Die globale Universalzeit (UTC) und den Standort - das auf dem CompactPCI® Standard basierende GPS Modul CG1-RADIO von EKF liefert beides.

In vielen Industrierechnersystemen wird die präzise Synchronisation mit der amtlichen Zeit gefordert. Häufig lösen diese Aufgabe Funkuhren, die auf lokale Zeitzeichensender zugeschnitten sind. Eine universelle (exportfähige) Lösung bietet aber nur der Empfang von Daten aus dem satellitengestützten Global Positioning System GPS. Die gleichzeitig ermittelten Positionskoordinaten sind nicht nur in fahrzeugbetriebenen Systemen von Interesse. So sind zB. Anwendungen denkbar, die automatisch länderspezifische Programmversionen starten, oder den aktuellen Aufstellort des Rechners per Internet melden.

Das CG1-RADIO Modul ist im Format Einfacheuropa (3HE) aufgebaut und enthält einen extrem leistungsfähigen 12-Kanal Empfänger. Wahlweise können aktive oder passive Antennen verwendet werden. Die Genauigkeit der Positionsangabe kann durch Einspeisung eines DGPS Differenzsignals noch erheblich gesteigert werden. Über eine serielle Schnittstelle wird der GPS Receiver des CG1-RADIO hierzu mit externen Differenzdaten gemäß RTCM SC-104 Protokollstandard versorgt.

Mit Hilfe des zugehörigen Treibers sieht der Systemhost das CG1-RADIO Board als Nachbildung von seriellen Schnittstellen (zB. COM3/4). Fast alle Anwendungsprogramme, die auf dem NMEA-0183 Datenprotokoll basieren, sind daher unmittelbar lauffähig.

Der miniaturisierte GPS Empfänger basiert auf dem Zodiac Chipsatz von Rockwell/Conexant und ist als austauschbares Modul in die CG1 Leiterplatte integriert. 12 parallele Empfangskanäle erlauben die ständige Verfolgung aller in Sicht befindlicher Satelliten und die gleichzeitige Verarbeitung sämtlicher empfangenen Navigationsdaten. Optimale Ergebnisse werden mit einer GPS Antenne unter freiem Himmel erzielt. Ab einer Länge des Anschlußkabels von ca. 3m sollte eine aktive Antenne verwendet werden, um Leitungsverluste zu kompensieren. Die SMB Antennenbuchse ist vertieft in der Frontplatte untergebracht.

Bei aktivierter SA (Selective Availability) liegt die Genauigkeit der empfangenen Koordinaten für zivile Nutzung systembedingt bei etwa 100m. Unter Verwendung eines Korrektursignals, das über die 9-pol. D-SUB Buchse im internationalen RTCM SC-104 Format eingespeist werden kann, ist eine Steigerung der Genauigkeit auf ca. 3-5m möglich. Hierzu ist eine externe Zusatzeinrichtung erforderlich, die amtliche DGPS Differenzdaten empfängt und ausgibt. DGPS Empfänger in Deutschland basieren zB. auf dem ALF LW Sender Mainflingen (Deutsche Telekom) oder dem RASANT UKW RDS System (ARD). Entsprechende Empfangsgeräte können von EKF ergänzend zum CG1-RADIO Modul mitgeliefert werden. Auch das Internet wird als Quelle für DGPS Daten genutzt.

Mit dem Embedded Prozessor i960RP(D) verfügt das CG1-RADIO Board über eine leistungsfähige Zentraleinheit mit integrierter PCI Bridge als Interface zum CompactPCI® Systembus. Die für Windows NT4 und 2000 verfügbare Treibersoftware bewirkt, dass der Hostrechner das CG1-RADIO Modul als einen oder mehrere UART Kanäle (COM Ports) am CPCI Bus sieht.

Mit WinGPS stellt EKF ein Tool unter Windows 2000 und Windows NT 4 zur Verfügung, das die Anzeige der GPS Daten und die Synchronisation der Systemuhr des eigenen Rechners mit der UTC ermöglicht.

Die erste serielle Schnittstelle des CG1-RADIO findet nur intern Verwendung. Aufsetzend auf dem von EKF mitgelieferten Treiber werden über diesen Port vom Anwendungsprogramm (zB. Rockwell LabMon oder EKF WinGPS) Kommandos und Daten im NMEA-0183 Format zwischen Hostrechner und GPS Empfänger als kontinuierlicher Datenstrom ausgetauscht. Die moderate Baudrate von 4800bit/s ermöglicht eine niedrige Interruptbelastung des Host.

Die zweite serielle Schnittstelle SP2 mit 9-pol. D-SUB Steckverbinder in der Frontplatte ist standardmäßig als DGPS Eingang vorgesehen und hierzu on-Board mit dem GPS Empfänger verbunden. Sobald an diesem Port Korrekturdaten mit 9600Baud gemäß RTCM SC-104 Standard erkannt werden, bezieht der GPS Receiver diese Information in die Berechnung der Position mit ein und liefert seinerseits geschärfte NMEA-0183 Datensätze an die erste serielle Schnittstelle. Die zweite serielle Schnittstelle kann jedoch auch direkt vom Host gelesen und geschrieben werden. Programme wie LabMon werten die DGPS Daten ebenfalls mit aus und benötigen daher parallel zum GPS Receiver Zugriff auch auf diesen Port. Unter Verzicht auf DGPS ist die RS-232E Schnittstelle SP2 jedoch frei verwendbar für beliebige Anwendungen.

Der EKF Treiber bildet das CG1-RADIO Modul als ein oder zwei serielle Standardschnittstellen (Typ 16C550) auf den Host ab und erlaubt beliebige COM-Port Zuweisungen wie zB. COM11. Es ist jedoch darauf zu achten, dass keine Überlagerung mit bereits im System vorhanden Ports erfolgen darf; so sind zB. COM1 und COM2 in der Regel schon vergeben. Andererseits unterstützen Anwendungsprogramme häufig nur Schnittstellen bis COM4, so dass COM3 für den ersten seriellen Port (GPS NMEA) und COM4 für den zweiten seriellen Port (DGPS RTCM) empfohlen wird.

Zahlreich angebotene kommerzielle Anwendungsprogramme, oft in Verbindung mit kartografischen Daten, werden ergänzt von einem großen Pool frei verfügbarer Shareware im Internet. Allen Applikationen gemeinsam ist die Verarbeitung der GPS Daten im NMEA-0183 Protokoll, so dass mit dem CG1-RADIO eine uneingeschränkt verwendbare Hardware vorliegt.

Anwendern, die GPS Daten lokal auf dem CG1 Board verarbeiten möchten, wird mit 4MB DRAM und 4MB Flash EEPROM eine großzügige, flexible Speicherausstattung geboten. Der i960 Prozessor sorgt für den notwendigen Durchsatz in allen denkbaren Anwendungen. EKF bietet als Programmierunterstützung einen Monitor/Debugger (MON960) an, der den Stand-Alone Betrieb sowie den Download von Software über den CPCI Bus oder die serielle Schnittstelle erlaubt. Natürlich kann EKF auch die Erstellung kundenspezifischer Firmware schlüsselfertig anbieten.

Das CG1-RADIO Modul bringt vollständige GPS Funktionalität in industrielle CompactPCI® Systeme ein. Beginnend mit Aufgaben, die einen exakten Zeitstempel oder eine definierte Synchronisation erfordern, bis hin zu Applikationen, die auf dreidimensionaler Bestimmung der Ortskoordinate basieren, stellt das CG1-RADIO Board eine perfekte und zukunftssichere Lösung dar.