Старик и Arduino GPS: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Итак, этот старый ленивый компьютерщик (L. O. G.) уже несколько лет не может делать инструкции. В 70 лет мозг не работает так хорошо, как раньше, и трудно сосредоточиться на больших проектах, не говоря уже о том, чтобы о них писать.

(Я участвую в конкурсе Arduino.)

Но с помощью моей любящей собаки Сэди и моего аппарата CPAP я собираюсь попробовать. Сэди - мой антидепрессант, поднимает мне настроение, и мы гуляем каждое утро. Мой CPAP помогает мне лучше спать и, следовательно, немного лучше думать.

GPS: Что ж, меня всегда интересовал GPS. Большинство коммерческих GPS могут определять расстояние только до 2–3 метров. Мой двоюродный брат, который много занимается фермерством, говорит, что его оборудование может работать намного лучше. Я знаю, что один из местных фермеров использует свои тракторы John Deere для посадки сельскохозяйственных культур в борозды с использованием настраиваемого GPS.

Я провожу много времени в Интернете и читал о недорогих GPS-навигаторах, которые могут измерять до сантиметров! Невероятный. С практической точки зрения мне это действительно не нужно. Когда я гуляю, мне действительно не нужно знать, где я нахожусь. Даже в поездках я использую свой смартфон с Android Auto, чтобы сообщить мне, где я нахожусь.

Но я также техногик, поэтому я начал искать GPS для любителей. Одним из самых популярных был Adafruit Ultimate GPS.

www.adafruit.com/?q=ultimate

Шаг 1: перо адафрута

Ну, одна из версий Adafruit Ultimate GPS - это Featherwing. Я никогда не слышал о серии Adafruit Feather, так что займитесь серфингом. Wow, Adafruit и Lady Ada разработали целый набор микроконтроллеров и аксессуаров на основе небольшой платформы под названием Feather. Для Arduinoites она похожа на базовую платформу Arduino UNO, но меньше по размеру и более современная. Adafruit также разработала все программное обеспечение, чтобы они могли быть совместимы с программным обеспечением Arduino.

Я очень ценю работу, которую Адафрут и Леди Ада проделали для домашних мастеров, и мне очень понравился Feather M4 Express:

www.adafruit.com/product/3857

В отличие от стандартного Arduino с тактовой частотой 16 МГц, он сверхбыстрый с тактовой частотой 120 МГц. Это 3,3 В, что в значительной степени является новым стандартом для новой электроники, сделанной своими руками. Он совместим с Arduino, с которым я хорошо знаком, плюс его также можно запрограммировать с помощью Circuit Python (пользовательская версия Python от Adafruit). Я стар, и мне трудно изучать что-то новое, но это даст мне шанс расшириться.

Поэтому я заказал подержанный на ebay, а также на Mouser. Amazon, Mouser и DigiKey продают некоторые продукты Adafruit. Я бы хотел купить его прямо у Adafruit, но в то время у них не было всех FeatherWings, которые я хотел получить. В этом случае дешевле заказать сразу много вещей, поэтому вам не придется платить столько за доставку. В моем случае доставка трех предметов стоит столько же, сколько и одна.

ПРОБЛЕМА: Разъем аккумулятора JST2.0 на M4express. Давным-давно купил кучу разъемов питания JST2.0 как на картинке. К сожалению, красный / черный цвет противоположен тому, что использует M4express, и у меня есть много батарей и проектов, использующих эту полярность.

Ну что ж. Вынуть провода из разъема и поменять их местами очень просто. Я сделал это с несколькими батареями и одним зарядным устройством LiPo. Я нанесла на них немного красного лака для ногтей, надеюсь, они не перепутаются.

Для M4express я решил использовать женские заголовки с длинными контактами. Смотрите картинку. Это позволило FeatherWings, как и мой GPS, подключиться к верхней части. Кроме того, M4express можно подключить к FeatherWings, как и к купленному мною 3,5-дюймовому TFT-экрану.

Для этого приложения контакты не используются, поэтому у меня была небольшая плата Protoboard, и я подключил к ней M4express, чтобы контакты не были видны и не могли погнуться, когда я ношу его с собой.

Шаг 2: мой GPS FeatherWing

Adafruit Ultimate GPS Featherwing

www.adafruit.com/product/3133

В Adafruit мне больше всего нравится то, что они тщательно документируют свои продукты, и я полагаю, что любители могут создавать свои собственные. Теперь у M4express есть микроконтроллер SMD, который слишком мал для такого старика, как я, поэтому я купил пару вместо того, чтобы пытаться сделать один. Но FeatherWing Ultimate GPS немного лучше, поэтому я решил попробовать сделать свой собственный. Поэтому я заказал модуль MediaTek (GlobalTop) GPS MTK3339 на Ebay или Aliexpress (не помню). Иногда его называют LadyBird1.

