Velho e o Arduino GPS: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Portanto, este Velho Geek preguiçoso (L. O. G.) não consegue fazer um Instructable há alguns anos. Aos 70 anos, o cérebro não funciona tão bem como antes e é difícil se concentrar em grandes projetos, muito menos tentar escrever sobre eles.

(Estou entrando no Concurso do Arduino.)

Mas com a ajuda da minha adorável cadela Sadie e da minha máquina de CPAP, vou tentar. Sadie é meu antidepressivo, mantém meu ânimo alto e caminhamos todas as manhãs. Meu CPAP me ajuda a dormir melhor e, portanto, a pensar um pouco melhor.

GPS: Bem, sempre me interessei por GPS. A maioria dos GPS comerciais pode localizar até 2-3 metros. Meu primo, que é um grande fazendeiro, diz que seu equipamento pode fazer muito melhor. Eu sei que um dos fazendeiros locais usa seus tratores John Deere para plantar em sulcos usando GPS personalizado.

Eu passo muito tempo navegando na Internet e tenho lido sobre GPSs com preços razoáveis que podem medir até centímetros! Incrível. Do lado prático, eu realmente não preciso disso. Quando faço caminhadas, não preciso saber exatamente onde estou. Mesmo em viagens rodoviárias, uso meu smartphone com Android Auto para me informar onde estou.

Mas também sou um especialista em tecnologia, então comecei a procurar GPSs para amadores. Um dos mais populares foi o Adafruit Ultimate GPS.

www.adafruit.com/?q=ultimate

Etapa 1: Pena Adafruit

Bem, uma das versões do Adafruit Ultimate GPS é o Featherwing. Agora, eu nunca ouvi falar da série Adafruit Feather, então mais surf. Uau, Adafruit e Lady Ada desenvolveram um monte de microcontroladores e acessórios baseados em uma pequena plataforma chamada Feather. Para Arduinoitas, é semelhante à plataforma básica do Arduino UNO, mas menor e mais atualizada. A Adafruit também desenvolveu todo o software para que pudessem ser compatíveis com o software Arduino.

Eu realmente aprecio o trabalho que Adafruit e Lady Ada têm feito para DIYers e eu realmente gostei do Feather M4 Express:

www.adafruit.com/product/3857

Ao contrário do Arduino padrão com clock de 16 MHz, é super rápido com clock de 120 MHz. É 3,3 V, que é praticamente o novo padrão para novos eletrônicos DIY. É compatível com o Arduino, com o qual estou bastante familiarizado, e também pode ser programado com Circuit Python (versão personalizada do Python da Adafruit). Estou velho e tenho dificuldade em aprender coisas novas, mas isso me daria a chance de diversificar.

Encomendei um usado no ebay e também encomendei um na Mouser. Amazon, Mouser e DigiKey oferecem alguns dos produtos Adafruit. Eu gostaria de comprar um diretamente da Adafruit, mas na época, eles não tinham todas as FeatherWings que eu queria comprar. Nesse caso, é mais barato pedir muitas coisas de uma vez, então você não precisa pagar tantos custos de envio. No meu caso, três itens custam tanto para enviar quanto um.

PROBLEMA: Conector da bateria JST2.0 no M4express. Há muito tempo, comprei vários conectores de alimentação JST2.0 como na foto. Infelizmente, o vermelho / preto é o oposto do que o M4express usa, e tenho muitas baterias e projetos usando essa polaridade.

Ah bem. É muito fácil remover os fios do conector e trocar suas posições. Então, fiz isso com várias baterias e um carregador LiPo. Eu coloquei um pouco de esmalte vermelho sobre eles para não confundi-los.

Para o M4express, optei por usar cabeçalhos femininos com pinos longos. Ver foto. Isso permitiu que FeatherWings, como meu GPS, se conectassem ao topo. Além disso, o M4express pode ser conectado a FeatherWings como o TFT de 3,5”que comprei.

Para esta aplicação, os pinos não são usados, então eu tinha um pequeno Protoboard e conectei o M4express a ele para que os pinos não fiquem expostos e não possam dobrar quando eu o carrego.

Etapa 2: Meu GPS FeatherWing

Adafruit Ultimate GPS Featherwing

www.adafruit.com/product/3133

Uma das grandes coisas que gosto na Adafruit é que eles documentam pesadamente seus produtos, suponho que os amadores possam construir os seus próprios. Agora o M4express tem um microcontrolador SMD que é muito pequeno para um homem velho como eu trabalhar, então comprei um par em vez de tentar fazer um. Mas o GPS FeatherWing Ultimate é um pouco melhor, então decidi tentar fazer o meu próprio. Então, encomendei um módulo MediaTek (GlobalTop) GPS MTK3339 do Ebay ou Aliexpress (não me lembro). Às vezes é chamado de LadyBird1.

Então, usando o software Eagle Cadsoft (agora, Autodesk), copiei o esquema de Adafruit e o modifiquei. Primeiro, só posso fazer PCBs de um lado e, segundo, não tenho muitos componentes SMD, então simplifiquei.

GPS_MTK3339.zip

Então, fiz o PCB usando meu método de transferência de toner:

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

PROBLEMAS: como às vezes me lembro, sou velho e aqui estão alguns problemas que tenho. Geralmente não consigo ver muito bem o close, então uso uma dessas ferramentas de amadores e uma lupa iluminada (veja as fotos) que comprei no Aliexpress. Eu uso um ferro de solda Aoyue para controlar a temperatura e escolher as pontas de solda.

Mesmo com tudo isso, tive muitos problemas para soldar os pinos do módulo GPS e o conector da antena u.fl. Além disso, uso uma ferramenta Dremel-clone para fazer os furos. Nunca consigo fazer furos retos, mas felizmente consigo fazer tudo funcionar.

A propósito, encomendei alguns grânulos de ferrite SMD 0805, mas nunca os recebi tão à espera de um pouco mais. Enquanto isso, soldei um fio nos contatos para fazê-lo funcionar. O cordão de ferrite deve reduzir o ruído no pino de tensão do chip GPS.

Etapa 3: Leitor de cartão MicroSD

Ok, então o GPS funcionou muito bem, mas só funcionou quando estava conectado a um computador para que você pudesse ver o que estava acontecendo. Para ser mais útil, preciso de algo não conectado a um computador, como um monitor ou um cartão micro SD. Por enquanto, eu queria armazenar informações de GPS. A Adafruit tem algumas FeatherWings com cartões microSD, como a tela de 3,5”e o cartão RTC. Mas eu não queria empilhar FeatherWings, então copiei o circuito microSD do cartão RTC e fiz o meu próprio.

Já que eu não queria empilhar outro FeatherWing, eu vim com um plano para anexar isso ao meu GPS PCB. Como o circuito é bem simples, acabei de fazê-lo com cinco blocos para poder conectar os fios a esta placa de circuito impresso e à minha placa de GPS.

MyDataLogger.zip

Então, para anexar isso, coloquei-o embaixo do meu GPS PCB, soldou alguns fios de arame e os conectei ao meu GPS PCB. Para alguns, cortei parte do isolamento dos pinos do conector, para poder soldar os fios sem interferir com o encaixe da placa de circuito impresso no M4express. Você deve ser capaz de ver isso na imagem. Então usei um pouco de cola de gorila para colar cuidadosamente as duas cartas. Tenha muito cuidado enquanto a cola Gorilla se expande.

PROBLEMAS: Bem, isso é realmente com os cartões microSD. Encomendei alguns cartões microSD no ebay. Descobri que existe uma diferença entre os cartões microSD simples e os cartões microSDHC. Primeiro, alguns dos adaptadores mais antigos como eu (provavelmente) não conseguem ler as versões HC. Em segundo lugar, as versões microSDHC vão de 4gB a 32gB. Há outra versão chamada microSDXC com 64gB e tamanhos maiores. Bem, recebi alguns cartões de 64gB, mas não consegui lê-los com meus adaptadores. Eu não conseguia descobrir o que estava errado. Mas depois de descobrir as diferenças, pensei que talvez meus adaptadores não conseguissem ler a versão HC, mas pesquisas adicionais disseram que a versão HC é de no máximo 32gB e, como mostra a imagem, eles são rotulados como microSDHC 64gB. Mesmo assim, diz Kingston, essas são falsificações. Entrei em contato com o vendedor e ele prontamente reembolsou meu dinheiro. Você pode encontrar muito na Internet sobre cartões microSD falsos.

Agora, mesmo que sejam falsos, isso não significa que não funcionarão. Estou aguardando alguns novos adaptadores que supostamente são capazes de ler alguns cartões HC, além disso, encomendei alguns cartões HC diferentes.

Etapa 4: antena GPS

Outro desastre do Velho. Então, encomendei uma antena GPS ativa e um adaptador RP-SMA para u.fl do ebay / Aliexpress. A propósito, esqueci que já tinha um desses adaptadores. Enfim, finalmente coloquei a antena e ela não encaixou no adaptador. Agora, acho que muitos desses fornecedores chineses não entendem realmente o que estão vendendo. Por exemplo, muitos não identificam os conectores nas antenas e alguns nem mesmo mostram isso claramente nas fotos. Bem, acho que o que peguei mostrou o conector muito bem, mas não o identificou. Bem, depois de alguma pesquisa, eu (acho) o identifiquei como um conector MCX. Enfim, encomendei outra antena e finalmente recebi e também não coube. Eu acho que isso é principalmente minha culpa, embora haja muita confusão entre SMA e RP-SMA masculino e feminino e plugues e conectores.

O ponto principal é agora, eu não tenho uma antena separada funcionando.

AVISO: Os conectores u.fl no Adafruit e na minha placa GPS são muito frágeis e é recomendado que você alivie fisicamente a conexão.

Etapa 5: juntando tudo

Adafruit tem alguns tutoriais excelentes sobre como obter o M4express para que funcione com o Arduino.

Meu esboço do Arduino está anexado:

GPSDatalogger.zip

Ele faz o seguinte:

Grava strings de GPS em um arquivo no cartão microSD chamado data.nmea

Uma vez por minuto, ele também grava alguns outros dados como tempo, #satélites, qualidade do sinal e velocidade em um arquivo chamado misc.txt. Fiz algumas modificações, como converter aproximadamente para o tempo padrão da montanha e nós para mph.

Ambos os arquivos são arquivos de texto.

A propósito, tentei fazer algumas coisas com o Circuit Python. Consegui executar os exemplos, mas parecia ter alguns problemas para enviar comandos para o módulo GPS. Pode revisitar no futuro.

Etapa 6: Uso

GPSs usam algo chamado dados de efemérides e almanaque para calcular a localização. Quando ligado pela primeira vez, leva algum tempo para que essas informações sejam processadas. Isso pode levar alguns minutos. Bem, o módulo GPS MTK3339 tem uma bateria de backup para armazenar essas informações. Ainda estou adivinhando como isso funciona, mas o que eu faço é cerca de 5 minutos antes de nossa caminhada, eu ligo meu M4express / GPS no PC sem o cartão microSD. Quando me preparo para sair, eu o desconecto, insiro o cartão microSD e a ligo com a bateria e tiro.

Problema: acho que danifiquei um dos meus módulos M4express, possivelmente com eletricidade estática. Quando está conectado a um computador, o LED de status de carregamento fica piscando. (O M4express possui um circuito carregador de bateria LiPo). Bem, acho que o circuito do carregador não está funcionando, embora eu não tenha verificado. De qualquer forma, além do LED piscando parece funcionar bem tanto no computador quanto na bateria não pisca, então convivo com isso.

Google Earth Pro

Um dos motivos pelos quais criei o arquivo nmea é para poder usá-lo com o Google Earth Pro. Eu removo o cartão microSD do módulo GPS, ligo-o em um dos meus adaptadores e ligo-o no meu computador.

Para usar, inicie o Google Earth Pro, selecione (ARQUIVO) (ABRIR). Ao lado da caixa Arquivo, há uma seleção de tipos de arquivos. Selecione (GPS). Navegue para encontrar o arquivo data.nmea e abra-o.

Outra janela aparece. Seleciono todas as opções Criar KML Tracks, Criar KML LineStrings, Ajustar Altitudes à altura do solo.

O primeiro exemplo mostra uma amostra. A linha azul disparada são dados errôneos, provavelmente ruído.

No segundo exemplo, há um grande celeiro de metal. As trilhas azuis normalmente têm setas mostrando a direção da viagem, mas ao redor do celeiro elas se transformam em quadrados. Suponho que seja perda de sinal, pois não atravessamos o celeiro, mas seguimos ao longo do topo do celeiro.

O misc.txt pode ser lido pelo Excel como um arquivo delimitado por vírgulas (ou como um arquivo de texto). Veja em anexo um exemplo tirado em um carro enquanto dirige.

O que notei foi que Latitude e Longitude têm muitas casas decimais, não sei o quão preciso isso é. A velocidade parece estar funcionando. Normalmente nas minhas caminhadas, os satélites ficam em torno de 10, no carro eram 7 que fazem desde então por causa do teto de metal. HDOP no carro parecia mais alto no carro. Nas caminhadas, era mais em torno de 1 ou menos (melhor).

Eu não entendo Angle. Para um trecho em que o Latitude permanecesse o mesmo, eu pensaria que o ângulo seria 0, 90, 180 ou 270, não 66.

Conclusões: parece funcionar muito bem. Acho que o M4express é muito mais rápido do que o Atmega328s que estou acostumado. Ele provavelmente pode fazer alguma filtragem de ruído para se livrar de alguns dos glitches da faixa NMEA sem bagunçar as taxas de amostragem de um segundo. Provavelmente não vou me incomodar. Um dos meus projetos futuros seria fazer alguns "levantamentos". Moro em uma fazenda com muitos campos. Às vezes, gostaria de saber quantos acres tem um campo. Eu provavelmente poderia usar meu GPS com minha tela de toque de 3,5”para esse aplicativo.

Também quero ver se uma antena externa faz muita diferença. Percebi que algumas das minhas faixas NMEA não estão exatamente onde deveriam estar.

A propósito, o MTK3339 não é mais preciso do que outros GPSs como o uBlox.

Outro projeto é que comprei alguns módulos GPS L80 que parecem ser mais baratos que o MTK3339, mas deveriam ser basicamente a mesma coisa. Talvez sejam clones? Uma grande vantagem para mim é que eles têm espaçamento de 0,1”nos pinos, o que é muito mais fácil de trabalhar.