Gps bee подключение к arduino. Создаем GPS часы на Arduino. Подключение Arduino UNO и ЖК-дисплея JHD162a
Вам необходим источник точного времени от GPS? Данная статья покажет вам, как использовать модуль GPS для получения времени, даты и координат, и как показать их на LCD индикаторе с помощью Arduino.
Что необходимо?
- компьютер с установленной Arduino IDE;
- Arduino (мы используем Arduino Mega);
- GPS модуль (мы используем EM-411, возможны и другие, поддерживающие протокол NMEA, например, VK2828U7G5LF или GY-NEO6MV2);
- макетная плата , перемычки и потенциометр 5 кОм;
- библиотека TinyGPS (ссылка ниже).
Введение
Создание системы глобального позиционирования, или GPS, началось в начале 1970-х годов. Каждая страна (Россия, США, Китай и т.д.) обладают своей собственной системой, но большинство средств спутниковой навигации в мире используют систему США.
Каждый спутник системы имеет атомные часы, которые непрерывно контролируются и корректируются NORAD (командованием воздушно-космической обороны Северной Америки) каждый день.
По сути, приемник по своим часам измеряет TOA (время получения сигнала, time of arrival) четырех спутниковых сигналов. Исходя из TOA и TOT (времени отправки сигнала, time of transmission), приемник вычисляет четыре значения времени «пролета» сигнала (TOF, time of flight), которые отличаются друг от друга в зависимости от расстояния спутник-приемник. Затем, исходя из четырех значений TOF, приемник вычисляет свое положение в трехмерном пространстве и отклонение своих часов.
Самые недорогие GPS приемники обладают точностью около 20 метров для большинства мест на Земле. Теперь посмотрим, как изготовить свои собственные часы GPS с помощью Arduino.
Аппаратная часть
Мой GPS модуль имеет 6 контактов: GND, Vin, Tx, Rx и снова GND. Шестой вывод никуда не подключен. Контакт GND соединен с корпусом на Arduino, Vin подключаем к шине +5В на Arduino, Tx подключен к выводу 10 на Arduino, а вывод Rx никуда не подключаем, так как не будем посылать на GPS модуль никаких сообщений. Мой модуль передает спутниковые данные, используя интерфейс RS-232, со скоростью 4800 бит/сек, которые принимаются Arduino на выводе 10.
Ниже показана фотография GPS модуля:
GPS модуль EM-411
Модуль отправляет то, что известно как NMEA сообщения. Здесь вы можете увидеть пример одного NMEA сообщения и его разъяснение (выдержка из технического описания):
$GPGGA,161229.487,3723.2475,N,12158.3416,W,1,07,1.0,9.0,M,0000*18
| Название | Пример | Единицы | Описание |
|---|---|---|---|
| ID сообщения | $GPGGA | Заголовок протокола GGA | |
| Время UTC | 161229.487 | hhmmss.sss (две цифры часы, две цифры минуты, затем секунды с точностью до тысячных) | |
| Широта | 3723.2475 | ||
| Флаг N/S | N | N - север, S - юг | |
| Долгота | 12158.3416 | ddmm.mmmm (первые две цифры градусы, затем минуты с точностью до десятитысячных) | |
| Флаг E/W | W | E - восток, W - запад | |
| Индикатор местоположения | 1 |
|
|
| Количество используемых спутников | 07 | В диапазоне от 0 до 12 | |
| HDOP | 1.0 | Ухудшение точности по горизонтали | |
| Высота относительно уровня моря | 9.0 | метры | |
| Единицы измерения | M | метры | |
| Геоидальное различие | Различие между земным эллипсоидом WGS-84 и уровнем моря (геноидом) | ||
| Единицы измерения | M | метры | |
| Возраст дифференциальных данных GPS | секунды | Нулевые поля, когда DGPS не используется | |
| ID станции, передающей дифференциальные поправки | 0000 | ||
| Контрольная сумма | *18 | ||
| Конец сообщения |
Все эти данные принимаются Arduino через вывод 10. Библиотека TinyGPS читает сообщения GPGGA и GPRMC (для подробной информации о GPRMC смотрите техническое описание).
Arduino на схеме не показан. Подключите периферийные устройства согласно подписанным соединениям.
Схема GPS часов на arduino Программное обеспечение
При подаче питания GPS модуль затрачивает некоторое время, чтобы получить правильное местоположения от спутников. Когда местоположение получено, модуль шлет NMEA сообщения на Arduino. Библиотека TinyGPS содержит функцию для получения времени и даты из GPRMC сообщения. Она называется crack_datetime() и принимает в качестве параметров семь указателей на переменные: год year , месяц month , день месяца day , часы hour , минуты minute , секунды second , и сотые доли секунды hundredths . Вызов функции выглядит так:
Gps.crack_datetime(&year, &month, &day, &hour, &minute, &second, &hundredths);
Вызов данной функции возвращает вам в переменных правильные значения до тех пор, пока с железом всё в порядке.
Чтобы получить ваше местоположение, можно вызвать функцию f_get_position() . Данная функция принимает в качестве параметров два указателя на переменные: широта latitude и долгота longitude . Вызов данной функции выглядит так:
Gps.f_get_position(&latitude, &longitude);
Исходный текст программы:
#include
Однажды у меня возник интерес к GPS, а еще чуть раньше - к платформе Arduino. Поэтому со Sparkfun были заказаны, с разницей в пару дней, Arduino Duemilanove, GPS Shield и GPS приемник EM-406A .
Заказ пришел и частично лежал на полке, а недавно дошли руки до этого комплекта…
Собранный GPS Shield, подключенный к Arduino
Аппаратная часть
- Arduino Duemilanove
- GPS Shield
- GPS приемник EM-406A
- LCD WH-0802A
Распиновка GPS модуля EM-406A
При наличии щилда распиновка, по большому счету, не так важна - нужно просто вставить два разъема. Если щилд отсутствует, то нужно подключить выводы GND к GND, Rx - к digital pin 2, Tx - к digital pin 3, VCC - к POWER 5V. Внимание, серый провод не 1, а 6й!
На GPS модуле имеется светодиодный индикатор состояния:
- индикатор горит постоянно - идет поиск спутников и определение координат
- индикатор моргает - координаты установлены, идет их передача
- индикатор не горит, питание на шилд подано - плохой контакт в разъемах или модуль переключился в бинарный SiRF протокол
Переключатель UART/DLINE
С помощью переключателя можно подключить Rx и Tx GPS модуля к ногам Tx и Rx Arduino (позиция UART) или к pin digital 2 и digital 3 (позиция DLINE, если не снимать перемычки из припоя). Нужно убедиться, что переключатель находится в положении «DLINE», иначе возможны проблемы с заливкой скетчей в Arduino.
Подключение знакосинтезирующего ЖК индикатора
Я не покупал отдельный shield под экран и подключал уже имеющийся индикатор - WH-0802A в 4х битном режиме. В принципе, так можно подключить любой другой знакосинтезирующий индикатор. Для этого нужно найти в даташите распиновку разъема и подключить линии RS, E, D4, D5, D6, D7 к любым цифровым pin"ам (кроме 0…3) и не забыть сконфигурировать куда подключены эти линии в коде, Vss, R/W - к GND, Vdd - к 5V. Вывод Vo (настройка контрастности) нужно подключить к потенциометру, включенному между GND и 5V, но я просто подключил к GND - полученная контрастность меня устроила.Назначение выводов индикатора WH-0802A
Мой вариант подключения индикатора к Arduino
- RS - pin 13
- E - pin 12
- D4 - pin 11
- D5 - pin 10
- D6 - pin 9
- D7 - pin 8
- Vss, R/W, Vo - GND
- Vdd - 5V
Программная часть
Для работы с GPS потребуются две библиотеки TinyGPS и NewSoftSerial . Библиотеки распаковываются в каталог libraries.#include
#include
#include
TinyGPS gps;
//Tx, Rx
NewSoftSerial nss(2, 3);
//Конфигурация линий, куда подключен lcd: RS, E, D4, D5, D6, D7
LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8);
bool feedgps();
void setup() {
//4800 скорость обмена с GPS приемником
nss.begin(4800);
//8 символов, 2 строки
lcd.begin(8, 2);
lcd.print("waiting" );
}
void loop() {
bool newdata = false ;
unsigned long start = millis();
long lat, lon;
unsigned long age;
//задержка в секунду между обновлениями координат
while (millis() - start < 1000) {
if (readgps())
newdata = true ;
}
if (newdata) {
gps.get_position(&lat, &lon, &age);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(lat);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(lon);
}
}
bool readgps() {
while (nss.available()) {
int b = nss.read();
//в TinyGPS есть баг, когда не обрабатываются данные с \r и \n
if ("\r" != b) {
if (gps.encode(b))
return true ;
}
}
return false ;
}
После включения GPS модуля и заливки скетча нужно подождать как минимум 42 секунды (время холодного старта) для того чтобы модуль определил свое местоположение и начал выдавать валидные координаты. Когда модуль перейдет в рабочий режим он начнет моргать светодиодом. У меня на рабочем столе модуль не всегда может найти спутники - приходится переносить его на окно.
Работающий модуль с подключенным дисплеем и полученными координатами
Справа к дисплею подключён источник питания для подсветки.
После определения спутников на дисплее появляются координаты и обновляются раз в секунду.
В итоге получен опыт работы и база для дальнейшего освоения GPS.
После нескольких экспериментов с ардуиной решил сделать простенький и не очень дорогой GPS-tracker с отправкой координат по GPRS на сервер.
Используется Arduino Mega 2560 (Arduino Uno), SIM900 - GSM/GPRS модуль (для отправки информации на сервер), GPS приёмник SKM53 GPS.
Всё закуплено на ebay.com, в сумме около 1500 р (примерно 500р ардуина, немного меньше - GSM модуль, немного больше - GPS).
GPS приемник
Для начала нужно разобраться с работой с GPS. Выбранный модуль - один из самых дешевых и простых. Тем не менее, производитель обещает наличие батарейки для сохранения данных о спутниках. По даташиту, холодный старт должен занимать 36 секунд, однако, в моих условиях (10 этаж с подоконника, вплотную зданий нет) это заняло аж 20 минут. Следующий старт, однако, уже 2 минуты.
Важный параметр устройств, подключаемых к ардуине - энергопотребление. Если перегрузить преобразователь ардуины, она может сгореть. Для используемого приемника максимальное энергопотребление - 45mA @ 3.3v. Зачем в спецификации указывать силу тока на напряжении, отличном от требуемого (5V), для меня загадка. Тем не менее, 45 mA преобразователь ардуины выдержит.
Подключение
GPS не управляемый, хотя и имеет RX пин. Для чего - неизвестно. Основное, что можно делать с этим приемником - читать данные по протоколу NMEA с TX пина. Уровни - 5V, как раз для ардуины, скорость - 9600 бод. Подключаю VIN в VCC ардуины, GND в GND, TX в RX соответствующего serial. Читаю данные сначала вручную, затем с использованием библиотеки TinyGPS. На удивление, всё читается. После перехода на Uno пришлось использовать SoftwareSerial, и тут начались проблемы - теряется часть символов сообщения. Это не очень критично, так как TinyGPS отсекает невалидные сообщения, но довольно неприятно: о частоте в 1Гц можно забыть.Небольшое замечание относительно SoftwareSerial: на Uno нет хардверных портов (кроме соединённого с USB Serial), поэтому приходится использовать программный. Так вот, он может принимать данные только на пине, на котором плата поддерживает прерывания. В случае Uno это 2 и 3. Мало того, данные одновременно может получать только один такой порт.
Вот так выглядит «тестовый стенд».
GSM приемник/передатчик
Теперь начинается более интересная часть. GSM модуль - SIM900. Он поддерживает GSM и GPRS. Ни EDGE, ни уж тем более 3G, не поддерживаются. Для передачи данных о координатах это, вероятно, хорошо - не будет задержек и проблем при переключении между режимами, плюс GPRS сейчас есть почти везде. Однако, для каких-то более сложных приложений этого уже может не хватить.
Подключение
Модуль управляется также по последовательному порту, с тем же уровнем - 5V. И здесь нам уже понадобятся и RX, и TX. Модуль - shield, то есть, он устанавливается на ардуину. Причем совместим как с mega, так и с uno. Скорость по умолчанию - 115200.Собираем на Mega, и тут нас ждет первый неприятный сюрприз: TX пин модуля попадает на 7й пин меги. На 7м пину меги недоступны прерывания, а значит, придется соединить 7й пин, скажем, с 6м, на котором прерывания возможны. Таким образом, потратим один пин ардуины впустую. Ну, для меги это не очень страшно - всё-таки пинов хватает. А вот для Uno это уже сложнее (напоминаю, там всего 2 пина, поддерживающих прерывания - 2 и 3). В качестве решения этой проблемы можно предложить не устанавливать модуль на ардуину, а соединить его проводами. Тогда можно использовать Serial1.
После подключения пытаемся «поговорить» с модулем (не забываем его включить). Выбираем скорость порта - 115200, при этом хорошо, если все встроенные последовательные порты (4 на меге, 1 на uno) и все программные работают на одной скорости. Так можно добиться более устойчивой передачи данных. Почему - не знаю, хотя и догадываюсь.
Итак, пишем примитивный код для проброса данных между последовательными портами, отправляем atz, в ответ тишина. Что такое? А, case sensitive. ATZ, получаем OK. Ура, модуль нас слышит. А не позвонить ли нам ради интереса? ATD +7499… Звонит городской телефон, из ардуины идет дымок, ноутбук вырубается. Сгорел преобразователь Arduino. Было плохой идеей кормить его 19 вольтами, хотя и написано, что он может работать от 6 до 20V, рекомендуют 7-12V. В даташите на GSM модуль нигде не сказано о потребляемой мощности под нагрузкой. Ну что ж, Mega отправляется в склад запчастей. С замиранием сердца включаю ноутбук, получивший +19V по +5V линии от USB. Работает, и даже USB не выгорели. Спасибо Lenovo за защиту.
После выгорания преобразователя я поискал потребляемый ток. Так вот, пиковый - 2А, типичный - 0.5А. Такое явно не под силу преобразователю ардуины. Нужно отдельное питание.
Программирование
Модуль предоставляет широкие возможности передачи данных. Начиная от голосовых вызовов и SMS и заканчивая, собственно, GPRS. Причем для последнего есть возможность выполнить HTTP запрос при помощи AT команд. Придется отправить несколько, но это того стоит: формировать запрос вручную не очень-то хочется. Есть пара нюансов с открытием канала передачи данных по GPRS - помните классические AT+CGDCONT=1,«IP»,«apn»? Так вот, тут то же самое нужно, но слегка хитрее.Для получения страницы по определенному URL нужно послать следующие команды:
AT+SAPBR=1,1 //Открыть несущую (Carrier)
AT+SAPBR=3,1,"CONTYPE","GPRS" //тип подключения - GPRS
AT+SAPBR=3,1,"APN","internet" //APN, для Мегафона - internet
AT+HTTPINIT //Инициализировать HTTP
AT+HTTPPARA="CID",1 //Carrier ID для использования.
AT+HTTPPARA="URL","http://www.example.com/GpsTracking/record.php?Lat=%ld&Lng=%ld" //Собственно URL, после sprintf с координатами
AT+HTTPACTION=0 //Запросить данные методом GET
//дождаться ответа
AT+HTTPTERM //остановить HTTP
В результате, при наличии соединения, получим ответ от сервера. То есть, фактически, мы уже умеем отправлять данные о координатах, если сервер принимает их по GET.
Питание
Поскольку питать GSM модуль от преобразователя Arduino, как я выяснил, плохая идея, было решено купить преобразователь 12v->5v, 3A, на том же ebay. Однако, модулю не нравится питание в 5V. Идем на хак: подключаем 5V в пин, с которого приходит 5V от ардуины. Тогда встроенный преобразователь модуля (существенно мощнее преобразователя ардуины, MIC 29302WU) сделает из 5V то, что нужно модулю.Сервер
Сервер написал примитивный - хранение координат и рисование на Яндекс.картах. В дальнейшем возможно добавление разных фич, включая поддержку многих пользователей, статус «на охране/не на охране», состояние систем автомобиля (зажигание, фары и пр.), возможно даже управление системами автомобиля. Конечно, с соответствующей поддержкой трекера, плавно превращающегося в полновесную сигнализацию.Полевые испытания
Вот так выглядит собранный девайс, без корпуса:
После установки преобразователя питания и укладывания в корпус от дохлого DSL модема система выглядит так:
Припаивал провода, вынул несколько контактов из колодок ардуины. Выглядят так:
Подключил 12V в машине, проехался по Москве, получил трек:
Точки трека достаточно далеко друг от друга. Причина в том, что отправка данных по GPRS занимает относительно много времени, и в это время координаты не считываются. Это явная ошибка программирования. Лечится во-первых, отправкой сразу пачки координат со временем, во-вторых, асинхронной работой с GPRS модулем.
Время поиска спутников на пассажирском сидении автомобиля - пара минут.
Выводы
Создание GPS трекера на ардуино своими руками возможно, хотя и не является тривиальной задачей. Главный вопрос сейчас - как спрятать устройство в машине так, чтобы оно не подвергалось воздействиям вредных факторов (вода, температура), не было закрыто металлом (GPS и GPRS будут экранироваться) и не было особенно заметно. Пока просто лежит в салоне и подключается к гнезду прикуривателя.Ну и ещё нужно поправить код для более плавного трека, хотя основную задачу трекер и так выполняет.
Использованные устройства
- Arduino Mega 2560
- Arduino Uno
- GPS SkyLab SKM53
- SIM900 based GSM/GPRS Shield
- DC-DC 12v->5v 3A converter
GPS-модули позволяют вашему автономному устройству отслеживать свои координаты и параметры перемещения. Такая функциональность важна для всевозможных трекеров, умных ошейников и рюкзаков. В этой статье мы сделали попытку краткого обзора GPS-модулей и программ для работы с GPS на компьютере. Подключение к ардуино рассмотрено на примере наиболее популярного модуля NEO 6.0
Прежде чем приступать к подключению GPS к ардуино, нужно научиться тестировать сам модуль. Для этого нам обязательно понадобится программа, позволяющая показать статус устройства, количество пойманных спутников и другу тестовую информацию. Мы постарались собрать вместе наиболее популярный софт для работы с GPS на компьютере.
U-Center
Программа u-center используется для работы с GNSS-проемниками от фирмы U-Blox. С помощью этого программного обеспечения можно тестировать точность позиционирования, изменять конфигурацию ресивера и проводить общую диагностику, обрабатывать полученные данные и отображать их в режиме реального времени. Координаты приемник получает с помощью GPS, ГЛОНАСС. Полученную информацию можно экспортировать и показывать в картах Google Maps, Google Earth. Программа позволяет создавать двухмерные диаграммы, гистограммы и другие виды графиков. u-center можно использовать при работе с несколькими приемниками.
Возможности программного обеспечения U-Center:
- Работа с Windows;
- Чтение NMEA , SiRF данных, UBX;
- Вывод полученных данных в виде текста и графиков;
- Запись данных, и воспроизведение;
- Полное управление модулем GPS;
- Возможность изменения конфигурации GPS-модуля;
- Запись новой конфигурации в модуль;
- Запись конфигурации в файл формата.txt;
- Обновление прошивки модуля;
- Возможность холодного, теплого и горячего старта модуля.
Программа позволяет оценивать работоспособность приемника, анализировать его быстродействие и устанавливать его настройки. Помимо U-Center могут использоваться и другие программы, например, Visual GPS, Time Tools GPS Clock и другие.
Visual GPS
Эта программа используется для отображения GPS данных по протоколу NMEA 0183 в графическом виде. Программа позволяет записывать лог GPS данных в файл. Существует два режима работы в программе – в первом Visual GPS связывается с приемником GPS, а во втором Visual GPS считывает показания NMEA из файла. Программа имеет 4 основных окна – Signal Quality (качество сигнала), Navigation (навигация), Survey (исследование), Azimuth and Elevation (азимут и высота).
Time Tools GPS Clock
Эта программа работает на Windows и любых рабочих станциях, она проверяет время со стандартного приемника времени NMEA GPS, который подключен к компьютеру, и позволяет синхронизировать время на ПК. Отображается информация о времени, дате, состоянии GPS, полученная от приемника. Недостатком программы является невозможность высокоточного определения времени, так как GPS-устройства не имеют секундного импульса для последовательного порта компьютера.
GPS TrimbleStudio
Программное обеспечение используется для работы с приемником Copernicus в Windows. Программа отображает принимаемые навигационные данные. Полученные координаты можно отобрать на картах Google Maps, Microsoft Visual Earth. Все установленные настройки приемника можно сохранить в конфигурационном файле
Fugawi
Программа используется для планирования маршрута, GPS навигации в реальном времени. Программа позволяет записывать и сохранять маршруты и путевые точки на картах. Навигация производится как на суше, так и на воде и в воздухе. В программе используются различные виды цифровых карт – топографические карты, стандарты NOAA RNC, отсканированные копии бумажных карт, Fugawi Street Maps.
3D World Map
В этой программе можно увидеть землю в трехмерном виде. Используется как удобный географический справочник, в котором можно узнать информацию 269 странах и тридцати тысячах населенных пунктов, производить измерение между двумя точками, воспроизводить аудиозаписи.
Обзор GPS-модулей для Ардуино
Для работы с Ардуино существует большое количество различных GPS-модулей. С их помощью можно определять точное местоположение (географические координаты, высота над уровнем моря), скорость перемещения, дату, время.
Модуль EM-411. Устройство создано на базе высокопроизводительного чипа SiRF Star III, который обладает низким потреблением энергии. Модуль имеет большой объем памяти для сохранения данных альманаха, поддерживает стандартный протокол NMEA 0183. Время холодного старта составляет около 45 секунд.
VK2828U7G5LF. Этот модуль построен на базе чипа Ublox UBX-G7020-KT. С его помощью можно получать координаты по GPS и ГЛОНАСС. В приемнике имеется встроенная память, в которую можно сохранять настройки. Модуль оснащен встроенной керамической антенной, работает по протоколу NMEA 0183. Напряжение питания модуля 3,3-5В.
SKM53 GPS. Один из самых дешевых модулей, обладающий низким потреблением тока. Время холодного запуска примерно 36 секунд, горячего – 1 секунда. Для позиционирования используются 66 каналов, для слежения 22 канала. В модуле имеется встроенная GPS антенна, устройство обеспечивает высокую производительность навигации при различных условиях видимости.
Neo-6M GPS. Приемник производится компанией u-blox. В этом модуле используются новейшие технологии для получения точной информации о местоположении. Напряжение питания модуля 3-5В. Линейка устройств представлена типами G, Q, M, P, V и T со своими уникальными характеристиками. Время холодного старта около 27 секунд.
locosys 1513. Этот модуль поддерживает работу с GPS, ГЛОНАСС, Galileo, QZSS, SBAS. Базируется на чипе MediaTek MT333, который обладает низким энергопотреблением, высокой чувствительностью и стабильной работой в различных условиях. В приемнике имеется поддержка текстового протокола управления. Время холодного старта примерно 38 секунд.
