Простой GPS навигатор своими руками

Во многих современных телефонах есть GPS, но для работы навигатора необходима подгрузка карт через интернет, что в дали от GSM вышек является проблемой. Также большая проблем — это быстрый разряд аккумулятора смартфонов, особенно в холодное время года. За раз путешественник остаётся не только без навигации, но и без связи. Иметь с собой независимое навигационное устройство будет очень кстати. Подобное устройство и будет предлагаться в статье, ниже.

Цель данного устройства заключается в том, чтобы указать в каком направлении двигаться и показать оставшееся расстояние до точки, к которой нужно придти. Путешественнику нужно перед выходом сохранить контрольную точку, к которой хочет он вернуться. После этого стрелка будет указывать на место отправления и цифрами указываться расстояние. Конечно, необходимо чтобы спутники «ловились» и координаты текущего местоположения определялись.

Схема самодельного навигатора

Схема строится на микроконтроллере ATMega64 с тактированием от внешнего кварцевого резонатора на 11,0592 МГц. За работу с GPS отвечает NEO-6M от U-blox, это хоть и старенький, но очень распространенный и недорогой модуль с достаточно точным определением координат. Информация выводится на дисплей от Nokia 3310 (5110). Еще в схеме присутствуют магнитометр HMC5883L и акселерометр ADXL335.

1. SCL — вход тактирования шины I2C
2. VDD — вход для подключения питания (кормится эта козявка напряжением в диапазоне 2,16-3,6 вольт)
3. не используется
4. S1 — дополнительное питание для портов ввода/вывода. Подключается напрямую к выводу VDDIO
5. не используется
6. не используется
7. не исползуется
8. SETP — первый вход для подключения керамического конденсатора на 0,22uF
9. GND — земля
10. С1 — еще один вход для подключения конденсатора. Электролитичиского или танталового на 4,7uF (другой конец конденсатора подключается к земле)
11. GND — земля
12. SETC — второй вход для подключения керамического конденсатора на 0,22uF
13. VDDIO — вход для подключения напряжения которое будет на портах ввода/вывода
14. не используется
15. Выход прерывания, когда данные готовы на этом выводе появляется логическая 1
16. SDA — линия данных интерфейса I2C

Печатная плата навигатора

Схема и плата спроектированы в системе EasyEDA.

Перед прошивкой контроллера рекомендую отключить GPS приемник, так как ножка RXD совмещена c линией MOSI и модуль может начать отправлять данные во время прошивки, что вызовет ошибку в загружаемой программе.

Включение и выключение устройства происходит длинным нажатием на кнопку S5. После включения и поиска спутников (при холодном старте может уйти до 10 минут или даже больше) мы можем посмотреть текущие координаты, нажав на кнопку S2.

Координаты конечной точки можно посмотреть нажав на кнопку S3.

Нажав кнопку S4 попадаем в меню сохранения точки. Сохранить точку можно двумя способами:

1. сохранить текущие координаты

2. забить координаты вручную

Вводим по очереди градусы, минуты и секунды. Выбранное значение для редактирования мигает.

Вернуться в режим следования к точке можно по короткому нажатию на кнопку S5

Теперь об использовании магнитометра и акселерометра. Для расчета азимута используются данные полученные с GPS приемника, поэтому в случае если рассчитать координаты не возможно (например если спутники не видны или их мало) пропадает возможность и рассчитать направление в котором нужно двигаться, чтобы придти к точке. И первоначально моя задумка была в том, чтобы использовать магнитометр как вспомогательное средство для указания курса. Но столкнулся с некоторыми трудностями.

Во-первых. Кто знакомился с работой цифровых магнитометров знают что, точность их данных зависит от того в каком положении они находятся. Поэтому для корректной работы в любом положении необходимо использовать акселерометр, который бы давал более точную картину проекции магнитного поля на все три оси магнитометра. Возможное решение этой задачи я подсмотрел в одном журнале. но пока не осилил перенести весь расчет в Bascom (может кто-то из энтузиастов возьмется?).

Во-вторых, заметно сказывается различие магнитного склонения в разных частях Земли. Например в Поволжье магнитное склонение составляет 13°, а на другом конце страны склонение уже 11° и в другую сторону. А ведь есть еще и магнитное наклонение — когда линии магнитного поля входят или выходят под углом к горизонту, и много других факторов влияющих на показания.

Конечно, для примерного указания направления можно использовать и такие не калиброванные данные с магнитометра, но пока решил оставить эту задумку и сделал простой компас, который тоже может быть полезен. Компас включается нажатием на кнопку S1. А для того чтобы он указывал более менее правильное направление на север (точнее на северный магнитный полюс), устройство необходимо держать горизонтально. Для помощи в этом по бокам экрана бегают две черточки, которые показывают наклон в ту или иную сторону.

Осталось распечатать на 3-D принтере под устройство корпус, а пока о результатах уличных испытаний. Девайс получился очень интересным и вполне очень даже помогающим выйти к сохраненной точке. Но нужно понимать, что миллиметровой точности ожидать не следует. Ошибка определения GPS координат всего в одну секунду даст неточность определения положения в 20 метров. Также погрешность неизбежно накапливается при округлении в математических расчетах. Но тем не менее устройство даже в городских условиях плотной застройки позволило вернутся к точке с точностью в несколько метров.

Это устройство станет незаменимым помощником тем, кто любит побродить по лесу, грибникам, лыжникам, туристам и другим любителям природы!

Используемые в устройстве компоненты (их можно заказать в интернет-магазине из Китая):

• GPS модуль NEO-6M
• ЖК дисплей
• Магнитометр HMC5883
• Акселерометр ADXL335

Корпус для направлятора

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

Мы привыкли к тому, что объектом возобновления информации наиболее часто считается жёсткий диск, но часто бывает, что флешки тоже оказываются испорчены, а восстанавливать их и не пробуют. В статье ниже мы попытаемся рассказать как восстановить flash-ку. При неисправности флешки можно воспользоваться приведённой ниже таблицей и определить её модель, CHIPа, MEMORY, VID, PID, CHIP VENDOR, размер и утилиту для её восстановления.

Зернодробилка — незаменимый аппарат в сельском хозяйстве! При дроблёное зерно лучше усваивается и птицей, и животными. Экономнее расход зерна при кормлении. Корм получается сытный, особенно если дроблёнку замачивать, а ещё лучше и запаривать.

Ранее мы рассматривали, как можно сделать зернодробилку из старой стиральной машины активаторного типа. Сегодня вариант дробилки для тех, кто дружит с токарным станком и электросваркой. Сделать такую зернодробилку не составит большого труда.

Давно хотел сделать себе миниатюрный и яркий фонарик питающийся от одного элемента АА или ААА. