Old Man and the Arduino GPS: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Αυτό το Lazy Old Geek (L. O. G.) δεν έχει καταφέρει να κάνει ένα Instructable εδώ και μερικά χρόνια. Σε ηλικία 70 ετών, ο εγκέφαλος δεν λειτουργεί όπως παλιά και είναι δύσκολο να επικεντρωθεί σε μεγάλα έργα, πόσο μάλλον να προσπαθήσει να γράψει γι 'αυτά.

(Συμμετέχω στο διαγωνισμό Arduino.)

Αλλά με τη βοήθεια του αγαπημένου μου σκύλου, της Sadie και του μηχανήματος CPAP, θα το δοκιμάσω. Η Sadie είναι το αντικαταθλιπτικό μου, διατηρεί τη διάθεσή μου και περπατάμε κάθε πρωί. Το CPAP μου με βοηθά να κοιμάμαι καλύτερα και ως εκ τούτου, σκέφτομαι λίγο καλύτερα.

GPS: Λοιπόν, πάντα με ενδιέφερε το GPS. Τα περισσότερα εμπορικά GPS μπορούν να εντοπίσουν μόνο 2-3 μέτρα. Ο ξάδερφός μου, ο οποίος είναι μεγάλος αγρότης, λέει ότι ο εξοπλισμός του μπορεί να κάνει πολύ καλύτερα. Γνωρίζω ότι ένας από τους τοπικούς αγρότες χρησιμοποιεί τα τρακτέρ του John Deere για να φυτέψει καλλιέργειες σε αυλάκια χρησιμοποιώντας προσαρμοσμένο GPS.

Ξοδεύω πολύ χρόνο σερφάροντας στο Διαδίκτυο και διαβάζω για GPS σε λογικές τιμές που μπορούν να μετρηθούν σε εκατοστά! Απίστευτος. Από την πρακτική πλευρά, δεν το χρειάζομαι πραγματικά. Όταν κάνω βόλτες δεν χρειάζεται να ξέρω ακριβώς πού βρίσκομαι. Ακόμα και σε οδικά ταξίδια, χρησιμοποιώ το smartphone μου με Android Auto για να με ενημερώσει πού βρίσκομαι.

Αλλά είμαι επίσης τεχνολόγος, οπότε άρχισα να ψάχνω GPS για χομπίστες. Ένα από τα πιο δημοφιλή ήταν το Adafruit Ultimate GPS.

www.adafruit.com/?q=ultimate

Βήμα 1: Φτερό Adafruit

Λοιπόν, μία από τις εκδόσεις του Adafruit Ultimate GPS είναι το Featherwing. Τώρα δεν έχω ακούσει ποτέ για τη σειρά Adafruit Feather, τόσο περισσότερο σερφάρισμα. Wow, η Adafruit και η Lady Ada έχουν αναπτύξει μια ολόκληρη δέσμη μικροελεγκτών και αξεσουάρ που βασίζονται σε μια μικρή πλατφόρμα που ονομάζεται Feather. Για τους Arduinoites, είναι παρόμοιο με τη βασική πλατφόρμα Arduino UNO αλλά μικρότερο και πιο ενημερωμένο. Η Adafruit ανέπτυξε επίσης όλο το λογισμικό έτσι ώστε να είναι συμβατές με το λογισμικό Arduino.

Εκτιμώ πολύ τη δουλειά που έχουν κάνει η Adafruit και η Lady Ada για τους DIYers και μου άρεσε πολύ το Feather M4 Express:

www.adafruit.com/product/3857

Σε αντίθεση με το τυπικό Arduino με ρολόι 16mHz, είναι εξαιρετικά γρήγορο με ρολόι 120mHz. Είναι 3,3V που είναι λίγο πολύ το νέο πρότυπο για νέα ηλεκτρονικά DIY. Είναι συμβατό με το Arduino με το οποίο είμαι αρκετά εξοικειωμένος συν το ότι μπορεί επίσης να προγραμματιστεί με το Circuit Python (η προσαρμοσμένη έκδοση της Python της Adafruit). Είμαι μεγάλος και δυσκολεύομαι να μάθω νέα πράγματα, αλλά αυτό θα μου έδινε την ευκαιρία να διαχωριστώ.

