Artigo da WebMobile 11 - JavaME usando GPS

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Artigo Originalmente publicado na WebMobile 11.

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JavaME usando GPS

Introdução à manipulação via celular de dados de posicionamento global

Serviços relacionados à questão de posicionamento global são cada vez mais aplicados e importantes no dia-a-dia de empresas e até mesmo de pessoas, em geral. Imagine uma empresa no ramo de prestação de serviços em domicílio que deve gerenciar quais funcionários irão atender quais clientes. Isso deve levar em conta custos de combustível e de tempo. Esse último muito ligado à satisfação do usuário. Há, também, empresas no ramo de transporte de mercadorias que sentem necessidade de acompanhar seus caminhões ao longo do trajeto, garantindo assim, menos atrasos e maior segurança da carga.

Outro problema interessante, esse enfrentado não por empresas, mas por pessoas, é o gerenciamento de suas atividades durante sua jornada diária. Pais e mães podem, por exemplo, querer que seus filhos não saiam de determinado local na cidade, como a escola, ou o parque. Eles desejam serem avisados quando esse tipo de incidente ocorrer para tomar medidas imediatamente.

Baseando-se nesse contexto, este artigo propõe uma forma de solucionar problemas de posicionamento global, como os citados, usando um celular com MIDP 2.0 (mobile information device protocol 2.0) e CLDC 1.0 (connection limited device configuration 1.0). Alguns celulares já são equipados com módulos GPS onboard. Mas para quem não possui tal aparelho e não pretende trocar o seu, iremos utilizar também a JSR-082 (Java Specification Request–082), pacote Java para usar a interface Bluetooth de dispositivos móveis, e um módulo GPS externo com interface Bluetooth, facilmente encontrado no mercado. Existem várias soluções no mercado, e aqui pretendemos demonstrar uma simples para você entender o conceito e poder desenvolver suas próprias aplicações.

O sistema GPS

O GPS (global positioning system) consiste de três órbitas médias (aproximadamente 20.000 km) com oito satélites cada. As órbitas foram projetadas de forma que cada ponto da Terra seja capaz de “enxergar” pelo menos quatro satélites em qualquer instante do dia. O sistema também possui estações de controle terrestre que devem acompanhar cada satélite para prever sua órbita e corrigi-la caso necessário. Correções de órbita demandam gastos de combustível e, por isso, cada satélite possui um tempo de vida média. Após a qual, quando o tanque de combustível acaba, devem ser retirados de órbita e substituídos por novos satélites.

Usam-se freqüências da Banda L (1 GHz a 2 GHz) para os sinais de comunicação. Essa banda é utilizada por possuir características interessantes para o sistema de satélites:

·         Baixa perda de potência ao se deslocar no espaço, o que permite que o sinal atravesse os 20.000 km que separam o satélite da Terra sem se deteriorar a ponto de se tornar imperceptível;

·         Baixa atenuação devido à chuva, tornando o sistema próprio em virtualmente qualquer condição climática;

·         Baixa absorção da atmosfera: o oxigênio e o vapor d’água na atmosfera não prejudicam o sinal de forma grave;

·         Relativa capacidade de atravessar objetos: com um receptor GPS sensível, é possível até mesmo usar o sistema dentro de locais cobertos ou passar por baixo de árvores;

·         Próprio para sistemas em linha de visada: baixas freqüências não são capazes de atravessar a ionosfera, isto é um problema sério para sistemas de satélite. Por isso, o uso de freqüências na banda L.

 

O funcionamento do sistema é bastante simples: cada satélite e usuário devem sincronizar seus relógios internos entre si. Esse relógio é conhecido como UTC (universal time, coordinated) e marca o horário no meridiano de Greenwich. O usuário deve se comunicar com pelo menos quatro satélites. O sinal transmitido carrega informações de posicionamento do satélite transmissor em relação ao sistema de coordenadas da Terra e o instante em que o sinal foi enviado. O usuário, após a recepção, verifica o tempo gasto na propagação e com isso calcula sua distância em relação à fonte do sinal.

O receptor sabe que, para cada satélite, ele se encontra na superfície de uma esfera imaginária centrada no próprio satélite e com raio igual à distância calculada. A intersecção de duas esferas forma um círculo. O usuário, então, está em algum ponto desse círculo. Se uma terceira esfera for usada, ela cortará o círculo em dois pontos. Logo, o usuário se encontra em algum desses dois pontos. Uma quarta esfera determina qual desses pontos é a posição correta em relação aos quatro satélites. Como dito antes, o sinal transmitido também possui a informação de posição do satélite em relação ao sistema de coordenadas da Terra. Assim, com essa informação em mãos e seu posicionamento em relação aos satélites, o usuário é capaz de, finalmente, calcular sua latitude e longitude. Outros dados como velocidade e direção do movimento são facilmente obtidos usando as posições em cada instante.

Formatando dos dados de posicionamento: o protocolo NMEA-0183

Uma vez obtidos os dados de posição, velocidade, direção do movimento e outros relativos à localização, o receptor GPS deve formatá-los em determinado padrão antes de ser transferido para um dispositivo Bluetooth. Dessa forma, os dados serão facilmente reconhecidos por aplicativos rodando no aparelho. A NMEA (national marines eletronic association), entidade norte-americana responsável por definir padrões de mensagens trocados entre aparelhos eletrônicos de navegação, definiu o protocolo NMEA-0183 para ser usado por aparelhos GPS.

Esse padrão define as características do sinal elétrico, os protocolos de transmissão de dados, a sincronização entre os dispositivos e os formatos específicos de mensagens em um canal de comunicação serial de 4800 bauds (símbolos por segundo), de acordo com sua página na Internet disponível em http://www.nmea.org/pub/0183/. Esse canal é facilmente simulado pelo perfil SPP (serial port profile) do Bluetooth, por isso a possibilidade de módulos GPS usarem interfaces desse tipo para transmitir seus dados.

As mensagens são formatadas observando a tabela ASCII (american standard code for information interchange). Cada sentença começa com o símbolo $ e termina com os caracteres CR (carriage return) e LF (line feed). Os dados são separados por vírgulas. Portanto, um dado não pode conter ele próprio uma vírgula, sob o risco de o protocolo considerar a vírgula como um marcador. Seguindo o $, tem-se o campo “aaccc”, em que “aa” identifica o dispositivo (GP para dispositivos GPS), e “ccc” identifica o tipo de mensagem daquele dispositivo. O site http://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm apresenta uma série de formatos de mensagens. Aqui transcrevemos alguns desses formatos que serão importantes para o exemplo deste artigo.

·         GGA (global positioning system fix data): fornece posição, hora, e outros dados relacionados ao receptor GPS;

·         GSA (dop and active satellites): fornece os valores de diluição de precisão dos cálculos e identifica os satélites usados para o posicionamento (no máximo 12);

·         GSV (satellites in view): fornece informações à cerca dos satélites avistados pelo receptor;

·         RMC (recommended minimum specific GPS/transit data): descreve hora, data, posição curso e velocidade.

 

Esta última mensagem será usada na nossa aplicação, por isso vamos mais a fundo nela. Seu formato padrão é:

 

$GPRMC,hhmmss.dd,S,xxmm.dddd,,yyymm.dddd,,s.s,hhh.h,ddmmyy,ddd.d,,M*hh

 

A Tabela 1 mostra o significado de cada campo.

 

hhmmss.dd

Tempo UTC

hh – horas;

mm – minutos

ss – segundos;

dd – décimos de s.

S

Indicador de Status

A – Dados válidos

V – Dados inválidos

xxmm.dddd

Latitude

xx – Graus;

mm – minutos;

dddd – décimos de minuto

Caractere N ou S (N = Norte, S = Sul)

yyymm.dddd

Longitude

yyy – Graus;

mm – minutos;

dddd – décimos de minuto

Caractere E ou W (E = Leste, W = Oeste)

s.s

Velocidade em nós

h.h

Direção do movimento em relação ao norte (000.0 a 359.9 graus)

ddmmyy

"

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