Поэтому с помощью программного обеспечения Eagle Cadsoft (теперь Autodesk) я скопировал схему Adafruit и изменил ее. Во-первых, я могу делать только односторонние печатные платы, а во-вторых, у меня не так много SMD-компонентов, поэтому я упростил это.

GPS_MTK3339.zip

Итак, я сделал печатную плату, используя свой метод переноса тонера:

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

ПРОБЛЕМЫ: Иногда я вспоминаю, что я старый, и у меня есть проблемы. В большинстве случаев я не могу так хорошо разглядеть крупный план, поэтому использую один из этих инструментов для любителей и увеличительное стекло с подсветкой (см. Рисунки), которые я купил на Aliexpress. Я использую паяльник Aoyue, чтобы контролировать температуру и выбирать жала.

Даже при всем этом у меня было много проблем с пайкой контактов модуля GPS и антенного разъема u.fl. Кроме того, я использую инструмент Dremel-clone для сверления отверстий. Я никогда не мог просверлить прямые отверстия, но, к счастью, все заработало.

Между прочим, я заказал несколько ферритовых бусин SMD 0805, но так и не получил их, так что жду еще. Тем временем я припаял провод к контактам, чтобы он заработал. Ферритовый шарик должен уменьшить шум на выводе напряжения на микросхеме GPS.

Шаг 3: устройство чтения карт памяти MicroSD

Итак, GPS работал довольно хорошо, но работал только тогда, когда был привязан к компьютеру, чтобы вы могли видеть, что происходит. Чтобы быть более полезным, мне нужно что-то, не привязанное к компьютеру, например дисплей или карта micro SD. На данный момент я хотел хранить информацию GPS. У Adafruit есть несколько FeatherWings с картами microSD, например, с дисплеем 3,5 дюйма и картой RTC. Но я не хотел складывать FeatherWings в стопку, поэтому скопировал схему microSD с карты RTC и сделал свою.

Поскольку я не хотел складывать еще один FeatherWing, я придумал план прикрепить его к моей плате GPS. Поскольку схема довольно проста, я просто сделал ее с пятью контактными площадками, чтобы я мог прикрепить провода к этой печатной плате и к моей плате GPS.

MyDataLogger.zip

Чтобы прикрепить это, я поместил его под свою плату GPS, припаял несколько проволочных проводов и подключил их к моей плате GPS. Для некоторых я вырезал часть изоляции на контактах разъема, чтобы можно было припаять провода, не мешая установке печатной платы на M4express. Вы должны увидеть это на картинке. Затем я использовал клей Gorilla, чтобы аккуратно склеить две карты вместе. Будьте очень осторожны, поскольку Gorilla Glue расширяется.

ПРОБЛЕМЫ: ну это собственно с картами microSD. Заказал на ebay несколько карт microSD. Я обнаружил, что есть разница между простыми картами microSD и картами microSDHC. Во-первых, некоторые старые адаптеры вроде меня (вероятно) не могут читать версии HC. Во-вторых, версии microSDHC от 4 до 32 ГБ. Есть еще одна версия под названием microSDXC с размером 64 ГБ и больше. Ну, я получил несколько карт на 64 ГБ, но не мог их прочитать с помощью своих адаптеров. Я не мог понять, что случилось. Но после того, как я узнал о различиях, я подумал, что, возможно, мои адаптеры не могут прочитать версию HC, но дальнейшие исследования показали, что версия HC имеет максимальный размер 32 ГБ, и, как показано на рисунке, они имеют маркировку microSDHC 64 ГБ. Но даже там написано, что Kingston это подделка. Я связался с продавцом, и он оперативно вернул мне деньги. В Интернете можно найти много фальшивых карт microSD.

Даже если они подделки, это не значит, что они не работают. Я жду пару новых адаптеров, которые, как предполагается, могут читать некоторые карты HC, плюс я заказал несколько других карт HC.

Шаг 4: антенна GPS

Еще одна беда старика. Поэтому я заказал активную антенну GPS и адаптер RP-SMA to u.fl на ebay / Aliexpress. Кстати, я забыл, что у меня уже был один из этих переходников. Так или иначе, я наконец вставил антенну, но она не подошла к адаптеру. Я думаю, что многие из этих китайских поставщиков действительно не понимают, что они продают. Например, многие не идентифицируют разъемы на антеннах, а некоторые даже не показывают это четко на фотографиях. Что ж, я думаю, что тот, который я получил, действительно хорошо показал разъем, но не идентифицировал его. Что ж, после некоторых исследований я (думаю) определил, что это разъем MCX. Так или иначе, я заказал другую антенну и, наконец, получил ее, но она тоже не подошла. Я снова думаю, что это в основном моя вина, хотя есть много путаницы между SMA и RP-SMA, вилкой и розеткой, а также вилками и разъемами.

Итог в том, что сейчас отдельной рабочей антенны у меня нет.

ВНИМАНИЕ! Разъемы u.fl на Adafruit и моей плате GPS очень хрупкие, поэтому рекомендуется физически ослабить соединение.

Шаг 5: Собираем все вместе

У Adafruit есть несколько отличных руководств о том, как получить M4express, чтобы он работал с Arduino.

Мой скетч Arduino прилагается:

GPSDatalogger.zip

Он делает следующее:

Записывает строки GPS в файл на карте microSD с именем data.nmea

Раз в минуту он также записывает некоторые другие данные, такие как время, # спутники, качество сигнала, скорость, в файл с именем misc.txt. Я сделал некоторые изменения, например, грубо переведя время на Mountain Standard, а узлы в мили в час.

Оба файла являются текстовыми.

Между прочим, я пытался кое-что сделать с Circuit Python. Мне удалось запустить примеры, но, похоже, возникли проблемы с отправкой команд в модуль GPS. Возможно, вернемся к этому в будущем.

Шаг 6: использование

GPS использует так называемые эфемеридные данные и альманах для расчета местоположения. При первом включении требуется некоторое время для обработки этой информации. Это может занять несколько минут. У модуля GPS MTK3339 есть резервная батарея для хранения этой информации. Я все еще не понимаю, как это работает, но за 5 минут до прогулки я подключаю свой M4express / GPS к ПК без карты microSD. Когда я собираюсь уйти, я отключаю его, вставляю карту microSD, включаю аккумулятор и снимаю.

Проблема: мне кажется, я повредил один из модулей M4express, возможно, статическим электричеством. Когда он подключен к компьютеру, индикатор состояния зарядки мигает. (M4express имеет схему зарядного устройства LiPo аккумулятора). Ну, я предполагаю, что схема зарядного устройства не работает, хотя я не проверял это. В любом случае, кроме мигающего светодиода, он вроде нормально работает как на компьютере, так и от батареи, он не мигает, так что я живу с этим.

Google Планета Земля Про

Одна из причин, по которой я создал файл nmea, заключается в том, что я могу использовать его с Google Планета Земля Про. Я извлекаю карту microSD из модуля GPS, подключаю ее к одному из своих адаптеров и подключаю к компьютеру.

Чтобы использовать, запустите Google Планета Земля Про, выберите (ФАЙЛ) (ОТКРЫТЬ). Рядом с полем «Файл» можно выбрать типы файлов. Выберите (GPS). Найдите файл data.nmea и откройте его.

Всплывает еще одно окно. Я выбираю все «Создать треки KML», «Создать строки линий KML», «Настроить высоту по высоте земли».

В первом примере показан образец. Отключение синей линии - ошибочные данные, вероятно, шум.

Во втором примере - большой металлический сарай. На синих дорожках обычно есть стрелки, показывающие направление движения, но вокруг сарая они превращаются в квадраты. Я предполагаю, что это потеря сигнала, потому что мы не прошли через сарай, а пошли по его верху.

Файл misc.txt может быть прочитан Excel как файл с разделителями-запятыми (или как текстовый файл). См. Прилагаемый пример, снятый в автомобиле во время вождения.

Я заметил, что широта и долгота были с точностью до многих десятичных знаков, не знаю, насколько это точно. Скорость вроде работает. Обычно на прогулках сателлитов около 10, в машине их 7, так как из-за металлической крыши. HDOP в машине казался выше в машине. На прогулках было больше около 1 и ниже (лучше).

Я не понимаю Энгла. Для растяжки, когда широта оставалась прежней, я бы подумал, что угол будет 0, 90, 180 или 270, а не 66.

Выводы: вроде работает неплохо. Я думаю, что M4express намного быстрее, чем Atmega328s, к которым я привык. Вероятно, он может выполнить некоторую фильтрацию шума, чтобы избавиться от некоторых сбоев трека NMEA, не нарушая частоту дискретизации в одну секунду. Я, наверное, не побеспокоюсь. Один из моих будущих проектов - провести «съемку» того, что я живу на ферме с большим количеством полей. Иногда мне хочется узнать, сколько акров находится в поле. Я, вероятно, мог бы использовать свой GPS с моим 3,5-дюймовым сенсорным экраном для этого приложения.

Также хочу посмотреть, имеет ли значение внешняя антенна. Я заметил, что некоторые из моих треков NMEA не совсем там, где должны быть.

Кстати, MTK3339 не точнее других GPS, таких как uBlox.

Другой проект заключается в том, что я купил несколько GPS-модулей L80, которые кажутся дешевле, чем MTK3339, но должны быть в основном такими же. Может они клоны? Для меня одним большим преимуществом является то, что они имеют расстояние между выводами 0,1 дюйма, с которым намного легче работать.