Έτσι, παρήγγειλα ένα μεταχειρισμένο στο ebay και επίσης παρήγγειλα ένα από το Mouser. Τα Amazon, Mouser και DigiKey μεταφέρουν μερικά από τα προϊόντα Adafruit. Θα μου άρεσε να αγοράσω ένα απευθείας από το Adafruit, αλλά εκείνη τη στιγμή, δεν είχαν όλα τα FeatherWings που ήθελα να αποκτήσω. Σε αυτή την περίπτωση είναι φθηνότερο να παραγγείλετε πολλά πράγματα ταυτόχρονα, ώστε να μην χρειάζεται να πληρώσετε τόσα έξοδα αποστολής. Στην περίπτωσή μου, τρία αντικείμενα κοστίζουν τόσο πολύ όσο ένα.

ΠΡΟΒΛΗΜΑ: Υποδοχή μπαταρίας JST2.0 στο M4express. Πριν από πολύ καιρό αγόρασα μια δέσμη τροφοδοτικών JST2.0 όπως στην εικόνα. Δυστυχώς, το κόκκινο/μαύρο είναι αντίθετο από αυτό που χρησιμοποιεί το M4express και έχω πολλές μπαταρίες και έργα που χρησιμοποιούν αυτήν την πολικότητα.

Ω καλά. Είναι εύκολο να αφαιρέσετε τα καλώδια από το βύσμα και να αλλάξετε τη θέση τους. Το έκανα λοιπόν με αρκετές μπαταρίες και έναν φορτιστή LiPo. Τους έβαλα κόκκινο βερνίκι νυχιών, οπότε ελπίζω να μην τα μπερδέψω.

Για το M4express, επέλεξα να χρησιμοποιήσω τις γυναικείες κεφαλίδες με μακριές καρφίτσες. Δείτε την εικόνα. Αυτό επέτρεψε στο FeatherWings όπως το GPS μου να συνδεθεί στην κορυφή. Επιπλέον, το M4express μπορεί να συνδεθεί στο FeatherWings όπως το TFT 3,5 ιντσών που αγόρασα.

Για αυτήν την εφαρμογή, οι καρφίτσες δεν χρησιμοποιούνται, οπότε είχα ένα μικρό Protoboard και συνδέσα το M4express σε αυτό, έτσι ώστε οι ακίδες να μην εκτίθενται και να μην μπορούν να λυγίσουν όταν το μεταφέρω.

Βήμα 2: Το GPS FeatherWing μου

Adafruit Ultimate GPS Featherwing

www.adafruit.com/product/3133

Ένα από τα υπέροχα πράγματα που μου αρέσει στο Adafruit είναι ότι τεκμηριώνουν σε μεγάλο βαθμό τα προϊόντα τους, υποθέτω ότι οι χομπίστες μπορούν να φτιάξουν τα δικά τους. Τώρα το M4express διαθέτει έναν μικροελεγκτή SMD, ο οποίος είναι πολύ μικρός για να συνεργαστεί ένας ηλικιωμένος άντρας σαν κι εμένα, έτσι αγόρασα ένα ζευγάρι αντί να προσπαθώ να φτιάξω ένα. Αλλά το FeatherWing Ultimate GPS είναι λίγο καλύτερο οπότε αποφάσισα να προσπαθήσω να φτιάξω το δικό μου. Έτσι, παρήγγειλα μια μονάδα MediaTek (GlobalTop) GPS MTK3339 από το Ebay ή το Aliexpress (δεν θυμάμαι). Μερικές φορές ονομάζεται LadyBird1.

Χρησιμοποιώντας λοιπόν το λογισμικό Eagle Cadsoft, (τώρα, Autodesk) αντέγραψα το σχηματικό σχέδιο του Adafruit και το τροποποίησα. Πρώτον μπορώ να φτιάξω μόνο PCB μονής όψης και δεύτερον δεν έχω πολλά εξαρτήματα SMD οπότε το απλοποίησα.

GPS_MTK3339.zip

Έτσι έφτιαξα το PCB χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μεταφοράς γραφίτη:

www.instructables.com/id/Vinyl-Sticker-PCB-How-To/

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ: Όπως θυμάμαι μερικές φορές, είμαι μεγάλος και εδώ έχω κάποια προβλήματα. Κυρίως δεν μπορώ να δω τόσο καλά το κοντινό πλάνο, οπότε χρησιμοποιώ ένα από αυτά τα χόμπι εργαλεία και έναν αναμμένο μεγεθυντικό φακό (δείτε εικόνες) που πήρα από το Aliexpress. Χρησιμοποιώ κολλητήρι Aoyue για να μπορώ να ελέγξω τη θερμοκρασία και να επιλέξω άκρες συγκόλλησης.

Ακόμα και με όλα αυτά, είχα πολλά προβλήματα συγκόλλησης των ακίδων της μονάδας GPS και της υποδοχής κεραίας u.fl. Επίσης, χρησιμοποιώ ένα εργαλείο κλωνοποίησης Dremel για να ανοίξω τις τρύπες. Ποτέ δεν μπόρεσα να ανοίξω ευθείες τρύπες, αλλά ευτυχώς μπόρεσα να λειτουργήσουν όλα.

Παρεμπιπτόντως, παρήγγειλα μερικές χάντρες φερρίτη SMD 0805, αλλά ποτέ δεν τους έκανα να περιμένουν ακόμη. Εν τω μεταξύ, κόλλησα ένα καλώδιο στις επαφές για να λειτουργήσει. Το σφαιρίδιο φερρίτη υποτίθεται ότι μειώνει τον θόρυβο στον πείρο τάσης στο τσιπ GPS.

Βήμα 3: Αναγνώστης καρτών MicroSD

Εντάξει, έτσι το GPS λειτούργησε αρκετά καλά, αλλά λειτούργησε μόνο όταν ήταν συνδεδεμένο με έναν υπολογιστή, ώστε να μπορείτε να δείτε τι συμβαίνει. Για να είμαι πιο χρήσιμος, χρειάζομαι κάτι που δεν είναι συνδεδεμένο με έναν υπολογιστή, όπως μια οθόνη ή μια κάρτα micro SD. Προς το παρόν ήθελα να αποθηκεύσω πληροφορίες GPS. Το Adafruit διαθέτει FeatherWings με κάρτες microSD, όπως η οθόνη 3,5 ιντσών και η κάρτα RTC. Αλλά δεν ήθελα να στοιβάζω το FeatherWings, οπότε αντέγραψα το κύκλωμα microSD από την κάρτα RTC και έφτιαξα το δικό μου.

Δεδομένου ότι δεν ήθελα να στοιβάζω ένα άλλο FeatherWing, κατέληξα σε ένα σχέδιο για να το συνδέσω με το PCB GPS μου. Δεδομένου ότι το κύκλωμα είναι αρκετά απλό, το έφτιαξα με πέντε μαξιλάρια για να μπορώ να συνδέσω καλώδια σε αυτό το PCB και στην πλακέτα GPS μου.

MyDataLogger.zip

Έτσι, για να το επισυνάψω, το τοποθέτησα κάτω από το PCB GPS μου, συγκολλήθηκα σε μερικά καλώδια και τα συνέδεσα με το PCB GPS μου. Για μερικούς έκοψα λίγη από τη μόνωση στους πείρους της κεφαλίδας, ώστε να μπορώ να συγκολλήσω τα καλώδια χωρίς να παρεμβαίνω στην τοποθέτηση του PCB στο M4express. Θα πρέπει να μπορείτε να το δείτε στην εικόνα. Στη συνέχεια χρησιμοποίησα λίγη κόλλα Gorilla για να κολλήσω προσεκτικά τις δύο κάρτες μεταξύ τους. Να είστε πολύ προσεκτικοί καθώς η κόλλα Gorilla επεκτείνεται.

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ: Λοιπόν, αυτό συμβαίνει στην πραγματικότητα με τις κάρτες microSD. Παρήγγειλα μερικές κάρτες microSD στο ebay. Ανακάλυψα ότι υπάρχει διαφορά μεταξύ απλών καρτών microSD και καρτών microSDHC. Πρώτον, μερικοί από τους παλαιότερους προσαρμογείς όπως εγώ (πιθανότατα) δεν μπορούν να διαβάσουν τις εκδόσεις HC. Δεύτερον, οι εκδόσεις microSDHC είναι από 4gB έως 32gB. Υπάρχει μια άλλη έκδοση που ονομάζεται microSDXC με 64gB και μεγαλύτερα μεγέθη. Λοιπόν, έλαβα μερικές κάρτες 64gB αλλά δεν μπορούσα να τις διαβάσω με τους προσαρμογείς μου. Δεν μπορούσα να καταλάβω τι φταίει. Αλλά αφού έμαθα για τις διαφορές, σκέφτηκα ότι ίσως οι προσαρμογείς μου δεν μπορούσαν να διαβάσουν την έκδοση HC, αλλά περαιτέρω έρευνα είπε ότι η έκδοση HC είναι το μέγιστο των 32gB και όπως δείχνει η εικόνα αυτά φέρουν την ετικέτα microSDHC 64gB. Ακόμα κι έτσι, λέει Kingston αυτά είναι ψεύτικα. Επικοινώνησα με τον πωλητή και μου επέστρεψε αμέσως τα χρήματά μου. Μπορείτε να βρείτε πολλά στο Διαδίκτυο για ψεύτικες κάρτες microSD.

Τώρα, παρόλο που είναι ψεύτικα, δεν σημαίνει ότι δεν θα λειτουργήσουν. Περιμένω μερικούς νέους προσαρμογείς που υποτίθεται ότι θα είναι σε θέση να διαβάσουν μερικές κάρτες HC, καθώς και παραγγελία κάποιων διαφορετικών καρτών HC.

Βήμα 4: Κεραία GPS

Άλλη καταστροφή του Γέροντα. Έτσι, παρήγγειλα μια ενεργή κεραία GPS και έναν προσαρμογέα RP-SMA σε u.fl από το ebay/Aliexpress. Παρεμπιπτόντως, είχα ξεχάσει ότι είχα ήδη έναν από αυτούς τους προσαρμογείς. Τέλος πάντων, τελικά έβαλα την κεραία και δεν ταιριάζει στον προσαρμογέα. Τώρα, νομίζω ότι πολλοί από αυτούς τους Κινέζους προμηθευτές δεν καταλαβαίνουν πραγματικά τι πουλάνε. Για παράδειγμα, πολλοί δεν αναγνωρίζουν τους συνδέσμους στις κεραίες και μερικοί δεν το δείχνουν καν με σαφήνεια στις εικόνες. Λοιπόν, νομίζω ότι αυτό που πήρα έδειξε τη σύνδεση αρκετά καλά, αλλά δεν το αναγνώρισε. Λοιπόν, μετά από κάποια έρευνα, (νομίζω) το αναγνώρισα ως σύνδεσμο MCX. Τέλος πάντων, παρήγγειλα άλλη κεραία και τελικά την παρέλαβα και δεν ταίριαζε. Νομίζω και πάλι ότι αυτό είναι κυρίως δικό μου λάθος, αν και υπάρχει μεγάλη σύγχυση μεταξύ SMA και RP-SMA αρσενικού και θηλυκού και βύσματα και βύσματα.

Η κατώτατη γραμμή είναι αυτή τη στιγμή δεν έχω ξεχωριστή κεραία εργασίας.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Οι συνδέσεις u.fl στο Adafruit και η πλακέτα GPS μου είναι πολύ εύθραυστες και συνιστάται να επιβαρύνετε φυσικά τη σύνδεση.

