GPS Εξοικονόμησης ενέργειας με οθόνη E-Ink: 4 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Κάθε καλοκαίρι κάνω πεζοπορία σε απομακρυσμένες τοποθεσίες. Μερικές φορές, όταν το ίχνος είναι αχνό ή ακόμη και εξαφανίζεται, πρέπει να χρησιμοποιήσω το GPS του τηλεφώνου μου για να λάβω τις συντεταγμένες μου και στη συνέχεια να ελέγξω τη θέση μου σε χάρτινο χάρτη (συχνά δεν έχω σήμα, οπότε οι χάρτες χαρτιού είναι υποχρεωτικοί). Προκειμένου να εξοικονομήσω την μπαταρία του τηλεφώνου μου, αποφάσισα να φτιάξω μια συσκευή GPS χαμηλής κατανάλωσης βασισμένη στο arduino και χρησιμοποιώντας μια οθόνη E-Ink. Μια οθόνη E-Ink χρειάζεται μόνο ενέργεια για να ενεργοποιήσει την οθόνη, επομένως είναι κατάλληλη για συσκευές εξοικονόμησης ενέργειας.

Ποια είναι η αρχή αυτού του GPS;

Ενεργοποιείτε το GPS πατώντας ένα κουμπί, η οθόνη ενεργοποιεί την τοποθεσία σας, το υψόμετρο και τον αριθμό των δορυφόρων που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της τοποθεσίας σας και στη συνέχεια κλείνει αυτόματα για εξοικονόμηση μπαταρίας. Χάρη στην οθόνη E-Ink, η τοποθεσία σας παραμένει στην οθόνη ακόμη και όταν απενεργοποιηθεί το GPS. Μπορείτε να αλλάξετε το σύστημα συντεταγμένων που χρησιμοποιεί το GPS (γεωγραφικό μήκος/γεωγραφικό πλάτος σε δεκαδικούς βαθμούς, σύστημα UTM και τις παραλλαγές του …) χρησιμοποιώντας κουμπιά, ώστε να μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε με χάρτες από πολλές διαφορετικές χώρες.

Έμαθα τόσα πολλά πράγματα κατά τη διάρκεια αυτού του μικρού έργου και ελπίζω ότι θα διασκεδάσετε όσο και εγώ το έκανα!

Αποποίηση ευθυνών:

Είμαι αρκετά σίγουρος σε αυτήν την κατασκευή, ώστε να το χρησιμοποιώ κατά τις επόμενες πεζοπορίες μου, ωστόσο θα έχω πάντα το τηλέφωνό μου ως εφεδρικό GPS. Εάν δεν είστε σίγουροι για το τι κάνετε, σας συμβουλεύω να αγοράσετε ένα εμπορικό GPS αντί να το φτιάξετε μόνοι σας. Σας ενθαρρύνω να ελέγξετε μόνοι σας το κύκλωμα και τον κωδικό και δεν μπορώ να θεωρηθώ υπεύθυνος εάν το GPS που δημιουργήσατε σύμφωνα με αυτό το οδηγό σας αποτύχει

Ένα άλλο πράγμα: αυτό το GPS δεν θα λειτουργήσει στη Νορβηγία και το Svalbard στη λειτουργία UTM. Πράγματι, το πλέγμα UTM δεν έχει σχεδιαστεί με τον ίδιο τρόπο σε αυτά τα μέρη σε σύγκριση με τον υπόλοιπο κόσμο και δεν μπόρεσα να συμπεριλάβω αυτήν την ιδιαιτερότητα στο arduino λόγω περιορισμών μνήμης…

Προμήθειες

- 1 x Arduino Nano

- 1 x μονάδα GPS Ublox-6m

- 1 x οθόνη E-Ink με τη μονάδα του. Χρησιμοποίησα αυτό:

www.amazon.fr/gp/product/B072Q4WTWH/ref=pp…

- 1 x 18650 Li-Ion μπαταρία (περίπου 2000mah θα πρέπει να είναι αρκετό)