Arduino GPS модуль GY-NEO6MV2
Модуль использует стандартный протокол NMEA 0183 для связи с GPS приемниками. Приемник представляет собой плату, на которой располагаются модуль NEO-6M-0-001, стабилизатор напряжения, энергонезависимая память, светодиод и аккумулятор.
Технические характеристики модуля:
- Напряжение питания 3,3-5В;
- Интерфейс UART 9600 8N1 3.3V;
- Протокол NMEA;
- Вес модуля 18 гр.;
- Наличие EEPROM для сохранения настроек;
- Наличие встроенной батареи;
- Возможность подключения антенны к разъему U-FL;
- Время холодного старта примерно 27 секунд, время горячего старта – 1 секунда;
- Наличие более 50 каналов позиционирования;
- Частота обновления 5 Гц;
- Рабочие температуры от -40С до 85С.
Модуль широко используется для коптеров, определения текущего положения малоподвижных объектов и транспортных средств. Полученные координаты можно загрузить в карты Google Maps, Google Earth и другие.
После холодного старта модуля начинается скачивание альманаха. Время загрузки – не более 15 минут, в зависимости от условий и количество спутников в зоне видимости.
Распиновка: GND (земля), RX (вход для данных UART), TX (выход для данных UART), Vcc – питание от 3,3В до 5 В.
Для подключения потребуются модуль GY-NEO6MV2, плата Ардуино, провода, антенна GPS. Соединение контактов: VCC к 5V, GND к GND, RX к 9 пину на Ардуино, TX к 10 пину. Затем Ардуино нужно подключить к компьютеру через USB.
Для работы потребуется подключить несколько библиотек. SoftwareSerial – требуется для расширения аппаратных функций устройства и обработки задачи последовательной связи. Библиотека TinyGPS используется для преобразования сообщений NMEA в удобный для чтения формат.
Проверка работы через программу U-Center
Как упоминалось выше, модуль производится компанией u-blox, поэтому для настройки приемника используется программа U-Center.
При подключении к UART приемник отправляет сообщения при помощи протокола NMEA раз в секунду. С помощью программы можно настраивать передаваемые сообщения.
Чтобы настроить модуль, нужно подключить его через USB-UART(COM-UART) преобразователь. Настроить подключение можно с помощью меню Receiver-Port . Как только будет установлено соединение, загорится зеленый индикатор. Приемник начнет устанавливать соединения со спутниками, после чего на экране появятся текущие координаты, время и другая информация. Все сообщения появляются в окне Messages. В меню View – Messages можно выбрать сообщения, которые будут передаваться к микроконтроллеру. В зависимости от поставленной задачи, можно уменьшить количество отправляемых сообщений, что увеличит скорость обработки данных и облегчит алгоритм разбора сообщений контроллером.
Если не устанавливается связь со спутником, нужно проверить, подключена ли антенна. Затем нужно проверить напряжение питание, оно должно быть 5В. Если соединение так и не устанавливается, можно поместить модуль к окну или выйти на открытую территорию.
Посмотреть передающиеся данные можно через меню View.
Все сообщения начинаются символом $, следующие за ним символы – идентификаторы сообщения. GP- это глобальная система, следующие 3 буквы показывают, какая информация содержится.
RMC – наименьшая навигационная информация (время, дата, координаты, скорость, направление).
GGA – зафиксированная информация позиционирования. Записаны время, координаты, высота, статус определения местоположения, количество спутников.
Проверка работы через Arduino IDE
Работать с модулем можно также через стандартную среду разработки Arduino IDE. После подключения модуля к плате, нужно загрузить скетч и посмотреть на результат. Если на мониторе появится бессвязный набор знаков, нужно отрегулировать скорость интерфейса Ардуино с компьютером и скорость интерфейса модуля с контроллером.
Скетч для вывода данных о местоположении.
