Ростелеком ТВ 

Выбор и использование персональных навигаторов GPS. Самодельный GPS-навигатор на базе Arduino (3 фото) Самоделки из навигатора своими руками


Процесс разборки навигатора eTrex Legend.

С комментарием ведущего.

Разбор пИнгвином навигатора Гармин Легенд, от скуки в начале сентября.

Заранее извиняюсь за минимум полезной информации, но может кому интересно будет посмотреть.

Известно, что летом пингвинов начинает добивать жара и тоска по морозному воздуху и иногда тянет на подвиг. Дабы не совершать чего-нибудь разрушительного публично и при подрастающем поколении, засел я тоскливым сентябрьским вечерком с верно служившим 3 года (да продлит Всевышний его дни) навигатором Легенда на работке.
Поводом тому послужили некоторые проблемы, с которыми не могли спокойно сосуществовать некоторые двуногие, коим навигатор иногда давался на пользование в летний период.
В принципе, известный эффект отваливающейся резинки по периметру девайса меня не напрягал. После нагрева навигатора солнцем на банке лодки, резинка стала скользить, смещаться и в конечном счёте отваливалась от скотча, который в свою очередь находился между корпусом и резинкой. Вообще, как выяснилось, под резинкой было подобие двустороннего скотча, а под скотчем некая силиконообразная клейкая ленточка. Ленточка непосредственно “герметизировала” прибор и места выхода кнопок.

Попытка посадить резинку на секундный клей провалилась с треском. Резинка отваливалась, не было хорошей адгезии. Нужен силиконовый герметик резиновый клей или двусторонний скотч.
Будь она не ладна эта летняя рыбалка, зимой навигатор не греется.
Так вот, всё-таки редко, но наглухо вырубающий два или три из своих четырех положений джойстик доставлял какое то время очень неадекватные высказывания в адрес буржуев из Гармин. И эта ситуация естественно не нравится настоящему пИнгвину, “ибо”(с) ни что так не омрачает зимний отдых как негативные эмоции. Ну да через годик после появления “проделок империализма” было замечено, что если взять навигатор за торцы двумя руками и вспомнить силы возникающие при попытке выжимание воды из полотенца (в роли полотенца был навигатор), то джойстик в 90 процентах начинал тут же работать. Наверно побоявшись суровых пИнгвинов, навигатор понимал, что церемониться с ним не будут. Правда, мириться с принудительной прокачкой мышц рук в мои планы не входило.

Так, о чём это я … сижу вот гляжу на шайтан машину и думаю, а ведь если кто собрал, то другой и разобрать может?

Может чего, отвалилось в Тайваньской сборке, или пайка ложная вскрылась, надо помочь верному другу здоровье поправить. Благо руки позволяют ещё с пинцетом работать.

Фото 1. Содрали совсем резинку и остатки скотча. Всё делаем трезвыми, аккуратненько, без лишнего насилия и приговариваем “я спокоен, я спокоен, если встречу конструктора Легенды то … я спокоен, я спокоен …”

Фото 2. Нежно поддеваем пинцетиком силиконообразную ленточку, снимаем её и вешаем на елку, она нам ещё пригодиться при закрывании прибора.

Фото 3. Очень аккуратно, чтоб не сломать жмем на защелки (по две с боков и одна снизу)

Фото 4. Тут выясняется, что какой то нехороший человек залил клея в стык и корпус не хочет открываться. Берем бритву и твердой рукой пропиливаем заклеенную щель. Можно конечно и скальпелем, но главное что бы режущий инструмент не ушел внутрь корпуса, там мелкосхемы…

Фото 4. Через 10 минут пропиливания, приборчик открывается после нажиманий на защелок с боков. Пинцетиком аккуратно как вынимаем разъём.

Фото 5. И приборчик открыт! Интересно до ужаса. Видны элементы SMD, мелкосхемы Garmin, AMD, Samsung, японская батарейка и какой то волосатый синтетический мусор: -).

