Точность: 1...2 м на расстоянии пройденного пути до 100 м;
  • Выходные данные: Δx, Δy, Δz, число шагов, временные метки и т.д.
  • Коммуникационный интерфейс: I2C;
  • Типовой ток потребления: 350 мкА;
  • Напряжение питания: 1,6...3,3 В;
  • Корпусное исполнение: 16-выводной, шаг 0,4 мм (1,7x1,68x0,5 мм).
Производитель: PNI
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
SENtrace
SENtrace
PNI
Арт.: 2096536 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Сопроцессор SENtrace обладает малым потреблением 350 мкА и низким напряжением питания 1,8…3,3 В. Сверхминиатюрные габариты: 16-выводный BGA-корпус размером 1,7 x 1,68 x 0,5 мм
SENtrace
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()