الرجل العجوز و Arduino GPS: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

لذا فإن Lazy Old Geek (L. O. G) لم يكن قادرًا على القيام بـ Instructable لبضع سنوات. في عمر 70 عامًا ، لا يعمل الدماغ بالشكل الذي كان عليه في السابق ، ومن الصعب التركيز على المشاريع الكبيرة ، ناهيك عن محاولة الكتابة عنها.

(أنا أدخل مسابقة Arduino.)

ولكن بمساعدة كلبي المحب ، سادي وجهاز CPAP الخاص بي ، سأجربه. سادي هي مضاد اكتئابي ، تحافظ على معنوياتي ونمشي كل صباح. يساعدني جهاز CPAP على النوم بشكل أفضل ، وبالتالي التفكير بشكل أفضل قليلاً.

نظام تحديد المواقع العالمي (GPS): حسنًا ، لطالما كنت مهتمًا بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يمكن لمعظم أنظمة تحديد المواقع التجارية تحديد ما يصل إلى 2-3 أمتار فقط. ابن عمي ، وهو مزارع كبير يقول إن معداته يمكن أن تعمل بشكل أفضل. أعرف أن أحد المزارعين المحليين يستخدم جرارات John Deere لزراعة المحاصيل في الأخاديد باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المخصص.

أقضي الكثير من الوقت في تصفح الإنترنت وكنت أقرأ عن أجهزة GPS ذات الأسعار المعقولة التي يمكن أن تصل إلى سنتيمترات! رائع. من الناحية العملية ، لست بحاجة لذلك حقًا. عندما أذهب للتنزه ، لا أحتاج حقًا إلى معرفة مكاني بالضبط. حتى في الرحلات البرية ، أستخدم هاتفي الذكي مع Android Auto لإخباري بمكان وجودي.

لكنني أيضًا خبير في التكنولوجيا ، لذلك بدأت في البحث عن أجهزة تحديد المواقع للهواة. كان Adafruit Ultimate GPS واحدًا من أشهرها.

www.adafruit.com/؟q=ultimate

الخطوة 1: Adafruit Feather

حسنًا ، أحد إصدارات Adafruit Ultimate GPS هو Featherwing. الآن لم أسمع أبدًا عن سلسلة Adafruit Feather ، لذا المزيد من ركوب الأمواج. طورت Wow و Adafruit و Lady Ada مجموعة كاملة من وحدات التحكم الدقيقة والملحقات القائمة على منصة صغيرة تسمى Feather. بالنسبة إلى Arduinoites ، فهو مشابه لمنصة Arduino UNO الأساسية ولكنه أصغر حجمًا وأكثر حداثة. طورت Adafruit أيضًا جميع البرامج بحيث يمكن أن تكون متوافقة مع برنامج Arduino.

إنني أقدر حقًا العمل الذي قام به Adafruit و Lady Ada لصالح DIYers وأحببت Feather M4 Express حقًا:

www.adafruit.com/product/3857

على عكس Arduino القياسي مع ساعة 16 ميجاهرتز ، فهو سريع للغاية مع ساعة 120 ميجاهرتز. إنه 3.3 فولت وهو إلى حد كبير المعيار الجديد لإلكترونيات DIY الجديدة. إنه متوافق مع Arduino الذي أعرفه جيدًا بالإضافة إلى أنه يمكن أيضًا برمجته باستخدام Circuit Python (إصدار Adafruit المخصص من Python). أنا عجوز وأجد صعوبة في تعلم أشياء جديدة ، لكن هذا من شأنه أن يمنحني فرصة للتوسع.

لذلك طلبت واحدة مستعملة على موقع ئي باي وطلبت أيضًا واحدة من صائد الفئران. تحمل Amazon و Mouser و DigiKey بعض منتجات Adafruit. كنت أرغب في شراء واحدة مباشرة من Adafruit ولكن في ذلك الوقت ، لم يكن لديهم كل أجنحة الريش التي كنت أرغب في الحصول عليها. في هذه الحالة ، يكون من الأرخص طلب الكثير من الأشياء في وقت واحد ، لذا لن تضطر إلى دفع نفس القدر من تكاليف الشحن. في حالتي ، تكلف ثلاثة عناصر ما يعادل تكلفة شحن واحدة.

المشكلة: موصل بطارية JST2.0 على M4express. منذ وقت طويل اشتريت مجموعة من موصلات الطاقة JST2.0 مثل الصورة. لسوء الحظ ، فإن اللون الأحمر / الأسود هو عكس ما تستخدمه M4express ، ولدي الكثير من البطاريات والمشاريع التي تستخدم هذا القطبية.

اوه حسنا. من السهل جدًا إزالة الأسلاك من الموصل وتبديل مواضعها. لذلك فعلت هذا بعدة بطاريات وشاحن LiPo واحد. أضع بعض طلاء الأظافر الأحمر عليهم ، لذلك آمل ألا يختلط عليهم الأمر.

بالنسبة إلى M4express ، اخترت استخدام الرؤوس الأنثوية ذات المسامير الطويلة. انظر الصورة. سمح هذا لـ FeatherWings مثل GPS الخاص بي بالاتصال بالأعلى. بالإضافة إلى أنه يمكن توصيل M4express بأجنحة FeatherWings مثل شاشة TFT مقاس 3.5 بوصة التي اشتريتها.

بالنسبة لهذا التطبيق ، لم يتم استخدام المسامير ، لذلك كان لدي لوح صغير من Protoboard وقمت بتوصيل M4express بهذا حتى لا تظهر الدبابيس ولا يمكن أن تنحني عندما أحملها.

الخطوة 2: My GPS FeatherWing

Adafruit Ultimate GPS Featherwing

www.adafruit.com/product/3133

أحد الأشياء العظيمة التي أحبها في Adafruit هو أنهم يوثقون منتجاتهم بشكل كبير ، وأعتقد أنه يمكن للهواة بناء منتجاتهم الخاصة. الآن يحتوي M4express على متحكم SMD صغير جدًا بالنسبة لرجل عجوز مثلي للعمل معه ، لذا اشتريت زوجين بدلاً من محاولة صنع واحد. لكن نظام FeatherWing Ultimate GPS أفضل قليلاً لذلك قررت أن أحاول صنعه بنفسي. لذلك طلبت وحدة MTK3339 GPS من MediaTek (GlobalTop) من Ebay أو Aliexpress (لا أتذكر). أحيانًا يطلق عليه LadyBird1.

لذا باستخدام برنامج Eagle Cadsoft (الآن ، Autodesk) قمت بنسخ مخطط Adafruit وقمت بتعديله. أولاً يمكنني فقط صنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور من جانب واحد وثانيًا ليس لدي العديد من مكونات SMD لذلك قمت بتبسيطها.

GPS_MTK3339.zip

لذلك صنعت ثنائي الفينيل متعدد الكلور باستخدام طريقة نقل الحبر الخاصة بي:

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

المشاكل: كما أتذكر أحيانًا ، أنا كبير في السن وإليكم بعض المشاكل لدي. في الغالب لا أستطيع رؤية الصورة المقربة جيدًا ، لذلك أستخدم إحدى أدوات الهواة هذه وعدسة مكبرة مضاءة (انظر الصور) حصلت عليها من Aliexpress. أستخدم مكواة لحام Aoyue حتى أتمكن من التحكم في درجة الحرارة واختيار أطراف اللحام.

حتى مع كل هذا ، واجهت الكثير من المشاكل في لحام دبابيس وحدة GPS وموصل هوائي u.fl. أيضًا ، أستخدم أداة استنساخ Dremel لحفر الثقوب. لا يمكنني أبدًا حفر ثقوب مستقيمة ولكن لحسن الحظ تمكنت من تشغيل كل شيء.