#include
После того, как код будет залит, нужно подождать несколько секунд (время холодного старта), чтобы устройство смогло определить местоположение и начать показывать координаты. Как только устройство начнет свою работу, на плате будет мигать светодиод.
В мониторе порта появятся данные широты и долготы. Также будет получено значение текущей даты и времени по Гринвичу. Установить свой часовой пояс можно вручную – это делается в строке Serial.print(static_cast(hour+8));
Заключение
Как видим, для начал работы с GPS не требуется каких-то совсем уж сложных манипуляций. На помощь приходят готовые модули или шилды, взаимодействующие с Arduino через UART. Для облегчения написания скетчей можно использовать готовые библиотеки. Кроме того, любой GPS-модуль можно протестировать без Ардуино, подключив к компьютеру и воспользовавшись специальным софтом. Обзор наиболее популярных программ мы привели в этой статье.
Система глобального позиционирования GPS уже плотно вошла в нашу жизнь. Сегодня сложно представить мобильный телефон без встроенного GPS-модуля. Эта спутниковая система навигации позволяет отслеживать любые объекты, определять их координаты и скорость перемещения. Теперь GPS доступна не только компаниям, разрабатывающим соответствующее оборудование, но и простым радиолюбителям, которые во всю уже используют популярные платы Arduino. В данном материале будет рассмотрено подключение миниатюрного GPS-трекера к плате Arduino Pro Mini. В качестве подопытного используется трекер PG03 MiniGPS.
Данный трекер помимо непосредственно географических координат показывает направление движения, пройденный путь и скорость перемещения. К сожалению, он не обеспечивает запись информации, поэтому, подключив его к Arduino, можно получить доступ к этим данным и делать с ними все, что захочется.
Сначала трекер нужно разобрать. Ниже показаны изображения разобранного GPS-трекера.
Сердцем трекера является GPS-чип Venus638FLP. Его 44-ый вывод является выходом интерфейса UART (TxD). Можно припаять провод непосредственно к этому выводу, а можно найти на плате контакт для тестирования, к которому также подключен данный вывод. Ниже показаны изображения расположения выводов микросхемы и способ подключения к нужному выводу.
Теперь возьмем компактную плату Arduino Pro Mini и модуль для SD-карт, чтобы записывать данные протокола NMEA. Схема соединений Arduino Pro Mini и модуля для SD-карт выглядит следующим образом:
Подключение выводов модуля для SD-карт:
GND к GND
VCC к 3.3 В
MISO к выводу 12
MOSI к выводу 11
SCK к выводу 13
CS к выводу 10
Подключение выводов GPS-трекера:
GND к GND
Вывод 2 (Arduino) к выводу 44 (GPS)
Питание лучше взять с GPS-трекера (3.7 В). Поскольку его аккумулятор имеет малую энергоемкость, то предпочтительно подключить внешний аккумулятор, например, от мобильного телефона на 1400 мАч, как показано на одном из рисунков выше.
Теперь нужно скачать библиотеку TinyGPS , также потребуется библиотека для работы с SD-картами и библиотека SoftwareSerial, которую можно найти в Arduino\libraries.
В нижеприведенном куске кода можно выбирать, какие данные записывать:
void gpsdump(TinyGPS &gps) { float flat, flon; // Lat, Long float fkmph = gps.f_speed_kmph(); // Speed in km/hr float falt = gps.f_altitude(); // +/- altitude in meters (seem to be elevation, in fact) float fc = gps.f_course(); // Course in degrees unsigned long age; gps.f_get_position(&flat, &flon, &age); Serial.print(” lat “); Serial.print(flat, 4); Serial.print(” lon “); Serial.print(flon, 4); Serial.print(” kms “); Serial.print(fkmph); Serial.print(” course “); Serial.print(fc); Serial.print(” elevation “); Serial.println(falt); /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Загрузите скетч в Arduino, вставьте SD-карту, отформатированную в соответствии с FAT32 и имеющую в корне файл log.txt. Запустите последовательный монитор, и вы увидите данные, которые будут записываться на SD-карту.