- 1 x 18650 θήκη μπαταρίας

- 1 x μονάδα φόρτισης και προστασίας για μπαταρίες ιόντων λιθίου που βασίζονται σε ένα TP4056 όπως αυτό:

www.amazon.fr/gp/product/B0798M12N8/ref=pp…

- 1 x διακόπτης δύο θέσεων (ο τύπος ON/OFF)

- 3 x διακόπτες μικρού κουμπιού

- 1 x 1 MΩ αντίσταση

- 1 x mosfet καναλιού γενικής χρήσης (το σκούπισα από μια τροφοδοσία υπολογιστή)

- 1 x Stripboard

- Σύρματα

- 1 x Breadboard για πρωτότυπο

Βήμα 1: Πρωτοτυπία του GPS

Πρώτα απ 'όλα πρέπει να συναρμολογήσετε τη συσκευή σε ένα breadboard για να δοκιμάσετε τα εξαρτήματα και τον κώδικα arduino.

Τροφοδοσία του GPS

Για να τροφοδοτήσω τη συσκευή χρησιμοποίησα μια μπαταρία Li-Ion 18650 2000 mAh. Αυτό το είδος μπαταρίας χρειάζεται, όπως και οι μπαταρίες Li-Po, να φορτίζονται και να αποφορτίζονται με ελεγχόμενο τρόπο. Η φόρτιση της μπαταρίας με λάθος τρόπο θα μπορούσε να πάρει φωτιά ή ακόμα και να εκραγεί ακριβώς όπως ένα Li-Po! Για να μπορέσετε να το φορτίσετε χρησιμοποιώντας έναν κλασικό φορτιστή τηλεφώνου, πρέπει να χρησιμοποιήσετε μια μονάδα βασισμένη στο TP4056.

Σε αυτό το πρώτο βήμα, απλά πρέπει να συγκολλήσετε το θετικό (κόκκινο) καλώδιο από τη θήκη μπαταρίας σε B+ στη μονάδα και το αρνητικό (μαύρο) σύρμα από τη θήκη μπαταρίας σε B-. Στη συνέχεια, πρέπει να κολλήσετε καλώδια σε OUT+ και OUT- στη μονάδα, θα συνδεθούν αργότερα στη συσκευή.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ: Μόλις ολοκληρωθεί η συσκευή θα πρέπει να συνδέσουμε το arduino στον υπολογιστή, όταν το κάνουμε αυτό είναι ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ ΝΑ ΑΦΑΙΡΕΣΕΙ ΤΗ ΜΠΑΤΑΡΙΑ ΑΠΟ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ, διαφορετικά υπάρχει κίνδυνος το arduino να αρχίσει να φορτίζει την μπαταρία λανθασμένο τρόπο και υπάρχει, πάλι, κίνδυνος να πάρει φωτιά.

Καλωδίωση των πραγμάτων στο breadboard

Το επόμενο βήμα μπορεί να είναι λίγο δύσκολο: πρέπει να συνδέσετε τα πάντα στο breadboard έτσι ώστε να ταιριάζει με το παραπάνω σχήμα.

Μια μικρή συμβουλή: πάρτε το μέγιστο από τον διαθέσιμο χώρο στο ψωμί σας και… πάρτε το χρόνο σας;)

Βήμα 2: Ανεβάστε τον κώδικα

Τώρα ήρθε η ώρα να ανεβάσετε τον κώδικα στο arduino!

Πρώτα βεβαιωθείτε ότι η μπαταρία έχει αφαιρεθεί από τη θήκη μπαταρίας, στη συνέχεια συνδέστε το arduino στον υπολογιστή, ανεβάστε τον συνημμένο κωδικό arduino και αποσυνδέστε το arduino. Μπορείτε τελικά να βάλετε την μπαταρία στη συσκευή.

Εάν έχετε οποιαδήποτε ερώτηση σχετικά με τον κωδικό, μη διστάσετε να τις ρωτήσετε στην παρακάτω ενότητα σχολίων!:)

Βήμα 3: Κάντε το να λειτουργήσει

Τώρα επιτρέψτε μου να εξηγήσω πώς λειτουργεί πραγματικά αυτό το GPS:

Όταν πατάτε το κουμπί που συνδέει τη γείωση και τους ακροδέκτες +5V από το arduino για περίπου 3 δευτερόλεπτα, το GPS εκκινείται.

Το GPS μπορεί να εκκινήσει σε δύο διαφορετικές λειτουργίες: τη λειτουργία διαμόρφωσης και την πραγματική λειτουργία GPS. Για να επιλέξετε τη λειτουργία στην οποία εκκινείτε, πρέπει να αλλάξετε τη θέση του διακόπτη δύο θέσεων που είναι συνδεδεμένος μεταξύ A0 και γείωσης.

Λειτουργία διαμόρφωσης: Σε αυτήν τη λειτουργία μπορείτε να επιλέξετε εάν το GPS εμφανίζει την τοποθεσία σας (γεωγραφικό πλάτος, γεωγραφικό μήκος, υψόμετρο και αριθμό δορυφόρων που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της θέσης σας) σε δεκαδικούς βαθμούς ή εάν θέλετε να δείχνει την τοποθεσία σας (ανατολική, βόρεια, υψόμετρο, ζώνη και αριθμός δορυφόρων που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της τοποθεσίας σας) που προβάλλονται στο πλέγμα UTM (ή οποιαδήποτε παραλλαγή του, όπως θα δούμε αργότερα). Για εναλλαγή μεταξύ λειτουργίας Easting/Northing και Latitude/Γεωγραφικού μήκους απλώς πατήστε το κουμπί που συνδέει το A1 με τη γείωση έως ότου στην οθόνη εμφανιστεί η ένδειξη "MODE: E/N" (για Easting/Northing) ή "MODE: L/L" (για Latitude /Γεωγραφικό μήκος).

Εάν θέλετε τις συντεταγμένες σας σε δεκαδικούς βαθμούς, επιλέξτε τη λειτουργία "L/L" και, στη συνέχεια, επιστρέψτε τον διακόπτη δύο θέσεων στη λειτουργία GPS. Οι ρυθμίσεις σας αποθηκεύονται τώρα στη μνήμη του arduino και η συσκευή θα συγχρονιστεί τώρα με τους δορυφόρους και θα εμφανίζει τη θέση σας, το υψόμετρο και τον αριθμό των δορυφόρων που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της τοποθεσίας σας. Προσοχή: πρέπει να είστε έξω ή κοντά σε ένα παράθυρο για να επιτρέψετε στο GPS να ακούει τους δορυφόρους! Στη συνέχεια, η συσκευή απενεργοποιείται αυτόματα για εξοικονόμηση μπαταρίας.

Για να βρείτε τη θέση σας σε έναν χάρτη, πιθανότατα θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε τις συντεταγμένες σας ως προς το Easting και το Northing. Αυτό το σύστημα είναι στην πραγματικότητα μια προβολή των συντεταγμένων GPS σας σε ένα δίκτυο. Τις περισσότερες φορές ο χάρτης θα βαθμολογηθεί στο σύστημα UTM, αλλά ορισμένες χώρες χρησιμοποιούν μια παραλλαγή αυτού του συστήματος, επομένως πρέπει να ορίσετε μια άλλη παράμετρο για να επιλέξετε μεταξύ του συστήματος UTM και της παραλλαγής του χάρτη σας.

Για να βρείτε το σύστημα του χάρτη σας πρέπει συχνά να ελέγχετε μικροσκοπικές γραφές σε μια γωνία του. Εάν ο χάρτης σας είναι σε σύστημα UTM, η παραμετροποίηση του GPS είναι απλή: απλώς πατήστε το κουμπί που συνδέει το A2 με τη γείωση, έτσι ώστε η οθόνη να δείχνει "ZONE: AUTO".

Σε πολλές χώρες οι χάρτες βρίσκονται σε τοπική παραλλαγή του συστήματος UTM: για παράδειγμα στη Σουηδία οι χάρτες βρίσκονται συχνά στο σύστημα SWEREF 99 TM. Αυτό το σύστημα χρησιμοποιεί την ίδια προβολή με το σύστημα UTM στη ζώνη 33 αλλά επεκτείνεται σε ολόκληρη τη χώρα! Αυτό σημαίνει ότι εάν χρησιμοποιείτε έναν χάρτη στο SWEREF 99 TM θα πρέπει να καθορίσετε τη ζώνη του GPS στο 33 χειροκίνητα. Για να το κάνετε αυτό, πατήστε το κουμπί σύνδεσης A2 με τη γείωση έως ότου στην οθόνη εμφανιστεί η ένδειξη "ZONE: AUTO" και, στη συνέχεια, πατήστε το κουμπί που συνδέει το A1 με τη γείωση, έως ότου στην οθόνη εμφανιστεί η ένδειξη "ZONE: 33". Ομοίως, στη Φινλανδία οι περισσότεροι χάρτες χρησιμοποιούν το σύστημα ETRS-TM35, το οποίο είναι το σύστημα UTM στη ζώνη 35 που επεκτείνεται σε ολόκληρη τη χώρα (επομένως θα έπρεπε εδώ να επιλέξετε "ZONE: 35"). Πολλές χώρες διαθέτουν αυτού του είδους τις παραλλαγές συστήματος UTM.

Μόλις έχετε ρυθμίσει σωστά το GPS, απλώς επαναφέρετε τον διακόπτη δύο θέσεων στη λειτουργία GPS, οι ρυθμίσεις σας αποθηκεύονται τώρα και η συσκευή θα συγχρονιστεί τώρα με τους δορυφόρους, θα εμφανίσει τη θέση σας και θα κλείσει.

Λειτουργία GPS:

Η συσκευή θα εκκινήσει και θα εμφανίσει απευθείας τις θέσεις σας σύμφωνα με τις παραμέτρους που είναι αποθηκευμένες στη μνήμη της. Μόλις εκτυπωθεί η θέση, η συσκευή θα κλείσει απευθείας για να εξοικονομήσει μπαταρία.

Βήμα 4: Κολλήστε τα εξαρτήματα σε έναν πίνακα λωρίδων και συναρμολογήστε τη συσκευή

Τώρα που όλα λειτουργούν, κολλήστε τα εξαρτήματα στο stripboard σύμφωνα με το σχηματικό σχήμα. Μπορείτε να ξεκινήσετε από το πώς οργανώσατε τα στοιχεία στο stripboad ως σημείο εκκίνησης για το σχέδιο του stripboard. Μην διστάσετε να ξύσετε τον χαλκό από μερικές λωρίδες για να κάνετε ένα πιο συμπαγές κύκλωμα.

Σημαντικό: Μην ξεχάσετε να αφαιρέσετε τον χαλκό στις ακίδες του arduino;)

Τέλος, κολλήστε την οθόνη, τη θήκη της μπαταρίας και την κεραία της μονάδας GPS στο stripboard με ζεστή κόλλα. Χρησιμοποιήστε μονωτική ηλεκτρική ταινία εάν είναι απαραίτητο για να αποφύγετε βραχυκυκλώματα.

Για να ολοκληρώσετε τη συσκευή, έχετε τώρα δύο επιλογές: μπορείτε είτε να αναζητήσετε διαδικτυακά ένα πλαστικό κουτί που θα ταιριάζει στη διάσταση του τελικού σας GPS (θα πρέπει να κόψετε τρύπες για την οθόνη, τα κουμπιά, το διακόπτη και το μικρόφωνο Είσοδος φορτιστή USB) ή μπορείτε να εκτυπώσετε 3D μια πλαστική θήκη που θα ταιριάζει απόλυτα στην κατασκευή σας.