Рассматривая внутренности GPSMap76S.

Пользуясь навигатором у меня, как электронщика со стажем, периодически возникал вопрос - а что же там внутри и как это всё работает. Статьи по принципам работы системы GPS, объясняя общие принципы определения координат, не конкретизировали работу отдельных узлов самого навигатора. Поэтому после некоторого времени, затраченного на поиск хоть какой ни будь информации, я нашел таки несколько статей о внутреннем устройстве навигаторов. Все они были на английском. Поэтому я решил представить Вашему вниманию только одну из них. В ней кратко описываются узлы относительно недавно появившегося навигатора GPSMap76S производства Garmin. Являясь довольно развитым в плане функциональности, этот навигатор как нельзя лучше подходит для "разбора полётов". Хоть данная статья и не рассматривает всех подробностей работы навигатора, но она даёт повод задуматься над тем, каким на самом деле сложным  устройством является этот прибор. Особенно это подчёркивает рисунок блок-схемы навигатора GPSMap76S. Для наименьшего искажения каких либо мест данной статьи, вначале привожу её в оригинале. Затем выполненный мной перевод.

Итак сначала оригинальный текст статьи.

_________________________________________

Garmin's latest sensor-laden global positioning system handheld foreshadows technology that's likely to infiltrate more of our personal electronics. With longitude/latitude, detailed mapping, altimeter and electronic compass, all in a waterproof package, the GPSMAP-76S is a technology smorgasbord.

The majority of the 76S' electronics resides on a single four-layer mainboard. Central to the design are a TI-manufactured Garmin baseband DSP/controller ASIC and a Garmin single-chip GPS receiver radio IC. System memory consists of a 32-Mbyte flash chip from Samsung for mapping data, 2 Mbytes of AMD flash for op code and 512 kbytes of Samsung SRAM for working memory. Linked to the central baseband chip are the radio IC and independent sensors for heading/elevation. To determine altitude, the 76S uses a MEMS-based barometric sensor. The Intersema MS5534A module sports a piezoresistive bridge whose properties shift under pressure-induced deflection of a "drumhead" silicon membrane; a companion CMOS chip for A/D conversion, and host interface is also integrated. Directional compass data is derived from a Honeywell HMC-1022 dual-sensor package containing magnetoresistive thin-film bridges-one IC for "north-south," the other for "east-west." An external Cirrus Logic A/D converter links the Honeywell sensors to the DSP/controller.

Other key assemblies are the quadrifilar antenna, keypad board and display assembly. The internal antenna is implemented with carefully crafted conductors patterned in spiral fashion around a tubular low-loss RF laminate. An external antenna connector is also present, with the system detecting and selecting antenna source via a RF switch. A 3-volt, dual-AA battery source powers all system electronics through spring contacts to the gasketed keypad board, which in turn is linked to the mainboard and display via ribbon cable. The mainboard also interfaces through spring contacts to a sealed external serial-port connector for map data download via PC. The high-resolution monochrome LCD provides detailed data and graphics readout, and is located behind a clear plastic upper enclosure. The ruggedized and watertight construction come at a price, however, with enclosures contributing 46 percent of the total product weight-a hefty addition by handheld standards.

Cost-of-goods-sold analysis points to a manufacturing cost below $100, a fraction of the 76S' $400 street price. Low cost combined with the modest levels of integration suggests room for further miniaturization-an open opportunity to embed the multidimensional location technology in an expanding range of host appliances.

____________________________________________

Перевод статьи.

Технология, предложенная Garmin, в своём последнем карманном навигаторе GPS, заставляет думать, что в скором времени всё больше бытовой техники будут содержать в себе устройства определения местоположения. Модель GPSMAP-76S, как шведский стол, на выбор предлагает следующие функции - определение долготы и  широты, детальную карту местности, высотомер и электронный компас. И всё это в водонепроницаемом корпусе. 

Большинство электронных компонентов GPSMAP-76S расположено на единственной четырёхслойной плате. Основой является центральный процессор сигналов и контроллер ACIS  производства TI и приёмник, выполненный в виде одной микросхемы. Системная память состоит из Flash памяти производства Samsung на 32Мб для загрузки карт, 2Мб Flash памяти от AMD для кода прошивки навигатора и 512кб SRAM от Samsung для сохранения оперативной информации. Для определения высоты навигатор GPSMAP-76S использует барометрический датчик, основанный на технологии MEMS. Микросхема MS5534A соединена с пьезорезистивным модулем, который преобразует изменения положения силиконовой мембраны, вызванные изменением давления, в электрический сигнал. Следует отметить, что сам АЦП смонтирован в этой же микросхеме. Данные о положении сторон света анализирует микросхема Honeywell HMC-1022. Она объединяет в себе два датчика, содержащие мосты из магниторезистивного материала. Первый датчик служит для определения направления "Север-Юг", второй, соответственно, "Запад-Восток". Внешний АЦП производства Cirrus Logic, обеспечивает связь между датчиком и основным процессором.

Отдельно от основной платы расположены антенна, клавиатура и дисплей. Встроенная антенна выполнена в виде прецизионных спиральных проводников, расположенных на цилиндре из специального высокочастотного материала с низкими потерями. Так же в навигаторе присутствует разъём для подключения внешней антенны. Выбор антенны анализируется и выполняется автоматически с помощью высокочастотного электронного переключателя. Все электронные компоненты навигатора получают питание 3В от двух батареек формата АА. Блок клавиатуры, на которую выходят контакты батарейного отсека, соединяется с основной платой и дисплеем с помощью гибкого кабеля. С основной платы так же выходят провода для загрузки данных через компьютер. Монохромный дисплей высокого разрешения позволяет детально отображать символьную и графическую информацию. Он расположен под прозрачным пластиковым стеклом. Износоустойчивая и водонепроницаемая конструкция навигатора несколько увеличивает цену устройства, однако применение современных элементов на 46% уменьшает вес устройства в целом - это большое достижение для данных устройств.

Себестоимость навигатора при производстве должна быть менее 100$, при этом продажная цена составит около 400$. Низкая цена совместно с высокой интеграцией предлагает простор для дальнейшей миниатюризации, включая возможность многомерной обработки данных, расширяющей диапазон применения подобных устройств.

_______________________________

 Перевод выполнен мной 27.04.2004г. К сожалению мой уровень английского находится где-то на уровне средней школы, так что возможно некоторое расхождение в отдельных фразах. :о)

Ниже приводится довольно подробная блок-схема для  навигатора GPSMAP-76S. На ней Вы сможете достаточно подробно рассмотреть все компоненты и связи между ними. Хоть эта информация и не является жизненно необходимой, но, на мой взгляд, лучше если пользователь имеет представление о принципах работы того оборудования, которым он пользуется. 

В заключении хочу сказать: навигаторы системы GPS, без сомнения, являются выдающимся достижением человеческой мысли и технологии. Хотелось бы чтобы ими пользовались все, кому они могут помочь. А таких у нас в России, с нашими "глухими углами", занимающими площадь никак не меньшую чем Европа, великое множество. К сожалению хочу отметить, что сейчас навигаторы доступны в большей степени тем, кому они практически не нужны. Пусть не обижаются обитатели Москвы, Питера и пр., но ездить на машине с навигатором считаю баловством. Заблудить конечно можно, но при чём здесь экстремальная ситуация? Однако всё ещё впереди! Появятся они и у простых людей.

Дополнительную информацию о некоторых интегральных компонентах навигаторов GPS можно посмотреть здесь.

27.04.2004