بالمناسبة ، طلبت بعض حبات الفريت SMD 0805 لكنني لم أحصل عليها أبدًا في انتظار المزيد. في هذه الأثناء ، قمت بلحام سلك عبر جهات الاتصال لجعله يعمل. من المفترض أن تعمل حبة الفريت على تقليل الضوضاء على دبوس الجهد لشريحة GPS.

الخطوة 3: قارئ بطاقة MicroSD

حسنًا ، لقد عمل نظام تحديد المواقع العالمي بشكل جيد جدًا ولكنه لم يعمل إلا عندما تم ربطه بجهاز كمبيوتر حتى تتمكن من رؤية ما يحدث. لكي أكون أكثر فائدة ، أحتاج إلى شيء غير مربوط بجهاز كمبيوتر ، مثل شاشة عرض أو بطاقة micro SD. في الوقت الحالي ، كنت أرغب في تخزين معلومات GPS. لدى Adafruit بعض أجنحة FeatherWings مع بطاقات microSD ، مثل الشاشة مقاس 3.5 بوصة وبطاقة RTC. لكنني لم أرغب في تكديس FeatherWings لذلك قمت بنسخ دوائر microSD من بطاقة RTC وصنعت بلدي.

نظرًا لأنني لم أرغب في تكديس FeatherWing آخر ، فقد توصلت إلى خطة لإرفاق هذا بـ GPS PCB الخاص بي. نظرًا لأن الدائرة بسيطة جدًا ، فقد صنعتها للتو بخمس وسادات حتى أتمكن من توصيل الأسلاك بثنائي الفينيل متعدد الكلور ولوح GPS الخاص بي.

MyDataLogger.zip

لإرفاق هذا ، قمت بوضعه أسفل نظام GPS PCB الخاص بي ، ملحومًا ببعض الأسلاك الملفوفة بالأسلاك وربطها بـ GPS PCB الخاص بي. بالنسبة للبعض ، قمت بقطع بعض العزل على دبابيس الرأس ، لذلك يمكنني لحام الأسلاك دون التدخل في تركيب PCB على M4express. يجب أن تكون قادرًا على رؤية ذلك في الصورة. ثم استخدمت بعض غراء الغوريلا لألصق البطاقتين بعناية. كن حذرًا جدًا أثناء تمدد Gorilla Glue.

المشاكل: حسنًا ، هذا في الواقع مع بطاقات microSD. لقد طلبت بعض بطاقات microSD على موقع ئي باي. اكتشفت أن هناك فرقًا بين بطاقات microSD البسيطة وبطاقات microSDHC. أولاً ، بعض المحولات القديمة مثلي (ربما) لا يمكنها قراءة إصدارات HC. ثانيًا ، تتراوح إصدارات microSDHC من 4 جيجا بايت إلى 32 جيجا بايت. هناك إصدار آخر يسمى microSDXC بسعة 64 جيجا بايت وأحجام أكبر. حسنًا ، لقد تلقيت بعض البطاقات بسعة 64 جيجابايت ولكني لم أتمكن من قراءتها باستخدام المحولات الخاصة بي. لم أستطع معرفة ما هو الخطأ. ولكن بعد اكتشاف الاختلافات ، اعتقدت أنه ربما لا تتمكن المحولات الخاصة بي من قراءة إصدار HC ولكن المزيد من البحث قال إن إصدار HC بحد أقصى 32 جيجا بايت وكما توضح الصورة هذه المهايئات تحمل بطاقة microSDHC 64 جيجا بايت. حتى مع ذلك ، تقول كينغستون إن هذه مزيفة. اتصلت بالبائع وقام برد أموالي على الفور. يمكنك أن تجد الكثير على الإنترنت عن بطاقات microSD المزيفة.

الآن على الرغم من أنها مزيفة ، فهذا لا يعني أنها لن تعمل. أنا في انتظار محولين جديدين من المفترض أن يكونا قادرين على قراءة بعض بطاقات HC ، بالإضافة إلى أنني طلبت بعض بطاقات HC المختلفة.