Βήμα 5: Το βάζουμε όλα μαζί

Το Adafruit έχει μερικά εξαιρετικά σεμινάρια για το πώς να αποκτήσετε το M4express έτσι ώστε να λειτουργεί με το Arduino.

Το σκίτσο μου Arduino επισυνάπτεται:

GPSDatalogger.zip

Κάνει τα εξής:

Γράφει συμβολοσειρές GPS σε ένα αρχείο στην κάρτα microSD που ονομάζεται data.nmea

Μία φορά το λεπτό, γράφει επίσης κάποια άλλα δεδομένα, όπως χρόνο, #δορυφόρους, ποιότητα σήματος, ταχύτητα σε ένα αρχείο που ονομάζεται misc.txt. Έκανα κάποιες τροποποιήσεις, όπως η πρόχειρη μετατροπή σε Mountain Standard time και κόμβοι σε mph.

Και τα δύο αρχεία είναι αρχεία κειμένου.

Παρεμπιπτόντως, προσπάθησα να κάνω κάποια πράγματα με το Circuit Python. Iμουν σε θέση να εκτελέσω τα παραδείγματα, αλλά φαινόταν ότι είχα κάποιο πρόβλημα με την αποστολή εντολών στη μονάδα GPS. Μπορεί να ξαναεπισκεφτεί στο μέλλον.

Βήμα 6: Χρήση

Τα GPS χρησιμοποιούν κάτι που ονομάζεται ephemeris data και almanac για τον υπολογισμό της θέσης. Κατά την πρώτη ενεργοποίηση, χρειάζεται λίγος χρόνος για την επεξεργασία αυτών των πληροφοριών. Αυτό μπορεί να διαρκέσει μερικά λεπτά. Λοιπόν, η μονάδα GPS MTK3339 έχει εφεδρική μπαταρία για να αποθηκεύσει αυτές τις πληροφορίες. Υποθέτω ακόμα πώς λειτουργεί αυτό, αλλά αυτό που κάνω είναι περίπου 5 λεπτά πριν από τη βόλτα μας, συνδέω το M4express/GPS μου στον υπολογιστή χωρίς την κάρτα microSD. Όταν, ετοιμάζομαι να φύγω, το αποσυνδέω, τοποθετώ κάρτα microSD και τροφοδοτώ με μια μπαταρία και απογειώνομαι.

Πρόβλημα: Νομίζω ότι έβλαψα μία από τις μονάδες μου M4express πιθανώς με στατικό ηλεκτρισμό. Όταν είναι συνδεδεμένο σε υπολογιστή, η λυχνία LED κατάστασης φόρτισης αναβοσβήνει. (Το M4express διαθέτει κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας LiPo). Λοιπόν, υποθέτω ότι το κύκλωμα του φορτιστή δεν λειτουργεί, αν και δεν το έχω ελέγξει. Τέλος πάντων, εκτός από το LED που αναβοσβήνει φαίνεται να λειτουργεί καλά τόσο στον υπολογιστή όσο και στην ισχύ της μπαταρίας δεν αναβοσβήνει οπότε ζω με αυτό.

Google Earth Pro

Ένας από τους λόγους, που έφτιαξα το αρχείο nmea είναι για να μπορώ να το χρησιμοποιήσω με το Google Earth Pro. Αφαιρώ την κάρτα microSD από τη μονάδα GPS, την συνδέω σε έναν από τους προσαρμογείς μου και την συνδέω στον υπολογιστή μου.

Για χρήση, ξεκινήστε το Google Earth Pro, επιλέξτε (ΑΡΧΕΙΟ) (ΑΝΟΙΓΜΑ). Δίπλα στο πλαίσιο Αρχείο, υπάρχει μια επιλογή για τύπους αρχείων. Επιλέξτε (GPS). Περιηγηθείτε για να βρείτε το αρχείο data.nmea και ανοίξτε το.

Εμφανίζεται ένα άλλο παράθυρο. Επιλέγω όλα Δημιουργία κομματιών KML, Δημιουργία γραμμών συμβολοσειράς KML, Προσαρμογή υψομέτρων στο ύψος του εδάφους.

Το πρώτο παράδειγμα δείχνει ένα δείγμα. Η μπλε γραμμή που ξεκινά είναι λανθασμένα δεδομένα, πιθανώς θόρυβος.

Στο δεύτερο παράδειγμα, υπάρχει ένας μεγάλος μεταλλικός αχυρώνας. Τα μπλε κομμάτια έχουν συνήθως βέλη που δείχνουν την κατεύθυνση της διαδρομής, αλλά γύρω από τον αχυρώνα μετατρέπονται σε τετράγωνα. Υποθέτω ότι πρόκειται για απώλεια σήματος καθώς δεν περπατήσαμε στον αχυρώνα αλλά περάσαμε στην κορυφή του αχυρώνα.

Το misc.txt μπορεί να διαβαστεί από το Excel ως αρχείο οριοθετημένο με κόμμα (ή ως αρχείο κειμένου). Δείτε συνημμένο ένα παράδειγμα που τραβήξατε σε αυτοκίνητο κατά την οδήγηση.

Τα πράγματα που παρατήρησα ήταν ότι το γεωγραφικό πλάτος και το μήκος ήταν σε πολλά δεκαδικά ψηφία, δεν ξέρω πόσο ακριβές είναι. Η ταχύτητα φαίνεται να λειτουργεί. Συνήθως στους περιπάτους μου, οι δορυφόροι είναι γύρω στους 10, στο αυτοκίνητο ήταν 7 που έφτιαχναν λόγω μεταλλικής στέγης. Το HDOP στο αυτοκίνητο φαινόταν υψηλότερο στο αυτοκίνητο. Σε βόλτες ήταν περισσότερο γύρω στο 1 ή κάτω (καλύτερα).

Δεν καταλαβαίνω Angle. Για μια έκταση όταν το Latitude παρέμεινε το ίδιο, θα πίστευα ότι η γωνία θα ήταν 0, 90, 180 ή 270 και όχι 66.

Συμπεράσματα: Φαίνεται να λειτουργεί αρκετά καλά. Νομίζω ότι το M4express είναι πολύ πιο γρήγορο από το Atmega328 που έχω συνηθίσει. Πιθανότατα μπορεί να κάνει κάποιο φιλτράρισμα θορύβου για να απαλλαγείτε από ορισμένες δυσλειτουργίες του κομματιού NMEA χωρίς να ανακατέψετε τα ποσοστά δειγμάτων ενός δευτερολέπτου. Μάλλον δεν θα ασχοληθώ. Ένα από τα μελλοντικά μου έργα θα ήταν να κάνω κάποια «τοπογραφία» που ζω σε αγροτική χώρα με πολλά πεδία. Μερικές φορές θα ήθελα να μάθω πόσα στρέμματα υπάρχουν σε ένα χωράφι. Θα μπορούσα πιθανώς να χρησιμοποιήσω το GPS μου με την οθόνη αφής 3,5 ιντσών για αυτήν την εφαρμογή.

Θέλω επίσης να δω αν μια εξωτερική κεραία κάνει μεγάλη διαφορά. Παρατήρησα ότι μερικά από τα κομμάτια μου NMEA δεν είναι ακριβώς εκεί που πρέπει να είναι.

Παρεμπιπτόντως, το MTK3339 δεν είναι ακριβέστερο από άλλα GPS όπως το uBlox.

Ένα άλλο έργο είναι ότι αγόρασα μερικές μονάδες GPS L80 που φαίνεται να είναι φθηνότερες από το MTK3339 αλλά υποτίθεται ότι είναι βασικά το ίδιο πράγμα. Maybeσως είναι κλώνοι; Ένα μεγάλο πλεονέκτημα για μένα είναι ότι έχουν απόσταση 0,1”στις καρφίτσες, με το οποίο είναι πολύ πιο εύκολο να δουλέψεις.