ชายชรากับ Arduino GPS: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

ดังนั้น Lazy Old Geek (L. O. G.) นี้จึงไม่สามารถทำ Instructable ได้ในช่วงสองสามปี เมื่ออายุ 70 ปี สมองทำงานได้ไม่ดีเหมือนเมื่อก่อน และเป็นการยากที่จะจดจ่อกับโครงการใหญ่ๆ นับประสาพยายามเขียนเกี่ยวกับพวกเขา

(ฉันกำลังเข้าร่วมการแข่งขัน Arduino)

แต่ด้วยความช่วยเหลือจากสุนัขที่รักของฉัน Sadie และเครื่อง CPAP ฉันจะลองดู ซาดีเป็นยาแก้ซึมเศร้า ทำให้จิตใจแจ่มใส และเราจะเดินทุกเช้า CPAP ของฉันช่วยให้ฉันนอนหลับได้ดีขึ้น ดังนั้น คิดให้ดีกว่านี้หน่อย

GPS: ฉันสนใจ GPS มาโดยตลอด GPS เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่สามารถระบุได้เพียง 2-3 เมตรเท่านั้น ลูกพี่ลูกน้องของฉันซึ่งเป็นเกษตรกรรายใหญ่บอกว่าอุปกรณ์ของเขาสามารถทำได้ดีกว่ามาก ฉันรู้ว่าหนึ่งในเกษตรกรในท้องถิ่นใช้รถแทรกเตอร์ John Deere ของเขาในการปลูกพืชในร่องโดยใช้ GPS แบบกำหนดเอง

ฉันใช้เวลามากมายในการท่องอินเทอร์เน็ตและได้อ่านเกี่ยวกับ GPS ราคาสมเหตุสมผลที่สามารถวัดได้เหลือเซนติเมตร! เหลือเชื่อ. ในทางปฏิบัติฉันไม่ต้องการสิ่งนั้นจริงๆ เมื่อฉันไปเดินเล่น ฉันไม่จำเป็นต้องรู้ว่าฉันอยู่ที่ไหนจริงๆ แม้กระทั่งระหว่างการเดินทาง ฉันใช้สมาร์ทโฟนกับ Android Auto เพื่อบอกให้ฉันรู้ว่าฉันอยู่ที่ไหน

แต่ฉันก็เป็นนักเทคโนโลยีด้วย ดังนั้นฉันจึงเริ่มมองหา GPS สำหรับมือสมัครเล่น หนึ่งในความนิยมมากที่สุดคือ Adafruit Ultimate GPS

www.adafruit.com/?q=ultimate

ขั้นตอนที่ 1: Adafruit Feather

Adafruit Ultimate GPS รุ่นหนึ่งคือ Featherwing ตอนนี้ฉันไม่เคยได้ยินเกี่ยวกับซีรีส์ Adafruit Feather เลย ท่องได้มากกว่านี้ ว้าว Adafruit และ Lady Ada ได้พัฒนาไมโครคอนโทรลเลอร์และอุปกรณ์เสริมทั้งหมดโดยใช้แพลตฟอร์มขนาดเล็กที่เรียกว่า Feather สำหรับ Arduinoites จะคล้ายกับแพลตฟอร์ม Arduino UNO พื้นฐาน แต่มีขนาดเล็กกว่าและทันสมัยกว่า Adafruit ยังพัฒนาซอฟต์แวร์ทั้งหมดเพื่อให้สามารถทำงานร่วมกับซอฟต์แวร์ Arduino ได้

ฉันซาบซึ้งกับงานที่ Adafruit และ Lady Ada ทำเพื่อ DIYers และฉันชอบ Feather M4 Express มาก:

www.adafruit.com/product/3857

ต่างจาก Arduino มาตรฐานที่มีนาฬิกา 16mHz มันเร็วมากด้วยนาฬิกา 120mHz มันคือ 3.3V ซึ่งค่อนข้างเป็นมาตรฐานใหม่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ DIY ใหม่ มันเข้ากันได้กับ Arduino ซึ่งฉันค่อนข้างคุ้นเคยและสามารถตั้งโปรแกรมด้วย Circuit Python (Python เวอร์ชันที่กำหนดเองของ Adafruit) ฉันแก่แล้วและมีปัญหาในการเรียนรู้สิ่งใหม่ๆ แต่สิ่งนี้จะทำให้ฉันได้มีโอกาสแตกแขนงออกไป

ดังนั้นฉันจึงสั่งซื้อมือสองบน ebay และสั่งซื้อจาก Mouser ด้วย Amazon, Mouser และ DigiKey มีผลิตภัณฑ์ Adafruit บางส่วน ฉันชอบที่จะซื้อโดยตรงจาก Adafruit แต่ในขณะนั้นพวกเขาไม่มี FeatherWings ทั้งหมดที่ฉันอยากได้ ในกรณีนี้ การสั่งซื้อจำนวนมากในคราวเดียวจะถูกกว่า ดังนั้นคุณจึงไม่ต้องเสียค่าขนส่งมาก ในกรณีของฉัน สามรายการมีค่าใช้จ่ายในการจัดส่งเท่ากับหนึ่งรายการ

ปัญหา: ขั้วต่อแบตเตอรี่ JST2.0 บน M4express นานมาแล้วฉันซื้อตัวเชื่อมต่อพลังงาน JST2.0 มากมายเช่นรูปภาพ น่าเสียดายที่สีแดง/ดำตรงข้ามกับที่ M4express ใช้ และฉันมีแบตเตอรี่และโปรเจ็กต์จำนวนมากที่ใช้ขั้วนี้

อืม. เป็นเรื่องง่ายมากที่จะถอดสายไฟออกจากขั้วต่อและเปลี่ยนตำแหน่ง ดังนั้นฉันจึงใช้แบตเตอรี่หลายก้อนและที่ชาร์จ LiPo หนึ่งก้อน ฉันทายาทาเล็บสีแดงลงไป หวังว่าคงไม่ทำให้พวกมันปะปนกัน

สำหรับ M4express ฉันเลือกใช้ส่วนหัวของตัวเมียที่มีหมุดยาว ดูภาพ. สิ่งนี้ทำให้ FeatherWings เช่น GPS ของฉันเสียบเข้ากับด้านบนได้ นอกจากนี้ M4express ยังสามารถเสียบเข้ากับ FeatherWings เช่น TFT ขนาด 3.5” ที่ฉันซื้อได้

สำหรับแอปพลิเคชันนี้ พินไม่ได้ใช้ ดังนั้นฉันจึงมี Protoboard ขนาดเล็กและเสียบ M4express เข้ากับสิ่งนี้ หมุดจะไม่ถูกเปิดเผยและไม่สามารถงอได้เมื่อฉันพกพาไป

ขั้นตอนที่ 2: GPS FeatherWing ของฉัน

Adafruit Ultimate GPS Featherwing

www.adafruit.com/product/3133

สิ่งที่ยอดเยี่ยมอย่างหนึ่งที่ฉันชอบเกี่ยวกับ Adafruit คือพวกเขาจัดทำเอกสารเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของตนไว้เป็นจำนวนมาก ฉันคิดว่าผู้ที่ชอบทำอดิเรกสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ของตนเองได้ ตอนนี้ M4express มีไมโครคอนโทรลเลอร์ SMD ซึ่งเล็กเกินไปสำหรับผู้เฒ่าอย่างฉัน ดังนั้นฉันจึงซื้อคู่แทนที่จะพยายามสร้าง แต่ FeatherWing Ultimate GPS นั้นดีกว่าเล็กน้อย ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจลองทำด้วยตัวเอง ดังนั้นฉันจึงสั่งโมดูล MediaTek (GlobalTop) GPS MTK3339 จาก Ebay หรือ Aliexpress (จำไม่ได้) บางครั้งเรียกว่า LadyBird1

ดังนั้นการใช้ซอฟต์แวร์ Eagle Cadsoft (ตอนนี้คือ Autodesk) ฉันจึงคัดลอกแผนผังของ Adafruit และแก้ไข อย่างแรก ฉันสามารถสร้าง PCB แบบด้านเดียวได้ และอย่างที่สอง ฉันไม่มีส่วนประกอบ SMD มากมาย ดังนั้นฉันจึงทำให้มันง่ายขึ้น

GPS_MTK3339.zip

ดังนั้นฉันจึงสร้าง PCB โดยใช้วิธีการถ่ายโอนผงหมึก:

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

ปัญหา: อย่างที่ฉันจำได้ในบางครั้ง ฉันแก่แล้ว และนี่คือปัญหาบางอย่างที่ฉันมี ส่วนใหญ่ฉันมองไม่เห็นระยะใกล้ ดังนั้นฉันจึงใช้เครื่องมืออดิเรกเหล่านี้และแว่นขยายที่มีไฟ (ดูรูป) ที่ฉันได้รับจาก Aliexpress ฉันใช้หัวแร้ง Aoyue เพื่อควบคุมอุณหภูมิและเลือกหัวแร้งบัดกรี

ทั้งหมดนี้ ฉันยังมีปัญหามากมายในการบัดกรีหมุดโมดูล GPS และขั้วต่อเสาอากาศ u.fl นอกจากนี้ ฉันใช้เครื่องมือ Dremel-clone เพื่อเจาะรู ฉันไม่สามารถเจาะรูตรงได้ แต่โชคดีที่ทุกอย่างทำงานได้

อีกอย่าง ฉันสั่งลูกปัดเฟอร์ไรต์ SMD 0805 มาบ้าง แต่ไม่เคยได้มันเลย ต้องรอต่อไปอีก ในขณะเดียวกันฉันก็บัดกรีลวดข้ามหน้าสัมผัสเพื่อให้มันใช้งานได้ เม็ดบีดเฟอร์ไรท์ควรจะลดสัญญาณรบกวนบนพินแรงดันไฟของชิป GPS

ขั้นตอนที่ 3: เครื่องอ่านการ์ด MicroSD

โอเค GPS ทำงานได้ค่อนข้างดี แต่ใช้งานได้ก็ต่อเมื่อมันถูกผูกไว้กับคอมพิวเตอร์เท่านั้น คุณจึงสามารถดูว่าเกิดอะไรขึ้น เพื่อให้มีประโยชน์มากขึ้น ฉันต้องการบางสิ่งที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ เช่น จอแสดงผลหรือการ์ด micro SD ตอนนี้ฉันต้องการเก็บข้อมูล GPS Adafruit มี FeatherWings พร้อมการ์ด microSD เช่น จอแสดงผล 3.5” และการ์ด RTC แต่ฉันไม่ต้องการซ้อน FeatherWings ดังนั้นฉันจึงคัดลอกวงจร microSD จากการ์ด RTC และสร้างขึ้นมาเอง

เนื่องจากฉันไม่ต้องการซ้อน FeatherWing อีกอัน ฉันจึงมีแผนที่จะแนบสิ่งนี้กับ GPS PCB ของฉัน เนื่องจากวงจรค่อนข้างเรียบง่าย ฉันจึงสร้างมันขึ้นมาด้วยแผ่นรองห้าแผ่น เพื่อที่ฉันจะได้ต่อสายไฟเข้ากับ PCB นี้และกับบอร์ด GPS ของฉัน

MyDataLogger.zip

ในการแนบสิ่งนี้ ฉันวางมันไว้ใต้ GPS PCB ของฉัน บัดกรีบนสายพันลวดและเชื่อมต่อกับ GPS PCB ของฉัน สำหรับบางคน ฉันตัดฉนวนบางส่วนบนหมุดส่วนหัวออก เพื่อให้ฉันสามารถบัดกรีสายไฟได้โดยไม่รบกวนการติดตั้ง PCB บน M4express คุณควรจะเห็นสิ่งนั้นในภาพ จากนั้นฉันก็ใช้กาวกอริลลาเพื่อกาวการ์ดทั้งสองเข้าด้วยกันอย่างระมัดระวัง ระวังให้มากเมื่อกอริลลากาวขยายตัว

ปัญหา: จริงๆ แล้วนี่คือการ์ด microSD ฉันสั่งซื้อการ์ด microSD บนอีเบย์ ฉันพบว่ามีความแตกต่างระหว่างการ์ด microSD ทั่วไปและการ์ด microSDHC อย่างแรก อะแดปเตอร์รุ่นเก่าบางตัวเช่นฉัน (อาจ) ไม่สามารถอ่านเวอร์ชัน HC ได้ รุ่นที่สองของ microSDHC มีตั้งแต่ 4gB ถึง 32gB มีอีกรุ่นหนึ่งที่เรียกว่า microSDXC ที่มี 64gB และขนาดที่ใหญ่กว่า ฉันได้รับการ์ด 64gB แต่ไม่สามารถอ่านการ์ดเหล่านั้นด้วยอะแดปเตอร์ของฉัน ฉันไม่สามารถเข้าใจได้ว่ามีอะไรผิดปกติ แต่หลังจากทราบความแตกต่างแล้ว ฉันคิดว่าอะแดปเตอร์ของฉันไม่สามารถอ่านเวอร์ชัน HC ได้ แต่การวิจัยเพิ่มเติมกล่าวว่าเวอร์ชัน HC นั้นสูงสุด 32gB และตามภาพที่แสดง สิ่งเหล่านี้มีป้ายกำกับว่า microSDHC 64gB ถึงกระนั้นก็บอกว่าคิงส์ตันเหล่านี้เป็นของปลอม ฉันติดต่อผู้ขายและเขาก็คืนเงินให้ฉันทันที คุณสามารถหาข้อมูลเกี่ยวกับการ์ด microSD ปลอมได้มากมายบนอินเทอร์เน็ต

แม้ว่าตอนนี้จะเป็นของปลอม แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าจะใช้ไม่ได้ผล ฉันกำลังรออะแดปเตอร์ใหม่สองสามตัวที่สามารถอ่านการ์ด HC บางตัวได้ และฉันสั่งซื้อการ์ด HC อื่น

ขั้นตอนที่ 4: เสาอากาศ GPS

ภัยพิบัติชายชราอีกครั้ง ดังนั้นฉันจึงสั่งเสาอากาศ GPS ที่ใช้งานและอะแดปเตอร์ RP-SMA เป็น u.fl จาก ebay/AliExpress ฉันลืมไปว่าฉันมีอะแดปเตอร์เหล่านี้อยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม ในที่สุดฉันก็ได้เสาอากาศเข้าและมันไม่พอดีกับอะแดปเตอร์ ตอนนี้ ฉันคิดว่าซัพพลายเออร์จีนเหล่านี้จำนวนมากไม่เข้าใจสิ่งที่พวกเขาขายจริงๆ เช่น หลายคนไม่ระบุขั้วต่อบนเสาอากาศ และบางตัวไม่แสดงให้ชัดเจนในภาพ ฉันคิดว่าสิ่งที่ฉันได้แสดงตัวเชื่อมต่อค่อนข้างดี แต่ไม่ได้ระบุ หลังจากการค้นคว้า ฉัน (คิดว่า) ฉันระบุว่ามันเป็นตัวเชื่อมต่อ MCX อย่างไรก็ตาม ฉันสั่งเสาอากาศอีกอันหนึ่งและในที่สุดก็ได้รับมาและมันก็ไม่พอดีเช่นกัน ฉันคิดว่านี่เป็นความผิดของฉันเป็นส่วนใหญ่ แม้ว่าจะมีความสับสนมากมายระหว่าง SMA และ RP-SMA ตัวผู้และตัวเมียกับปลั๊กและแจ็ค

บรรทัดล่างคือตอนนี้ฉันไม่มีเสาอากาศทำงานแยกต่างหาก

คำเตือน: ขั้วต่อ u.fl บน Adafruit และบอร์ด GPS ของฉันมีความเปราะบางมาก และขอแนะนำให้คุณบรรเทาความเครียดจากการเชื่อมต่อ

ขั้นตอนที่ 5: นำทุกอย่างมารวมกัน

Adafruit มีบทช่วยสอนที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับวิธีการรับ M4express เพื่อให้ทำงานกับ Arduino ได้

แนบร่าง Arduino ของฉัน:

GPSDatalogger.zip

มันทำสิ่งต่อไปนี้:

เขียนสตริง GPS ไปยังไฟล์บนการ์ด microSD ที่เรียกว่า data.nmea

นาทีละครั้ง มันยังเขียนข้อมูลอื่นๆ เช่น เวลา #satellites คุณภาพสัญญาณ ความเร็วไปยังไฟล์ที่เรียกว่า misc.txt ฉันได้ทำการปรับเปลี่ยนบางอย่าง เช่น การแปลงเป็นเวลา Mountain Standard คร่าวๆ และนอตเป็นไมล์ต่อชั่วโมง

ทั้งสองไฟล์เป็นไฟล์ข้อความ

อีกอย่าง ฉันพยายามทำบางสิ่งด้วย Circuit Python ฉันสามารถเรียกใช้ตัวอย่างได้ แต่ดูเหมือนว่าจะมีปัญหาในการส่งคำสั่งไปยังโมดูล GPS อาจกลับมาดูอีกในอนาคต

ขั้นตอนที่ 6: การใช้งาน

GPS ใช้ข้อมูลที่เรียกว่า ephemeris data และ almanac เพื่อคำนวณตำแหน่ง เมื่อเปิดใช้งานครั้งแรก ข้อมูลนี้จะใช้เวลาสักครู่ในการประมวลผล นี้อาจใช้เวลาไม่กี่นาที. โมดูล GPS MTK3339 มีแบตเตอรี่สำรองเพื่อเก็บข้อมูลนี้ ฉันยังคงเดาว่ามันทำงานอย่างไร แต่สิ่งที่ฉันทำคือประมาณ 5 นาทีก่อนที่เราจะเดิน ฉันเสียบ M4express/GPS ของฉันเข้ากับพีซีโดยไม่ต้องใช้การ์ด microSD เมื่อฉันพร้อมที่จะออกเดินทาง ฉันจะถอดปลั๊ก เสียบการ์ด microSD และเปิดเครื่องด้วยแบตเตอรี่แล้วถอดออก

ปัญหา: ฉันคิดว่าฉันทำให้โมดูล M4express ของฉันเสียหายซึ่งอาจเกิดจากไฟฟ้าสถิต เมื่อเสียบเข้ากับคอมพิวเตอร์ ไฟ LED แสดงสถานะการชาร์จจะกะพริบ (M4express มีวงจรชาร์จแบตเตอรี่ LiPo) ฉันเดาว่าวงจรเครื่องชาร์จไม่ทำงานแม้ว่าฉันจะยังไม่ได้ตรวจสอบ อย่างไรก็ตาม นอกจากไฟ LED ที่กะพริบแล้ว ดูเหมือนว่าจะทำงานได้ดีทั้งในคอมพิวเตอร์และด้วยพลังงานแบตเตอรี่ มันไม่กะพริบ ฉันเลยใช้ชีวิตกับมันได้

Google Earth Pro

เหตุผลหนึ่งที่ฉันสร้างไฟล์ nmea ขึ้นมาก็เพื่อให้ใช้กับ Google Earth Pro ได้ ฉันถอดการ์ด microSD ออกจากโมดูล GPS เสียบเข้ากับอะแดปเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งของฉันแล้วเสียบเข้ากับคอมพิวเตอร์

หากต้องการใช้ ให้เริ่ม Google Earth Pro เลือก (FILE)(OPEN) ถัดจากกล่อง File จะมีตัวเลือกสำหรับประเภทของไฟล์ เลือก (GPS) เรียกดูเพื่อค้นหาไฟล์ data.nmea และเปิดมัน

หน้าต่างอื่นปรากฏขึ้น ฉันเลือกสร้างแทร็ก KML ทั้งหมด สร้าง KML LineStrings ปรับระดับความสูงเป็นความสูงของพื้น

ตัวอย่างแรกแสดงตัวอย่าง การตัดเส้นสีน้ำเงินเป็นข้อมูลที่ผิดพลาด อาจเป็นสัญญาณรบกวน

ในตัวอย่างที่สอง มียุ้งฉางโลหะขนาดใหญ่ โดยปกติ รางสีน้ำเงินจะมีลูกศรแสดงทิศทางการเดินทาง แต่รอบๆ โรงนาจะเปลี่ยนเป็นสี่เหลี่ยม ฉันคิดว่านี่เป็นการสูญเสียสัญญาณเนื่องจากเราไม่ได้เดินผ่านยุ้งฉาง แต่ขึ้นไปบนยุ้งฉาง

misc.txt สามารถอ่านได้โดย Excel เป็นไฟล์ที่คั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค (หรือเป็นไฟล์ข้อความ) ดูตัวอย่างที่แนบมาในรถขณะขับขี่

สิ่งที่ฉันสังเกตเห็นคือละติจูดและลองจิจูดเป็นทศนิยมหลายตำแหน่ง ไม่รู้ว่ามันแม่นยำแค่ไหน ความเร็วดูเหมือนว่าจะทำงาน โดยปกติเวลาเดินของฉัน ดาวเทียมจะอยู่ที่ประมาณ 10 ดวง ในรถมี 7 ดวง ซึ่งผลิตขึ้นเพราะหลังคาเหล็ก HDOP ในรถดูสูงขึ้นในรถ เมื่อเดินก็ประมาณ 1 หรือต่ำกว่า (ดีกว่า)

ฉันไม่เข้าใจแองเกิล สำหรับการยืดเมื่อละติจูดยังคงเหมือนเดิม ฉันคิดว่ามุมจะเป็น 0, 90, 180 หรือ 270 ไม่ใช่ 66

สรุป: ดูเหมือนว่าจะทำงานได้ดีทีเดียว ฉันคิดว่า M4express นั้นเร็วกว่า Atmega328s ที่ฉันคุ้นเคยมาก อาจทำการกรองสัญญาณรบกวนเพื่อกำจัดข้อบกพร่องของแทร็ก NMEA บางส่วนโดยไม่ทำให้อัตราการสุ่มตัวอย่างหนึ่งวินาทียุ่งเหยิง ฉันคงไม่รบกวน โครงการหนึ่งในอนาคตของฉันคือการทำ 'การสำรวจ' บางอย่างที่ฉันอาศัยอยู่ในประเทศเกษตรกรรมที่มีทุ่งนามากมาย บางครั้งฉันอยากรู้ว่ามีกี่เอเคอร์ในทุ่งนา ฉันอาจจะใช้ GPS กับหน้าจอสัมผัสขนาด 3.5 นิ้วสำหรับแอปพลิเคชันนั้นได้

ต้องการดูว่าเสาอากาศภายนอกสร้างความแตกต่างอย่างมากหรือไม่ ฉันสังเกตเห็นว่าแทร็ก NMEA บางแทร็กของฉันไม่อยู่ในตำแหน่งที่ควรจะเป็น

อย่างไรก็ตาม MTK3339 นั้นไม่แม่นยำกว่า GPS อื่น ๆ เช่น uBlox

อีกโครงการหนึ่งคือฉันซื้อโมดูล L80 GPS ซึ่งดูเหมือนว่าจะถูกกว่า MTK3339 แต่โดยพื้นฐานแล้วควรจะเป็นสิ่งเดียวกัน บางทีพวกเขาอาจเป็นโคลนนิ่ง? ข้อดีอย่างหนึ่งสำหรับฉันคือพวกมันมีระยะห่าง 0.1” บนหมุดซึ่งใช้งานง่ายกว่ามาก