Rastreamento de rota GPS V2: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Projeto: Rastreamento de Rota GPS V2

Data: maio - junho de 2020

ATUALIZAR

A primeira versão deste projeto, embora funcionasse em princípio, apresentava uma série de falhas que precisavam ser corrigidas. Em primeiro lugar, não gostei da caixa, por isso a substituí por outra. Em segundo lugar, os cálculos de velocidade e distância não estão corretos. Testes de campo adicionais com a unidade colocada dentro de um veículo e permitiram mapear a rota e, em seguida, esta rota mapeada foi mapeada no GPS Visualizer e no Google Earth Pro com excelentes resultados em termos de rota real mapeada e distância calculada medida em relação à opção "régua" no Earth Pro

Além disso, o circuito foi atualizado para que as baterias 18650 fornecessem energia diretamente para a placa ESP32 DEV, enquanto a unidade NEO7M GSP era alimentada diretamente do módulo Step Down em vez da placa DEV. Isso produziu um sistema mais estável. O software era geralmente arrumado, com a opção de e-mail e a conexão subsequente com o roteador local realizada apenas se a unidade encontrasse um arquivo ou arquivos disponíveis para envio. Uma melhoria final foi alterar o teste "gps.location.isValid" para "gps.location.isUpdated", garantindo que apenas os locais GPS atualizados fossem salvos no arquivo de rota, em vez de vários locais GPS, cada um com a mesma latitude e longitude

Eu observaria neste ponto que este é o primeiro sistema baseado em GPS que criei, e as versões subsequentes substituiriam em grande parte a fiação existente por uma placa baseada em PCB. Para garantir que todas as conexões dos fios não falhem, durante o manuseio brusco, todas essas conexões foram coladas

Atualizei os arquivos ICO e Fritzing e adicionei novas fotos para mostrar as mudanças que fiz

VISÃO GLOBAL

Este projeto foi uma mudança completa de direção para mim, afastando-me dos relógios Nixie e dos robôs baseados em WiFi. O uso de um módulo Arduino baseado em GPS me intrigou por algum tempo e como eu tinha algum tempo livre esperando por peças adicionais para o projeto principal no qual também estou trabalhando, decidi construir um dispositivo de rastreamento de rota GPS, alimentado por bateria, leve, portátil e capaz de transferir suas informações de rota por meio de um cartão micro SD ou, se houver uma rede WiFi disponível, por e-mail e um arquivo anexado. Este projeto exigiu o uso de quatro componentes que eu não tinha usado antes, ou seja, uma tela oLED de 0,96”, leitor de cartão SD, módulo GPS e a placa de desenvolvimento ESP32. O tamanho final da unidade, embora certamente portátil, poderia ser reduzido ainda mais, em 25-50%, se a fiação que usei fosse substituída por uma placa PCB conectada diretamente à placa de desenvolvimento ESP32 e às baterias 18650 e abaixador módulo foi substituído por uma bateria de íon de lítio 5V adequada.

Suprimentos

1. Placa de Desenvolvimento ESP32

2. Relógio DS3231 RTC com bateria reserva

3. Leitor baseado em SPI de cartão micro SD, com cartão micro SD de 1GB

4. Tela baseada em I2C oLED de 0,96”

5. Módulo GPS NEO-7M-0-000

6. capacitor 10uF

7. 2 x resistores de 10K, resistor de 4,7K

8. Transformador redutor DC-DC

9. 2 x 18.650 baterias

10. Suporte duplo de bateria 18650

11. Interruptor de pólo único

12. Botão de pressão momentâneo

13. 2 caixas de projeto de 100 mm x 50 mm x 65 mm

14. Fios Dupont, cola quente.

Etapa 1: CONSTRUÇÃO

O diagrama de Fritzing em anexo mostra o layout do circuito. As duas baterias 18650 e o módulo abaixador podem ser substituídos por uma bateria de íon-lítio fornecendo 5 V diretamente. Eu recomendo o módulo NEO-7M com o plugue de antena externa SMA integrado que permite adicionar um pedaço de fio simples de 30 cm de comprimento que coleta as informações do satélite. Isso geralmente leva alguns minutos após a unidade ser ligada pela primeira vez. A parte inferior das duas caixas de projeto tem aberturas feitas para a tela, antena GPS, interruptor e cartão SD, ela também contém o relógio RTC, leitor de cartão SD, tela oLED de 0,96”, botão, módulo GPS e placa PCB. A caixa de projeto superior contém a placa de desenvolvimento ESP32, baterias 18650 e suporte de bateria, módulo abaixador e uma única abertura para a chave monopolar. A parte superior desta caixa de projeto é mantida no lugar com quatro parafusos embutidos que podem ser removidos para permitir que as duas baterias recarregáveis 18650 sejam removidas, carregadas e, em seguida, substituídas. A unidade não é à prova de água, no entanto, poderia ser feita. Um carregador de bateria baseado em USB adequado também pode ser instalado dentro desta caixa de projeto superior, com uma abertura adequada, para permitir que as baterias internas sejam carregadas sem a necessidade de remover a tampa da caixa. Embora o módulo GPS possa fornecer a hora e a data, conforme obtido do satélite, decidi que a hora e a data locais seriam mais adequadas, então adicionei um módulo RTC.

Algumas das fotos da construção mostram o desenvolvimento inicial deste projeto onde eu estava usando uma placa WeMos D1 R2 e um display LED 16x2 simples, ambos substituídos na versão final.

Etapa 2: SOFTWARE

A razão para a placa Arduino baseada em ESP32 foi que, após algumas pesquisas, descobri que o ESP32 pode enviar e-mail com sucesso para uma conta do G-Mail, desde que as configurações da conta sejam alteradas para permitir "recebimento de e-mails menos seguros", isso requer uma alteração nas configurações da conta do G-Mail. Para acessá-lo, vá para a opção de menu “Gerenciar Conta do Google”, selecione “Segurança” e, finalmente, role para baixo até ver “Acesso a aplicativo menos seguro”, ative este recurso.

Você precisará baixar e instalar os seguintes arquivos de inclusão: TinyGPS ++. H, SoftwareSerial.h, "RTClib.h", "ESP32_MailClient.h", "SPIFFS.h", WiFiClient.h, math.h, Wire.h, SPI.h, SD.h, Adafruit_GFX.h e Adafruit_SSD1306.h.

O programa foi desenvolvido utilizando a versão 1.8.12 do Arduino IDE, e a placa selecionada foi a “DOIT ESP32 DEVKIT V1”.

Devido ao tamanho do programa não é possível desenvolvê-lo em um Arduino UNO, mesmo ao fazer o download do software, é necessário remover o fio TX do módulo GSP, caso contrário o download irá falhar. Um capacitor de 10uF foi conectado aos pinos “EN” e “GND” da placa ESP32 de forma que não era necessário que o botão “EN” fosse pressionado cada vez que um novo programa de software fosse baixado.

O software Arduino foi desenvolvido para permitir que o usuário do sistema grave uma rota ou rotas dentro da unidade e, em seguida, remova o SD-Card e faça o upload deles através de um leitor de cartão baseado em PC, ou selecione a opção de menu E-Mail e tenha todos os arquivos de rota mantidos na unidade enviados para uma conta do G-Mail, uma rota anexada a cada e-mail. Os arquivos de rota são formatados dentro da Unidade e podem ter a forma de dois estilos diferentes, formato “GPX” que pode ser visualizado diretamente usando o “Visualizador GPS”, um aplicativo do Google disponível gratuitamente para uso na Internet, ou “KML” formato que pode ser visualizado diretamente usando o aplicativo “Google Earth Pro” disponível para download na Internet. Este mesmo aplicativo também pode ler e exibir os arquivos de rota baseados em “GPX”. Ambos os formatos de arquivo estão disponíveis gratuitamente como esquemas de formato de arquivo e podem ser encontrados na Internet na Wikipedia. Uma vez que o e-mail ou e-mails tenham sido enviados a unidade retornará ao monitoramento de rota, porém o padrão será o formato de arquivo GPX. O botão é usado para selecionar a opção E-Mail, selecionar o formato de arquivo GPX ou KML e para iniciar e parar a gravação da rota. No modo de monitoramento de rota, a tela oLED exibirá a longitude e latitude da posição atual e, em seguida, em uma segunda tela exibirá a hora atual, data, altitude em metros, número de satélites sendo usados, velocidade em Km e, finalmente, o curso dado como um dos pontos cardeais da bússola. Enquanto estiver no modo de gravação de rota, a tela exibirá o arquivo de rota que foi aberto, então, além das duas telas descritas anteriormente, uma terceira tela será exibida detalhando o arquivo de rota sendo usado, o número de waypoints que ele gravou e, finalmente a distância percorrida em Km.

As imagens a seguir mostram como os e-mails, criados e enviados pela unidade, são recebidos e exibidos pelo G-Mail.

Etapa 3: CONCLUSÃO

Aprendi muito com o desenvolvimento deste projeto, no entanto, esta unidade só pode ser considerada um “back end” para um sistema baseado em aplicativo que pega os arquivos GPX ou KML e os exibe. Usar software de terceiros era uma alternativa aceitável para o desenvolvimento deste software. A disponibilidade da opção de menu "Aplicativo menos seguro" no menu Gerenciamento de contas do Google pode ser limitada, pois mudanças podem ocorrer em junho de 2020; se for esse o caso, pode ser necessário redirecionar o e-mail para uma conta alternativa ou usando a porta 586 no servidor de e-mail.

Etapa 4: formatos de arquivo GPS e KML

O seguinte mostra um conteúdo de arquivo típico para cada tipo de arquivo que a unidade gera (os valores de latitude e longitude não mudam muito nestes exemplos devido à unidade ser estacionária). Ambos os arquivos contêm os dados mínimos de cabeçalho e rodapé exigidos pelo GPS Viewer e Google Earth pro para exibir uma linha preta simples mostrando a rota percorrida:

O arquivo KML:

O arquivo GPX: