Энергосберегающий GPS с дисплеем E-Ink: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Каждое лето я хожу в походы в отдаленные места. Иногда, когда след слабый или даже исчезает, мне приходится использовать GPS своего телефона, чтобы получить мои координаты, а затем проверить свое местоположение на бумажной карте (у меня часто нет сигнала, поэтому бумажные карты являются обязательными). Чтобы сэкономить заряд батареи моего телефона, я решил создать маломощное устройство GPS на базе Arduino и с использованием дисплея E-Ink. Дисплею E-Ink требуется питание только для отображения экрана, поэтому он хорошо подходит для устройств энергосбережения.

В чем принцип этого GPS?

Вы включаете GPS, нажимая кнопку, дисплей актуализирует ваше местоположение, высоту и количество спутников, используемых для вычисления вашего местоположения, а затем автоматически отключается для экономии заряда батареи. Благодаря дисплею E-Ink ваше местоположение остается на экране даже после выключения GPS. Вы можете изменить систему координат, используемую GPS (долгота / широта в десятичных градусах, система UTM и ее варианты…) с помощью кнопок, так что вы можете использовать ее с картами из разных стран.

Я многому научился во время этого небольшого проекта и надеюсь, что вы получите столько же удовольствия, сколько и я!

Заявление об ограничении ответственности:

Я достаточно уверен в этой сборке, чтобы использовать ее во время следующих походов, однако у меня всегда будет телефон в качестве резервного GPS. Если вы не уверены в том, что делаете, я советую вам купить коммерческий GPS, а не строить его самостоятельно. Я рекомендую вам проверить схему и код самостоятельно, и я не могу нести ответственности, если GPS, который вы построили в соответствии с этой инструкцией, выйдет из строя

Другое дело: этот GPS не будет работать в Норвегии и на Шпицбергене в режиме UTM. Действительно, сетка UTM в этих местах разработана не так, как в остальном мире, и я не смог включить эту специфику в Arduino из-за ограничений памяти …

Запасы

- 1 х Arduino Nano

- 1 модуль GPS Ublox-6m

- 1 дисплей E-Ink с модулем. Я использовал вот этот:

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

- 1 х 18650 литий-ионный аккумулятор (около 2000 мАч должно быть достаточно)

- 1 держатель батареи 18650

- 1 модуль зарядки и защиты для литий-ионных аккумуляторов на базе TP4056, как этот:

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

- 1 х двухпозиционный переключатель (типа ВКЛ / ВЫКЛ)

- 3 маленьких кнопочных переключателя

- 1 резистор 1 МОм

- 1 N-канальный МОП-транзистор общего назначения (я взял один из блока питания компьютера)

-1 х стрипборд

- Провода

- 1 макетная плата для прототипирования

Шаг 1. Создание прототипа GPS

Прежде всего вам нужно собрать устройство на макетной плате, чтобы протестировать компоненты и код Arduino.

Питание GPS

Для питания устройства я использовал литий-ионный аккумулятор 18650 емкостью 2000 мАч. Батареи такого типа, как и Li-Po батареи, необходимо заряжать и разряжать контролируемым образом. Неправильная зарядка аккумулятора может загореться или даже взорваться, как Li-Po! Чтобы зарядить его с помощью классического зарядного устройства для телефона, необходимо использовать модуль на базе TP4056.

На этом первом этапе вам просто нужно припаять положительный (красный) провод от держателя батареи к B + на модуле, а отрицательный (черный) провод от держателя батареи к B-. Затем вам нужно припаять провода к OUT + и OUT- на модуле, они позже подключатся к устройству.

ВАЖНО: как только устройство будет завершено, нам придется подключить arduino к компьютеру, при этом ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ВАЖНО ОТКЛЮЧИТЬ АККУМУЛЯТОР С УСТРОЙСТВА, в противном случае существует риск, что arduino начнет заряжать аккумулятор в неправильным способом, и снова существует риск возгорания.

Монтаж на макетной плате

Следующий шаг может быть немного сложным: вам нужно подключить все на макетной плате, чтобы оно соответствовало схеме, приведенной выше.

Небольшой совет: возьмите максимум свободного места на макетной плате и… не торопитесь;)

Шаг 2. Загрузите код

Пришло время загрузить код на ардуино!

Сначала убедитесь, что батарея снята с держателя батареи, затем подключите Arduino к компьютеру, загрузите прикрепленный код Arduino и отключите Arduino. Наконец-то можно вставить аккумулятор в устройство.

Если у вас есть какие-либо вопросы по коду, не стесняйтесь задавать их в разделе комментариев ниже!:)

Шаг 3. Заставьте это работать

Теперь позвольте мне объяснить, как на самом деле работает этот GPS:

Когда вы нажимаете кнопку, которая соединяет заземление и контакты + 5V от Arduino в течение примерно 3 секунд, GPS загружается.

GPS может загружаться в двух разных режимах: режиме конфигурации и фактическом режиме GPS. Чтобы выбрать режим загрузки, вам нужно изменить положение двухпозиционного переключателя, подключенного между A0 и землей.

Режим конфигурации: в этом режиме вы можете выбрать, будет ли GPS отображать ваше местоположение (широту, долготу, высоту и количество спутников, используемых для вычисления вашего местоположения) в десятичных градусах или если вы хотите, чтобы он отображал ваше местоположение (восток, север, высота, зона и количество спутников, используемых для вычисления вашего местоположения), проецируемые на сетку UTM (или любой ее вариант, как мы увидим позже). Для переключения между режимами «Восток / Север» и «Широта / Долгота» просто нажмите кнопку, соединяющую A1 с землей, пока на дисплее не отобразится «MODE: E / N» (для восточного / северного положения) или «MODE: L / L» (для широты). / Долгота).

Если вы хотите, чтобы ваши координаты были в десятичных градусах, выберите режим «L / L», а затем переключите двухпозиционный переключатель обратно в режим GPS. Ваши настройки теперь сохранены в памяти Arduino, и устройство теперь синхронизируется со спутниками и отображает ваше положение, высоту и количество спутников, используемых для вычисления вашего местоположения. Осторожно: вы должны находиться снаружи или близко к окну, чтобы GPS мог слышать спутники! Затем устройство автоматически выключается для экономии заряда батареи.

Чтобы найти свое местоположение на карте, вам, вероятно, придется использовать свои координаты с точки зрения восточного и северного направлений. Эта система на самом деле является проекцией ваших координат GPS на сетку. В большинстве случаев карта будет градуирована в системе UTM, но в некоторых странах используется вариант этой системы, поэтому вам необходимо установить другой параметр, чтобы выбрать между системой UTM и вариантом вашей карты.

Чтобы найти систему на вашей карте, вам часто приходится проверять крошечные отрывки из Священных Писаний в ее углу. Если ваша карта находится в системе UTM, то параметризация GPS проста: просто нажмите кнопку, соединяющую A2 с землей, чтобы на экране отобразилось «ZONE: AUTO».

Во многих странах карты представляют собой локальный вариант системы UTM: например, в Швеции карты часто используются в системе SWEREF 99 TM. Эта система использует ту же проекцию, что и система UTM в зоне 33, но распространяется на всю страну! Это означает, что если вы используете карту в SWEREF 99 TM, вам придется вручную установить зону GPS на 33. Для этого нажмите кнопку подключения A2 к земле, пока на дисплее не появится «ZONE: AUTO», а затем нажмите кнопку подключения A1 к земле, пока на дисплее не отобразится «ZONE: 33». Точно так же в Финляндии большинство карт используют систему ETRS-TM35, которая представляет собой систему UTM в зоне 35, распространенной на всю страну (поэтому вам нужно будет выбрать здесь «ZONE: 35»). Такие варианты системы UTM есть во многих странах.

После того, как вы правильно параметризовали GPS, просто переключите двухпозиционный переключатель в режим GPS, ваши настройки теперь сохранены, и теперь устройство будет синхронизироваться со спутниками, отобразить ваше положение и выключится.

Режим GPS:

Устройство загрузится и напрямую покажет ваши позиции в соответствии с параметрами, хранящимися в его памяти. После того, как позиция будет напечатана, устройство автоматически выключится для экономии заряда батареи.

Шаг 4: припаяйте компоненты на полосовой плате и соберите устройство

Теперь, когда все работает, припаяйте компоненты на плату согласно схеме. Вы можете начать с того, как вы организовали компоненты на стрипборде, в качестве отправной точки для дизайна стрипборда. Не стесняйтесь поцарапать медь на некоторых полосах, чтобы сделать схему более компактной.

Важно: не забудьте удалить медь на контактах Arduino;)

Наконец, приклейте экран, батарейный отсек и антенну GPS-модуля к полосе с помощью горячего клея. При необходимости используйте изоленту, чтобы избежать коротких замыканий.

Чтобы завершить устройство, у вас есть два варианта: вы можете либо поискать в Интернете пластиковую коробку, которая будет соответствовать размеру вашего готового GPS (вам нужно будет вырезать отверстия для экрана, кнопок, переключателя и микропроцессора). Вход для USB-зарядного устройства), или вы можете напечатать на 3D-принтере пластиковый корпус, который идеально подходит для вашей сборки.