Παρακολούθηση διαδρομής GPS V2: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Έργο: Παρακολούθηση διαδρομής GPS V2

Ημερομηνία: Μάιος - Ιούνιος 2020

ΕΚΣΥΓΧΡΟΝΙΖΩ

Η πρώτη έκδοση αυτού του έργου, ενώ λειτουργούσε κατ 'αρχήν, είχε μια σειρά βλαβών που έπρεπε να διορθωθούν. Πρώτον, δεν μου άρεσε το κουτί, οπότε το αντικατέστησα με άλλο. Δεύτερον, οι υπολογισμοί για την ταχύτητα και την απόσταση δεν είναι σωστοί. Πρόσθετες δοκιμές πεδίου με τη μονάδα τοποθετημένη στο εσωτερικό ενός οχήματος και επιτρέπεται η χαρτογράφηση της διαδρομής και στη συνέχεια αυτή η χαρτογραφημένη διαδρομή χαρτογραφήθηκε στο GPS Visualizer και το Google Earth Pro με εξαιρετικά αποτελέσματα τόσο από άποψη πραγματικής χαρτογράφησης διαδρομής όσο και απόστασης που υπολογίζεται με βάση την επιλογή "χάρακα" στο Earth Pro

Επιπλέον, το κύκλωμα ενημερώθηκε έτσι ώστε οι μπαταρίες 18650 να τροφοδοτούν απευθείας την πλακέτα ESP32 DEV, ενώ η μονάδα NEO7M GSP τροφοδοτείται απευθείας από τη μονάδα Step Down και όχι μέσω της πλακέτας DEV. Αυτό παρήγαγε ένα πιο σταθερό σύστημα. Το λογισμικό ήταν γενικά τακτοποιημένο, με την επιλογή Email και την επακόλουθη σύνδεση με τον τοπικό δρομολογητή μόνο εάν η μονάδα βρήκε ένα αρχείο ή αρχεία διαθέσιμα για αποστολή. Μια τελική βελτίωση ήταν η αλλαγή του τεστ "gps.location.isValid" σε "gps.location.isUpdated" αυτό εξασφάλισε ότι μόνο οι ενημερωμένες τοποθεσίες GPS αποθηκεύονταν στο αρχείο διαδρομής, αντί για πολλές τοποθεσίες GPS που η καθεμία είχε το ίδιο γεωγραφικό πλάτος και γεωγραφικό μήκος

Θα ήθελα να σημειώσω σε αυτό το σημείο ότι αυτό είναι το πρώτο σύστημα που βασίζεται στο GPS που έχω δημιουργήσει και οι επόμενες εκδόσεις θα αντικαταστήσουν σε μεγάλο βαθμό την υπάρχουσα καλωδίωση με πλακέτα που βασίζεται σε PCB. Για να διασφαλίσετε ότι δεν θα αποτύχουν όλες οι συνδέσεις σύρματος, κατά τη διάρκεια του τραχύ χειρισμού, όλες αυτές οι συνδέσεις έχουν κολληθεί

Έχω ενημερώσει τα αρχεία ICO και Fritzing και πρόσθεσα νέες φωτογραφίες για να δείξω τις αλλαγές που έχω κάνει

ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ

Αυτό το έργο ήταν μια πλήρης αλλαγή κατεύθυνσης για μένα, απομακρυνόμενη από τα ρολόγια Nixie και τα ρομπότ με βάση το WiFi. Η χρήση μιας μονάδας Arduino που βασίζεται σε GPS με έχει ιντριγκάρει για κάποιο διάστημα και καθώς είχα λίγο ελεύθερο χρόνο περιμένοντας πρόσθετα μέρη για το κύριο έργο που επίσης δουλεύω, αποφάσισα να φτιάξω μια συσκευή παρακολούθησης διαδρομής GPS, με μπαταρία, μικρό βάρος, φορητό και ικανό να μεταφέρει τις πληροφορίες διαδρομής είτε μέσω κάρτας micro SD είτε, εάν υπήρχε διαθέσιμο δίκτυο WiFi, μέσω E-Mail και συνημμένου αρχείου. Αυτό το έργο απαιτούσε τη χρήση τεσσάρων εξαρτημάτων που δεν είχα χρησιμοποιήσει προηγουμένως, δηλαδή μιας οθόνης oLED 0,96”, μονάδας ανάγνωσης καρτών SD, μονάδας GPS και του πίνακα ανάπτυξης ESP32. Το τελικό μέγεθος της μονάδας, αν και σίγουρα φορητό, θα μπορούσε να μειωθεί περαιτέρω, κατά ένα πλήρες 25-50%, εάν η καλωδίωση που χρησιμοποίησα αντικατασταθεί από μια πλακέτα PCB που συνδέεται απευθείας με τον πίνακα ανάπτυξης ESP32 και τις μπαταρίες 18650 και κατεβαίνει η μονάδα αντικαθίσταται με κατάλληλη μπαταρία ιόντων λιθίου 5V.

Προμήθειες

1. ESP32 Συμβούλιο Ανάπτυξης

2. Ρολόι DS3231 RTC με εφεδρική μπαταρία

3. Micro SD Card SPI based reader, με 1 GB micro SD Card

4. Οθόνη 0,96”oLED I2C

5. Μονάδα GPS NEO-7M-0-000

6. πυκνωτής 10uF

7. 2 αντιστάσεις 10Κ, αντίσταση 4,7Κ

8. Μετασχηματιστής βαθμίδας DC-DC

9. Μπαταρίες 2 x 18650

10. Διπλή θήκη μπαταρίας 18650

11. Μονόπολος διακόπτης

12. Διακόπτης στιγμιαίας ώθησης

13. 2 x 100mmx50mmx65mm κουτιά έργου

14. Σύρματα Dupont, ζεστή κόλλα.

Βήμα 1: ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ

Το συνημμένο διάγραμμα Fritzing δείχνει τη διάταξη του κυκλώματος. Οι δύο μπαταρίες 18650 και η μονάδα αναβάθμισης θα μπορούσαν να αντικατασταθούν με μια μπαταρία ιόντων λιθίου που παρέχει 5V απευθείας. Προτείνω τη μονάδα NEO-7M με το ενσωματωμένο βύσμα εξωτερικής κεραίας SMA που σας επιτρέπει να προσθέσετε ένα απλό κομμάτι σύρματος μήκους 30 εκατοστών το οποίο συλλέγει τις δορυφορικές πληροφορίες, αυτό διαρκεί συχνά λίγα λεπτά μετά την αρχική ενεργοποίηση της μονάδας. Το κάτω από τα δύο κουτιά του έργου έχει ανοίγματα για την οθόνη, κεραία GPS, διακόπτη και κάρτα SD, περιέχει επίσης ρολόι RTC, συσκευή ανάγνωσης καρτών SD, οθόνη 0,96 ιντσών oLED, κουμπί, μονάδα GPS και πλακέτα PCB. Το επάνω κουτί του έργου περιέχει τον πίνακα ανάπτυξης ESP32, 18650 μπαταρίες και υποδοχή μπαταρίας, μονάδα αναβάθμισης και ένα μόνο άνοιγμα για τον διακόπτη ενός πόλου. Το επάνω μέρος αυτού του κουτιού έργου συγκρατείται με τέσσερις βίδες που μπορούν να αφαιρεθούν για να αφαιρεθούν, να φορτιστούν και στη συνέχεια να αντικατασταθούν οι δύο επαναφορτιζόμενες μπαταρίες 18650. Η μονάδα δεν είναι αδιάβροχη, ωστόσο θα μπορούσε να γίνει έτσι. Ένας κατάλληλος φορτιστής μπαταρίας με βάση USB θα μπορούσε επίσης να εγκατασταθεί σε αυτό το επάνω κιβώτιο έργου, με ένα κατάλληλο άνοιγμα, για να επιτρέψει τη φόρτιση των εσωτερικών μπαταριών χωρίς να χρειάζεται να αφαιρέσετε το κάλυμμα του κουτιού. Ενώ η μονάδα GPS μπορεί να παρέχει την ώρα και την ημερομηνία, όπως λαμβάνονται από τον δορυφόρο, αποφάσισα ότι η τοπική ώρα και ημερομηνία θα ήταν πιο κατάλληλη, οπότε πρόσθεσα μια μονάδα RTC.

Μερικές από τις φωτογραφίες κατασκευής δείχνουν την πρώιμη ανάπτυξη αυτού του έργου όπου χρησιμοποιούσα μια πλακέτα WeMos D1 R2 και μια απλή οθόνη LED 16x2, και οι δύο αυτές αντικαταστάθηκαν στην τελική έκδοση.

Βήμα 2: ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ

Ο λόγος για τον πίνακα Arduino που βασίζεται στο ESP32 ήταν ότι μετά από κάποια έρευνα διαπίστωσα ότι το ESP32 μπορεί να αποστείλει με επιτυχία e-mail σε έναν λογαριασμό G-Mail, με την προϋπόθεση ότι οι ρυθμίσεις του λογαριασμού αλλάζουν έτσι ώστε να επιτρέπεται η "λιγότερο ασφαλής λήψη e-mail", αυτό απαιτεί αλλαγή στις ρυθμίσεις του λογαριασμού G-Mail. Για να αποκτήσετε πρόσβαση σε αυτό, μεταβείτε στην επιλογή μενού "Διαχείριση Λογαριασμού Google" και, στη συνέχεια, επιλέξτε "Ασφάλεια" και, στη συνέχεια, κάντε κύλιση προς τα κάτω μέχρι να δείτε "Λιγότερο ασφαλής πρόσβαση στην εφαρμογή", ενεργοποιήστε αυτήν τη λειτουργία.

Θα χρειαστεί να κατεβάσετε και να εγκαταστήσετε τα ακόλουθα αρχεία: TinyGPS ++. H, SoftwareSerial.h, "RTClib.h", "ESP32_MailClient.h", "SPIFFS.h", WiFiClient.h, math.h, Wire.h, SPI.h, SD.h, Adafruit_GFX.h και Adafruit_SSD1306.h.

Το πρόγραμμα αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας την έκδοση 1.8.12 του Arduino IDE και ο πίνακας που επιλέχθηκε ήταν το "DOIT ESP32 DEVKIT V1".

Λόγω του μεγέθους του προγράμματος, δεν μπορείτε να αναπτύξετε αυτό το πρόγραμμα σε Arduino UNO, επίσης κατά τη λήψη του λογισμικού, είναι απαραίτητο να αφαιρέσετε το καλώδιο TX από τη μονάδα GSP, διαφορετικά η λήψη θα αποτύχει. Ένας πυκνωτής 10uF ήταν προσαρτημένος στις ακίδες "EN" και "GND" της πλακέτας ESP32, έτσι ώστε να μην είναι απαραίτητο να πατάτε το κουμπί "EN" κάθε φορά που κατεβάζετε ένα νέο πρόγραμμα λογισμικού.