الخطوة 4: هوائي GPS

كارثة رجل عجوز آخر. لذلك طلبت هوائي GPS نشط ومحول RP-SMA إلى u.fl من ebay / Aliexpress. بالمناسبة ، لقد نسيت أن لدي بالفعل أحد هذه المحولات. على أي حال ، أخيرًا أدخلت الهوائي ولم يكن مناسبًا للمحول. الآن ، أعتقد أن العديد من هؤلاء الموردين الصينيين لا يفهمون حقًا ما يبيعونه. على سبيل المثال ، لا يتعرف الكثيرون على الموصلات الموجودة على الهوائيات والبعض الآخر لا يعرضها بوضوح في الصور. حسنًا ، أعتقد أن الشخص الذي حصلت عليه أظهر الموصل جيدًا إلى حد ما ولكن لم يحدده. حسنًا ، بعد بعض الأبحاث ، (أعتقد) أنني حددته على أنه موصل MCX. على أي حال ، طلبت هوائيًا آخر واستلمته أخيرًا ولم يكن مناسبًا أيضًا. أعتقد مرة أخرى أن هذا هو خطئي في الغالب ، على الرغم من وجود الكثير من الالتباس بين SMA و RP-SMA ذكر وأنثى والمقابس والرافعات.

خلاصة القول هي أنه ليس لدي الآن هوائي منفصل يعمل.

تحذير: موصلات u.fl الموجودة على Adafruit ولوحة GPS الخاصة بي هشة للغاية ويوصى بإجهاد الاتصال جسديًا.

الخطوة 5: وضع كل ذلك معًا

لدى Adafruit بعض البرامج التعليمية الممتازة حول كيفية الحصول على M4express بحيث تعمل مع Arduino.

رسم اردوينو الخاص بي مرفق:

GPSDatalogger.zip

يقوم بما يلي:

يكتب سلاسل GPS في ملف على بطاقة microSD يسمى data.nmea

مرة واحدة في الدقيقة ، يكتب أيضًا بعض البيانات الأخرى مثل الوقت والأقمار الصناعية وجودة الإشارة والسرعة إلى ملف يسمى misc.txt. لقد أجريت بعض التعديلات ، مثل التحويل تقريبًا إلى توقيت الجبل القياسي والعقدة إلى ميل في الساعة.

كلا الملفين عبارة عن ملفات نصية.

بالمناسبة ، حاولت القيام ببعض الأشياء باستخدام Circuit Python. تمكنت من تشغيل الأمثلة ولكن يبدو أنني واجهت بعض المشاكل في إرسال الأوامر إلى وحدة GPS. قد يعيد الزيارة في المستقبل.

الخطوة 6: الاستخدام

تستخدم أنظمة GPS شيئًا يسمى بيانات التقويم الفلكي والتقويم لحساب الموقع. عند التشغيل لأول مرة ، تستغرق معالجة هذه المعلومات بعض الوقت. قد يستغرق هذا بضع دقائق. حسنًا ، تحتوي وحدة MTK3339 GPS على بطارية احتياطية لتخزين هذه المعلومات. ما زلت أخمن كيف يعمل هذا ولكن ما أفعله هو حوالي 5 دقائق قبل مشيتنا ، أقوم بتوصيل M4express / GPS بجهاز الكمبيوتر بدون بطاقة microSD. عندما أكون مستعدًا للمغادرة ، أقوم بفصله وإدخال بطاقة microSD وتشغيله ببطارية ثم أقلع.

المشكلة: أعتقد أنني أتلفت إحدى وحدات M4express الخاصة بي ربما بالكهرباء الساكنة. عند توصيله بجهاز كمبيوتر ، يومض مؤشر LED لحالة الشحن. (يحتوي M4express على دائرة شاحن بطارية LiPo). حسنًا ، أعتقد أن دائرة الشاحن لا تعمل ، على الرغم من أنني لم أقم بفحصها. على أي حال ، إلى جانب مؤشر LED الوامض ، يبدو أنه يعمل بشكل جيد سواء على الكمبيوتر أو على طاقة البطارية ، فإنه لا يومض لذا أعيش معه.

جوجل إيرث برو

أحد أسباب إنشاء ملف nmea هو أنه يمكنني استخدامه مع Google Earth Pro. أقوم بإزالة بطاقة microSD من وحدة GPS ، وتوصيلها بأحد المحولات الخاصة بي وتوصيلها بجهاز الكمبيوتر الخاص بي.

للاستخدام ، ابدأ Google Earth Pro ، حدد (FILE) (OPEN). بجوار مربع الملفات ، يوجد تحديد لأنواع الملفات. حدد (GPS). تصفح للعثور على ملف data.nmea وافتحه.

نافذة أخرى تنبثق. أحدد كل إنشاء مسارات KML ، وإنشاء سلاسل خطوط KML ، وضبط الارتفاعات على ارتفاع الأرض.

المثال الأول يظهر عينة. الخط الأزرق الذي ينطلق هو بيانات خاطئة ، وربما ضوضاء.

في المثال الثاني ، هناك حظيرة معدنية كبيرة. عادةً ما تحتوي المسارات الزرقاء على أسهم توضح اتجاه الحركة ، ولكنها تتحول حول الحظيرة إلى مربعات. أفترض أن هذا هو فقدان الإشارة لأننا لم نسير عبر الحظيرة ولكننا ذهبنا على طول الجزء العلوي من الحظيرة.

يمكن قراءة ملف misc.txt بواسطة Excel كملف محدد بفاصلة (أو كملف نصي). انظر المرفقة للحصول على مثال مأخوذ في سيارة أثناء القيادة.

الأشياء التي لاحظتها هي أن خط العرض وخط الطول كانا للعديد من المنازل العشرية ، لا أعرف مدى دقة ذلك. يبدو أن السرعة تعمل. عادة ما تكون الأقمار الصناعية في جولاتي على الأقدام حوالي 10 سنوات ، وكانت 7 في السيارة منذ ذلك الحين بسبب السقف المعدني. بدا HDOP في السيارة أعلى في السيارة. في المشي كان حوالي 1 أو أقل (أفضل).

أنا لا أفهم زاوية. بالنسبة إلى الامتداد عندما يظل Latitude كما هو ، أعتقد أن الزاوية ستكون 0 أو 90 أو 180 أو 270 وليس 66.

الاستنتاجات: يبدو أنها تعمل بشكل جيد. أعتقد أن M4express أسرع بكثير من Atmega328 التي اعتدت عليها. من المحتمل أن تقوم ببعض تصفية الضوضاء للتخلص من بعض مواطن الخلل في مسار NMEA دون العبث بمعدلات العينة التي تبلغ ثانية واحدة. ربما لن أزعج نفسي. سيكون أحد مشاريعي المستقبلية هو إجراء بعض "المسح" الذي أعيش فيه في بلد زراعي به الكثير من الحقول. أود أحيانًا معرفة عدد الأفدنة الموجودة في الحقل. ربما يمكنني استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مع شاشتي التي تعمل باللمس مقاس 3.5 بوصة لهذا التطبيق.

تريد أيضًا معرفة ما إذا كان الهوائي الخارجي يحدث فرقًا كبيرًا. لقد لاحظت أن بعض مساراتي في NMEA ليست في المكان الذي ينبغي أن تكون فيه تمامًا.

بالمناسبة ، MTK3339 ليس أكثر دقة من أنظمة GPS الأخرى مثل uBlox.

مشروع آخر هو أنني اشتريت بعض وحدات L80 GPS التي تبدو أرخص من MTK3339 ولكن من المفترض أن تكون نفس الشيء في الأساس. ربما هم مستنسخون؟ ميزة واحدة كبيرة بالنسبة لي هي أن لديهم تباعد 0.1 بوصة على المسامير وهو أسهل بكثير للعمل معها.