Фото 6. Наша цель джойстик. Переворачиваем платку за торцы. А там шлейф на махоньком разъёме… Не касаемся лапами элементов и шин. Помним, что электроника боится статики. Друг статического электричества это сухой воздух и шерстяная с синтетической одежды. Враг – влажный питерский воздух.

Фото 7. Вспомнив правило “не уверен закрой и положи на место”, а также твердую руку хирурга отковыриваем пинцетом черный зажим на разъёме.

Фото 8. Вывинчиваем шурупы у джойстика и надавливаем на джойстик со стороны резиновой кнопки в корпусе. Получаем ЖК экран висящий на шлейфах по двум сторонам платы. Шлейф трогать низзя, экран хрупкая вещь, на кой до такого докапываться!?

Осмотр показал, что всё впаяно хорошо, джойстик похоже неразборный. Короче, зря лезли… Собираем всё обратно:-((

Фото 9. Внутренний голос подсказывает, что шлейф вставлять лучше до постановки платы в корпус … стремное занятие, не дай бог рука соскочит … через пару минут шлейф в разъеме… самое сложное позади. Естественно всё происходит на чистом непыльном куске бумаги.

Фото 10. Нежно опускаем в корпус плату экрана с джойстиком. Смещаем плату с антенной и завинчиваем два самореза.

Фото 11. Ставим плату с антенной и ещё раз глядим на пайку. Всё идеально. Но ведь надо же придраться! Детальный осмотр пайки одной микросхемы даёт три вывода без припоя сверху! Ура, точим махонький 6 Вт паяльник и с радостью лезем исправлять недостаток работы восточных товарищей. Получается конечно некрасиво, но надёжно. Ещё бы заработало…

Фото 13. Собираем всё, смотрим нет ли лишних деталей на столе и заклеиваем силиконообразной липкой ленточкой по периметру корпуса.

Фото 14. Включаем прибор и о счастье, он работает

1. Глюки с джойстиком скорей всего связаны не с ним, а с контактами шлейфа или внутри многослойной платы и обычному “любителю поковыряться” здесь не справиться;

2. Лишний раз лазить туда не надо

3. Анализ конструкции приводит к отсутствию желания проверять “герметичность” аппарата;

4. Замена батарейки занятие неприятное, похоже она контактной сваркой припаяна к держателю… хотя может я и ошибаюсь;

5. Замену кнопок (если они вдруг глючат) лучше поручить опытным людям, специфика поверхностного монтажа…

6. Резинку надо клеить мягким герметиком или двусторонним скотчем, чтобы иметь возможность разобрать навигатор для прикола следующим летом;-)

Небольшой комментарий:

Во первых, никому не рекомендую заниматься подобными изысканиями "от скуки". Попробуйте найти себе несколько другое занятие. Такими вещами можно заниматься, если Вы Рокфеллер или его близкий родственник, или хотите найти причину поменять свой навигатор на более новый в связи с поломкой старого. Однако, если у Вас есть реальная проблема, которая не позволяет пользоваться навигатором и, как следствие, создаёт угрозу Вашей безопасности, можно попытаться заглянуть внутрь, чтобы удостовериться в исправности хотя бы электрических соединений внутри навигатора.

Самое главное, о чём постоянно нужно помнить при разборке и сборке навигатора, это то, что он является по совместительству приёмником КВЧ (КРАЙНЕ высоких частот) и специализированным компьютеров в полном смысле этого слова. Первое означает, что любое изменение настроек приёмного тракта или встроенных преобразователей, может привести в лучшем случае к ухудшению приёма данных со спутников, а в худшем... Если Вы скажете мне, что мол там всё запаяно и нарушить ничего нельзя, то я со своей стороны могу заверить Вас, что на таких частотах на настройку может повлиять простой волосок, упавший поблизости от любого ВЧ узла. Никогда не забуду, как я настраивал гетеродин на частоту "всего" 100МГц в одной из самодельных конструкций.. В конце концов выяснилось, что причиной шатания частоты являлось моё собственное дыхание. Или можете глянуть на самодельные конструкции приёмников спутникового телевидения. Там, извините меня, одни болты. Подкрутил болт тут - настроил частоту первого тракта приёма, подкрутил там - преобразователя... Причём резьба должна была быть очень мелкой, так как счёт шёл на микроны.

Это что касается приёмника навигатора. Второе - это компьютер. Компьютер, это по определению высокая степень интеграции и насыщенности компонентами в очень маленьком объёме. Поэтому залезать туда с паяльником я категорически не советую. Расстояние между ножками микросхем составляет десятые доли миллиметра. Поэтому в результате Вы можете получить одну большую ножку, залитую припоем. А снять припой всегда труднее, чем положить. При этом неизбежен перегрев как самой микросхемы или шлейфа, так и окружающих элементов, включая сам текстолит. А это верная дорога к покупке нового навигатора взамен сломанного. Кроме того, случайно соскочивший инструмент, оставивший еле заметную царапину на плате или элементе, скорее всего заставит Вас раскошелится на всю стоимость нового навигатора.

Теперь по поводу джойстика. По роду своей работы, я частенько встречался с неисправностями подобных переключателей. Неисправность, как правило, заключалась в нечётком срабатывании контактов. В 80% случаев устранить или значительно улучшить работу этого узла удавалось простым промыванием спиртом. Нужно обильно смочить кнопки спиртом так, чтобы спирт попал внутрь и активно щёлкать при этом кнопками, непрерывно добавляя спирт. Спирт должен быть чистым и не давать разводов. Таким образом вся грязь будет вымываться и вытекать, а оксидная плёнка стираться.

Вообще, чаще всего слышны жалобы не на джойстик, а на нарушение контактов дисплея, что выражается в неправильном отображении символов и прочих изображений на экране. Как я читал на форумах, народ исправляет такую неисправность простым подкладыванием резинки та, что усилие прижима дисплея немного увеличивается. Этого бывает достаточно, чтобы восстановить контакт. По сути это же происходит при небольшой деформации корпуса.

Кстати, батарейка на плате таковой на самом деле не является. Это так называемый ионистор - конденсатор очень большой ёмкости. Именно с его помощью навигатор хранит данные о положении спутников и при включении пересчитывает их под текущее время. Часы, кстати, тоже питаются от ионистора. поэтому и не рекомендуется надолго оставлять навигатор без батареек. В этом случае может произойти полный сброс данных и в следующий раз может потребоваться холодный старт. Кроме этого, как для любого конденсатора, лучше, когда он работает. Помните? Оксидные конденсаторы без работы теряют свою ёмкость через 2-3 года, а работающие без вопросов работают лет 10-15.

Ещё одно замечание. Одно время по сети прошла информация о том, что в корпусе навигатора закачан специальный газ, и что разбирая его, Вы теряете его защиту. На самом деле, однажды я видел один военный прибор содержащий КВЧ приёмник в корпусе, заполненном газом. Это придавало электронике стабильность за счёт отсутствия окисления и чего-то ещё. Но если бы Вы видели корпус этого аппарата - три герметичных корпуса. Если посмотреть с этой точки зрения на корпус навигатора, то можно предположить, что любого газа хватает только на время его транспортировки до продавца. Так что я не разделяю мнения о присутствии какого-то газа внутри корпуса бытовых навигаторов.

А вот герметичность при сборке нужно обеспечивать обязательно. И дело здесь не в том, чтобы заниматься с ним дайвингом (под водой сигналы GPS не распространяются), а в том, чтобы исключить попадание внутрь сырости в любом виде. Чаще всего это происходит от сырого воздуха, а не от капель дождя. В связи с этим рекомендую по возможности делать сборку когда воздух в помещении максимально сухой. Ну ту уж как получится. Тем более, что про статику автор статьи всё правильно сказал. В связи с этим рекомендую первым делом касаться любого экрана, соединённого с общим проводом схемы, а дальше уже можно трогать всё остальное. Экранов в навигаторе полно, так что проблем не будет. Тоже самое рекомендую делать и с компьютерными комплектующими.

Во многих современных телефонах есть GPS, но для работы навигатора необходима подгрузка карт через интернет, что в дали от GSM вышек является проблемой. Также большая проблем — это быстрый разряд аккумулятора смартфонов, особенно в холодное время года. За раз путешественник остаётся не только без навигации, но и без связи. Иметь с собой независимое навигационное устройство будет очень кстати. Подобное устройство и будет предлагаться в статье, ниже.

Цель данного устройства заключается в том, чтобы указать в каком направлении двигаться и показать оставшееся расстояние до точки, к которой нужно придти. Путешественнику нужно перед выходом сохранить контрольную точку, к которой хочет он вернуться. После этого стрелка будет указывать на место отправления и цифрами указываться расстояние. Конечно, необходимо чтобы спутники «ловились» и координаты текущего местоположения определялись.

Схема самодельного навигатора

Схема строится на микроконтроллере ATMega64 с тактированием от внешнего кварцевого резонатора на 11,0592 МГц. За работу с GPS отвечает NEO-6M от U-blox, это хоть и старенький, но очень распространенный и недорогой модуль с достаточно точным определением координат. Информация выводится на дисплей от Nokia 3310 (5110). Еще в схеме присутствуют магнитометр HMC5883L и акселерометр ADXL335.

HMC5883L достаточно распространенный и недорогой датчик, для общения с микроконтроллером используется стандартный I 2 C интерфейс.
Чип выпускается в крошечном 16-и выводном корпусе LPCC размерами 3х3 мм.

Обозначение выводов:

  1. SCL — вход тактирования шины I2C
  2. VDD — вход для подключения питания (кормится эта козявка напряжением в диапазоне 2,16-3,6 вольт)
  3. не используется
  4. S1 — дополнительное питание для портов ввода/вывода. Подключается напрямую к выводу VDDIO
  5. не используется
  6. не используется
  7. не исползуется
  8. SETP — первый вход для подключения керамического конденсатора на 0,22uF
  9. GND — земля
  10. С1 — еще один вход для подключения конденсатора. Электролитичиского или танталового на 4,7uF (другой конец конденсатора подключается к земле)
  11. GND — земля
  12. SETC — второй вход для подключения керамического конденсатора на 0,22uF
  13. VDDIO — вход для подключения напряжения которое будет на портах ввода/вывода
  14. не используется
  15. Выход прерывания, когда данные готовы на этом выводе появляется логическая 1
  16. SDA — линия данных интерфейса I2C

Печатная плата навигатора

Схема и плата спроектированы в системе EasyEDA.

Включение и выключение устройства происходит длинным нажатием на кнопку S5. После включения и поиска спутников (при холодном старте может уйти до 10 минут или даже больше) мы можем посмотреть текущие координаты, нажав на кнопку S2.

Координаты конечной точки можно посмотреть нажав на кнопку S3.

Нажав кнопку S4 попадаем в меню сохранения точки. Сохранить точку можно двумя способами:

  1. сохранить текущие координаты

2. забить координаты вручную

Вводим по очереди градусы, минуты и секунды. Выбранное значение для редактирования мигает.

Вернуться в режим следования к точке можно по короткому нажатию на кнопку S5

Теперь об использовании магнитометра и акселерометра. Для расчета азимута используются данные полученные с GPS приемника, поэтому в случае если рассчитать координаты не возможно (например если спутники не видны или их мало) пропадает возможность и рассчитать направление в котором нужно двигаться, чтобы придти к точке. И первоначально моя задумка была в том, чтобы использовать магнитометр как вспомогательное средство для указания курса. Но столкнулся с некоторыми трудностями.

Во-первых. Кто знакомился с работой цифровых магнитометров знают что, точность их данных зависит от того в каком положении они находятся. Поэтому для корректной работы в любом положении необходимо использовать акселерометр, который бы давал более точную картину проекции магнитного поля на все три оси магнитометра. Возможное решение этой задачи я подсмотрел в одном журнале. но пока не осилил перенести весь расчет в Bascom (может кто-то из энтузиастов возьмется?).

Во-вторых, заметно сказывается различие магнитного склонения в разных частях Земли. Например в Поволжье магнитное склонение составляет 13°, а на другом конце страны склонение уже 11° и в другую сторону. А ведь есть еще и магнитное наклонение — когда линии магнитного поля входят или выходят под углом к горизонту, и много других факторов влияющих на показания.

Конечно, для примерного указания направления можно использовать и такие не калиброванные данные с магнитометра, но пока решил оставить эту задумку и сделал простой компас, который тоже может быть полезен. Компас включается нажатием на кнопку S1. А для того чтобы он указывал более менее правильное направление на север (точнее на северный магнитный полюс), устройство необходимо держать горизонтально. Для помощи в этом по бокам экрана бегают две черточки, которые показывают наклон в ту или иную сторону.

Осталось распечатать на 3-D принтере под устройство корпус, а пока о результатах уличных испытаний. Девайс получился очень интересным и вполне очень даже помогающим выйти к сохраненной точке. Но нужно понимать, что миллиметровой точности ожидать не следует. Ошибка определения GPS координат всего в одну секунду даст неточность определения положения в 20 метров. Также погрешность неизбежно накапливается при округлении в математических расчетах. Но тем не менее устройство даже в городских условиях плотной застройки позволило вернутся к точке с точностью в несколько метров.

Это устройство станет незаменимым помощником тем, кто любит побродить по лесу, грибникам, лыжникам, туристам и другим любителям природы!

Используемые в устройстве компоненты (их можно заказать в интернет-магазине из Китая):

  • GPS модуль NEO-6M
  • ЖК дисплей
  • Магнитометр HMC5883
  • Акселерометр ADXL335

Корпус для направлятора

P.S. По просьбам пользователей обновил прошивку (по ссылке выше две прошивки), исключив из схемы акселерометр и магнитометр. Теперь по нажатию на кнопку S1 будет выводится информация о напряжении на аккумуляторе, время и дата по UTC, а также азимут — тот же компас 🙂

Несмотря на то, что сегодня на рынке можно отыскать огромное множество GPS-устройств различной ценовой категории и функциональности, не все готовы сразу купить готовое навигационное устройство и предпочитают его сделать своими руками. Нужно ли это – сказать сложно, но, без сомнения, возможно.

Собственный навигатор можно сделать двумя различными способами. Для первого понадобится самое простой мобильное устройство, GPS-передатчик и аккумулятор. Сразу стоит предупредить, что подробно его рассматривать нет смысла, так как для сборки самодельного навигатора таким способом потребуется много хлопот и времени, а самое главное – необходимо хорошо разбираться в электронике и владеть азами системного программирования – такие навыки имеются не у всех. К тому же такой навигатор сложен в использовании, посылая на спутник сообщение, он будет получать в ответ координаты, которые придется накладывать на карту.

Второй способ более простой и под силу каждому – GPS-навигатор, сделанный при помощи ноутбука. Что для этого понадобится? Во-первых, сам ноутбук, во-вторых, GPS-приемник, например, встроенный в современный мобильный телефон.

GPS-приемник подключается по любому из интерфейсов (Wi-Fi , Bluetooth или USB) у переносного ПК. Последние сегодня имеются практически у каждого, к тому же, для навигатора будет достаточно даже самого простого нетбука или планшета.

Перед подключением модуля GPS нужно позаботиться, чтобы на ПК стояло соответствующее программное обеспечение, которое будет осуществлять его поддержку. Отыскать и скачать его из интернета не составит никакого труда, так как выбор тут невообразимо большой. Некоторые программы подойдут для загородных поездок на длинные дистанции, некоторые, наоборот, для поездок по городу. Если ПК имеет доступ в интернет, можно также установить программы, предоставляющие информацию о пробках.

Подключив к ПК навигатор, нужно дождаться, пока его определит система, если потребуются дополнительные драйвера, их необходимо установить. Поиском заниматься не требуется, можно просто задать автоматический поиск в интернете. Устройство определилось – можно запускать навигационную программу и удостовериться, что устройство видно ей. Если все в порядке, самодельный GPS навигатор готов, если возникают проблемы, нужно покопаться в настройках ПО.

Стоит ли сделать навигатор своими руками или лучше его купить – решать каждому на свое усмотрение. В любом случае, и в первом, и во втором случае придется немного приложить усилий и потратить времени.