Old Man and the Arduino GPS: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Así que este Lazy Old Geek (L. O. G.) no ha podido hacer un Instructable durante algunos años. A los 70 años, el cerebro no funciona tan bien como antes y es difícil concentrarse en grandes proyectos y mucho menos tratar de escribir sobre ellos.

(Estoy participando en el Concurso Arduino).

Pero con la ayuda de mi querida perra, Sadie y mi máquina CPAP, voy a intentarlo. Sadie es mi antidepresivo, me anima y caminamos todas las mañanas. Mi CPAP me ayuda a dormir mejor y, por lo tanto, a pensar un poco mejor.

GPS: Bueno, siempre me ha interesado el GPS. La mayoría de los GPS comerciales solo pueden localizar hasta 2-3 metros. Mi primo, que es un gran agricultor, dice que su equipo puede funcionar mucho mejor. Sé que uno de los agricultores locales usa sus tractores John Deere para plantar cultivos en surcos usando un GPS personalizado.

Paso mucho tiempo navegando por Internet y he estado leyendo acerca de GPS a precios razonables que pueden medir hasta centímetros. Increíble. Desde el punto de vista práctico, realmente no lo necesito. Cuando salgo a caminar, no necesito saber exactamente dónde estoy. Incluso en viajes por carretera, uso mi teléfono inteligente con Android Auto para saber dónde estoy.

Pero también soy un tecnogeek, así que comencé a buscar GPS para aficionados. Uno de los más populares fue Adafruit Ultimate GPS.

www.adafruit.com/?q=ultimate

Paso 1: Pluma de Adafruit

Bueno, una de las versiones del Adafruit Ultimate GPS es el Featherwing. Ahora nunca he oído hablar de la serie Adafruit Feather, así que más surf. Wow, Adafruit y Lady Ada han desarrollado un montón de microcontroladores y accesorios basados en una pequeña plataforma llamada Feather. Para Arduinoites, es similar a la plataforma básica Arduino UNO pero más pequeña y más actualizada. Adafruit también desarrolló todo el software para que pudieran ser compatibles con el software Arduino.

Realmente aprecio el trabajo que Adafruit y Lady Ada han hecho para los aficionados al bricolaje y me gustó mucho el Feather M4 Express:

www.adafruit.com/product/3857

A diferencia del Arduino estándar con reloj de 16 MHz, es superrápido con reloj de 120 MHz. Es de 3,3 V, que es prácticamente el nuevo estándar para los nuevos dispositivos electrónicos de bricolaje. Es compatible con Arduino, con el que estoy bastante familiarizado, además de que también se puede programar con Circuit Python (la versión personalizada de Python de Adafruit). Soy viejo y me cuesta aprender cosas nuevas, pero esto me daría la oportunidad de diversificarme.

Así que pedí uno usado en eBay y también pedí uno a Mouser. Amazon, Mouser y DigiKey tienen algunos de los productos Adafruit. Me hubiera gustado comprar uno directamente de Adafruit, pero en ese momento, no tenían todos los FeatherWings que quería conseguir. En este caso, es más barato pedir muchas cosas a la vez para no tener que pagar tantos gastos de envío. En mi caso, el envío de tres artículos cuesta tanto como uno.

PROBLEMA: Conector de batería JST2.0 en M4express. Hace mucho tiempo compré un montón de conectores de alimentación JST2.0 como el de la imagen. Desafortunadamente, el rojo / negro es opuesto a lo que usa el M4express, y tengo muchas baterías y proyectos que usan esta polaridad.

Oh bien. Es muy fácil quitar los cables del conector y cambiar sus posiciones. Así que hice esto con varias baterías y un cargador LiPo. Les puse un poco de esmalte de uñas rojo para que, con suerte, no se mezclen.

Para el M4express, elegí usar los encabezados femeninos con pines largos. Ver imagen. Esto permitió que FeatherWings, como mi GPS, se conectara a la parte superior. Además, el M4express se puede conectar a FeatherWings como el TFT de 3,5”que compré.

Para esta aplicación, los pines no se usan, así que tenía un Protoboard pequeño y conecté el M4express a este para que los pines no queden expuestos y no se doblen cuando lo llevo consigo.

Paso 2: mi GPS FeatherWing

Adafruit Ultimate GPS Featherwing

www.adafruit.com/product/3133

Una de las mejores cosas que me gustan de Adafruit es que documentan en gran medida sus productos, supongo que para que los aficionados puedan crear los suyos propios. Ahora el M4express tiene un microcontrolador SMD que es demasiado pequeño para que un anciano como yo trabaje con él, así que compré un par en lugar de intentar hacer uno. Pero el GPS FeatherWing Ultimate es un poco mejor, así que decidí intentar hacer el mío. Así que pedí un módulo GPS MTK3339 de MediaTek (GlobalTop) de Ebay o Aliexpress (no lo recuerdo). A veces se llama LadyBird1.

Entonces, usando Eagle Cadsoft, (ahora, Autodesk), copié el esquema de Adafruit y lo modifiqué. Primero, solo puedo hacer PCB de una cara y, en segundo lugar, no tengo muchos componentes SMD, así que lo simplifiqué.

GPS_MTK3339.zip

Así que hice la PCB usando mi método de transferencia de tóner:

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

PROBLEMAS: Como a veces recuerdo, soy viejo y aquí hay algunos problemas que tengo. La mayoría de las veces no puedo ver los primeros planos tan bien, así que utilizo una de estas herramientas para aficionados y una lupa iluminada (ver fotos) que obtuve de Aliexpress. Utilizo un soldador Aoyue para poder controlar la temperatura y elegir puntas de soldadura.

Incluso con todo esto, tuve muchos problemas para soldar los pines del módulo GPS y el conector de la antena u.fl. Además, utilizo una herramienta de clonación Dremel para perforar los agujeros. Nunca pude perforar agujeros rectos, pero afortunadamente pude hacer que todo funcionara.

Por cierto, pedí algunas perlas de ferrita SMD 0805 pero nunca las tuve tan esperando un poco más. Mientras tanto, soldé un cable a través de los contactos para que funcionara. Se supone que la perla de ferrita reduce el ruido en la clavija de voltaje del chip GPS.

Paso 3: lector de tarjetas MicroSD

Ok, entonces el GPS funcionó bastante bien, pero solo funcionó cuando estaba conectado a una computadora para que pueda ver lo que está sucediendo. Para ser más útil, necesito algo que no esté conectado a una computadora, como una pantalla o una tarjeta micro SD. Por ahora quería almacenar información de GPS. Adafruit tiene algunas FeatherWings con tarjetas microSD, como la pantalla de 3.5”y la tarjeta RTC. Pero no quería apilar FeatherWings, así que copié el circuito microSD de la tarjeta RTC e hice el mío.

Como no quería apilar otro FeatherWing, se me ocurrió un plan para conectarlo a mi PCB GPS. Dado que el circuito es bastante simple, lo hice con cinco almohadillas para poder conectar cables a esta PCB y a mi placa GPS.

MyDataLogger.zip

Entonces, para adjuntarlo, lo coloqué debajo de mi PCB GPS, soldé algunos cables envolventes y los conecté a mi PCB GPS. Para algunos, corté algo del aislamiento en los pines del cabezal, para poder soldar los cables sin interferir con el conector de PCB en el M4express. Debería poder ver eso en la imagen. Luego usé un poco de pegamento Gorilla para pegar cuidadosamente las dos tarjetas. Tenga mucho cuidado ya que Gorilla Glue se expande.

PROBLEMAS: Bueno, esto es en realidad con las tarjetas microSD. Pedí algunas tarjetas microSD en eBay. Descubrí que hay una diferencia entre las tarjetas microSD simples y las tarjetas microSDHC. Primero, algunos de los adaptadores más antiguos como yo (probablemente) no pueden leer las versiones de HC. En segundo lugar, las versiones microSDHC son de 4gB a 32gB. Existe otra versión llamada microSDXC con 64 GB y tamaños más grandes. Bueno, recibí algunas tarjetas de 64 GB pero no pude leerlas con mis adaptadores. No pude averiguar qué estaba mal. Pero después de descubrir las diferencias, pensé que tal vez mis adaptadores no podían leer la versión HC, pero investigaciones posteriores dijeron que la versión HC tiene un máximo de 32 GB y, como muestra la imagen, están etiquetadas como microSDHC 64 GB. Incluso aunque, dice Kingston, son falsificaciones. Me comuniqué con el vendedor y me devolvió el dinero de inmediato. Puede encontrar mucho en Internet sobre tarjetas microSD falsas.

Ahora, aunque son falsificaciones, no significa que no funcionen. Estoy esperando un par de nuevos adaptadores que se supone que pueden leer algunas tarjetas HC, además de que he pedido algunas tarjetas HC diferentes.

Paso 4: Antena GPS

Otro desastre del Viejo. Así que pedí una antena GPS activa y un adaptador RP-SMA a u.fl de ebay / Aliexpress. Por cierto, había olvidado que ya tenía uno de estos adaptadores. De todos modos, finalmente puse la antena y no encajaba en el adaptador. Ahora, creo que muchos de estos proveedores chinos no comprenden realmente lo que están vendiendo. Por ejemplo, muchos no identifican los conectores de las antenas y algunos ni siquiera lo muestran claramente en las imágenes. Bueno, creo que el que obtuve mostró el conector bastante bien, pero no lo identificó. Bueno, después de investigar un poco, creo que lo identifiqué como un conector MCX. De todos modos, pedí otra antena y finalmente la recibí y tampoco encajaba. Pienso de nuevo que esto es mayormente culpa mía, aunque hay mucha confusión entre SMA y RP-SMA macho y hembra y enchufes y enchufes.

La conclusión es que ahora mismo no tengo una antena que funcione por separado.

ADVERTENCIA: Los conectores u.fl de Adafruit y mi tarjeta GPS son muy frágiles y se recomienda que alivie la conexión físicamente.

Paso 5: Poniéndolo todo junto

Adafruit tiene algunos tutoriales excelentes sobre cómo obtener el M4express para que funcione con Arduino.

Se adjunta mi boceto de Arduino:

GPSDatalogger.zip

Hace lo siguiente:

Escribe cadenas de GPS en un archivo de la tarjeta microSD llamado data.nmea

Una vez por minuto, también escribe algunos otros datos como tiempo, # satélites, calidad de la señal, velocidad en un archivo llamado misc.txt. Hice algunas modificaciones, como convertir aproximadamente a la hora estándar de montaña y nudos a mph.

Ambos archivos son archivos de texto.

Por cierto, intenté hacer algunas cosas con Circuit Python. Pude ejecutar los ejemplos, pero parecía tener algunos problemas para enviar comandos al módulo GPS. Puede volver a visitarlo en el futuro.

Paso 6: uso

Los GPS usan algo llamado datos de efemérides y almanaque para calcular la ubicación. Cuando se enciende por primera vez, esta información tarda un poco en procesarse. Esto puede tomar unos pocos minutos. Bueno, el módulo GPS MTK3339 tiene una batería de respaldo para almacenar esta información. Todavía estoy adivinando cómo funciona esto, pero lo que hago es unos 5 minutos antes de nuestra caminata, conecto mi M4express / GPS a la PC sin la tarjeta microSD. Cuando, me preparo para salir, lo desenchufo, inserto la tarjeta microSD y enciendo con una batería y despego.

Problema: Creo que dañé uno de mis módulos M4express posiblemente con electricidad estática. Cuando está conectado a una computadora, el LED de estado de carga parpadea. (El M4express tiene un circuito de cargador de batería LiPo). Bueno, supongo que el circuito del cargador no funciona, aunque no lo he comprobado. De todos modos, además del LED parpadeante, parece funcionar bien tanto en la computadora como con la batería, no parpadea, así que vivo con él.

Google Earth Pro

Una de las razones por las que creé el archivo nmea es para poder usarlo con Google Earth Pro. Saco la tarjeta microSD del módulo GPS, la conecto a uno de mis adaptadores y la conecto a mi computadora.

Para usar, inicie Google Earth Pro, seleccione (ARCHIVO) (ABRIR). Junto al cuadro Archivo, hay una selección de tipos de archivos. Seleccione (GPS). Busque el archivo data.nmea y ábralo.

Aparece otra ventana. Selecciono todo Crear pistas KML, Crear cadenas de líneas KML, Ajustar altitudes a la altura del suelo.

El primer ejemplo muestra una muestra. La línea azul disparada son datos erróneos, probablemente ruido.

En el segundo ejemplo, hay un gran granero de metal. Las pistas azules normalmente tienen flechas que muestran la dirección de viaje, pero alrededor del granero se convierten en cuadrados. Supongo que se trata de una pérdida de señal, ya que no atravesamos el granero, sino que recorrimos la parte superior del granero.

Excel puede leer misc.txt como un archivo delimitado por comas (o como un archivo de texto). Consulte el adjunto para ver un ejemplo tomado en un automóvil mientras se conduce.

Lo que noté fue que la latitud y la longitud estaban con muchos decimales, no sé qué tan exacto es eso. La velocidad parece estar funcionando. Por lo general, en mis caminatas, los satélites son alrededor de 10, en el automóvil eran 7, lo que hace que debido al techo de metal. HDOP en el coche parecía más alto en el coche. En las caminatas era más alrededor de 1 o menos (mejor).

No entiendo a Angle. Para un tramo en el que la latitud se mantuvo igual, pensaría que el ángulo sería 0, 90, 180 o 270, no 66.

Conclusiones: Parece funcionar bastante bien. Creo que el M4express es mucho más rápido que el Atmega328 a los que estoy acostumbrado. Probablemente pueda hacer un filtrado de ruido para deshacerse de algunos de los fallos de la pista NMEA sin alterar las frecuencias de muestreo de un segundo. Probablemente no me moleste. Uno de mis proyectos futuros sería hacer un "levantamiento". Vivo en un campo agrícola con muchos campos. A veces me gustaría saber cuántos acres hay en un campo. Probablemente podría usar mi GPS con mi pantalla táctil de 3.5”para esa aplicación.

También quiero ver si una antena externa hace mucha diferencia. Noté que algunas de mis pistas NMEA no están exactamente donde deberían estar.

Por cierto, el MTK3339 no es más preciso que otros GPS como el uBlox.

Otro proyecto es que compré algunos módulos GPS L80 que parecen ser más baratos que el MTK3339 pero se supone que son básicamente lo mismo. ¿Quizás son clones? Una gran ventaja para mí es que tienen un espacio de 0.1”en los pines, lo que es mucho más fácil de trabajar.