Το λογισμικό Arduino αναπτύχθηκε για να επιτρέψει στον χρήστη του συστήματος είτε να καταγράψει μια διαδρομή ή διαδρομές μέσα στη μονάδα και στη συνέχεια να αφαιρέσει την κάρτα SD και να τις ανεβάσει μέσω ενός προγράμματος ανάγνωσης καρτών που βασίζεται σε υπολογιστή, είτε να επιλέξει την επιλογή μενού E-Mail και να έχει όλα τα αρχεία διαδρομής που βρίσκονται στη μονάδα αποστέλλονται σε λογαριασμό G-Mail, μία διαδρομή προσαρτημένη σε κάθε E-Mail. Τα αρχεία διαδρομής διαμορφώνονται μέσα στη Μονάδα και μπορούν να έχουν τη μορφή δύο διαφορετικών στυλ, μορφής "GPX", η οποία μπορεί να προβληθεί απευθείας με τη χρήση του "GPS Viewer" μιας εφαρμογής Google που διατίθεται δωρεάν για χρήση στο Διαδίκτυο ή "KML" μορφή που μπορείτε να δείτε απευθείας χρησιμοποιώντας την εφαρμογή "Google Earth Pro" που είναι διαθέσιμη για λήψη από το Διαδίκτυο. Αυτή η ίδια εφαρμογή μπορεί επίσης να διαβάσει και να εμφανίσει τα αρχεία διαδρομής που βασίζονται σε "GPX". Και οι δύο αυτές μορφές αρχείων διατίθενται ελεύθερα ως σχηματικά σχήματα αρχείων και μπορούν να βρεθούν στο Διαδίκτυο στη Βικιπαίδεια. Μόλις αποσταλεί το e-mail ή το e-mail, η μονάδα θα επιστρέψει στην παρακολούθηση της διαδρομής, ωστόσο θα είναι προεπιλεγμένη στη μορφή αρχείου GPX. Το κουμπί ώθησης χρησιμοποιείται για να επιλέξετε την επιλογή E-Mail, να επιλέξετε είτε μορφή αρχείου GPX είτε KML και να ξεκινήσετε και να σταματήσετε την εγγραφή διαδρομής. Στη λειτουργία παρακολούθησης διαδρομής, η οθόνη oLED θα εμφανίζει το γεωγραφικό μήκος και πλάτος της τρέχουσας θέσης και, στη συνέχεια, σε μια δεύτερη οθόνη την τρέχουσα ώρα, την ημερομηνία, το υψόμετρο σε μέτρα, τον αριθμό των δορυφόρων που χρησιμοποιούνται, την ταχύτητα σε χιλιόμετρα και, τέλος, την πορεία που δίνεται ως μία των βασικών σημείων πυξίδας. Ενώ στη λειτουργία εγγραφής διαδρομής η οθόνη θα εμφανίσει το αρχείο διαδρομής που έχει ανοίξει, τότε εκτός από τις δύο οθόνες που περιγράφηκαν προηγουμένως θα εμφανιστεί και μια τρίτη οθόνη που θα περιγράφει λεπτομερώς το αρχείο διαδρομής που χρησιμοποιείται, τον αριθμό των σημείων διαδρομής που έχει καταγράψει και τέλος η απόσταση που καλύπτει σε χιλιόμετρα.

Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν πώς τα μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, που δημιουργούνται και αποστέλλονται από τη μονάδα, λαμβάνονται και εμφανίζονται από το G-Mail.

Βήμα 3: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Έχω μάθει πολλά από την ανάπτυξη αυτού του έργου, ωστόσο αυτή η μονάδα μπορεί να θεωρηθεί μόνο ως "back end" σε ένα σύστημα που βασίζεται σε εφαρμογές και το οποίο παίρνει τα αρχεία GPX ή KML που τα εμφανίζει. Η χρήση λογισμικού τρίτων ήταν μια αποδεκτή εναλλακτική λύση για την περαιτέρω ανάπτυξη αυτού του λογισμικού. Η διαθεσιμότητα της επιλογής μενού "Less Secure App" στο μενού Διαχείριση Λογαριασμού Google ενδέχεται να είναι περιορισμένη καθώς ενδέχεται να υπάρξουν αλλαγές τον Ιούνιο του 2020, εάν συμβαίνει αυτό, ενδέχεται να είναι απαραίτητη η εκ νέου κατεύθυνση του e-mail σε έναν εναλλακτικό λογαριασμό ή χρησιμοποιώντας τη θύρα 586 στον διακομιστή αλληλογραφίας.

Βήμα 4: Μορφές αρχείων GPS και KML

Τα παρακάτω δείχνουν ένα τυπικό περιεχόμενο αρχείου για κάθε τύπο αρχείου που δημιουργεί η μονάδα (οι τιμές γεωγραφικού πλάτους και γεωγραφικού μήκους δεν αλλάζουν πολύ σε αυτά τα παραδείγματα λόγω της ακινησίας της μονάδας). Και τα δύο αρχεία περιέχουν τα ελάχιστα δεδομένα κεφαλίδας και υποσέλιδου που απαιτούνται από το GPS Viewer και το Google Earth pro για την εμφάνιση μιας απλής μαύρης γραμμής που δείχνει τη διαδρομή που ακολουθήθηκε:

Το αρχείο KML:

Το αρχείο GPX: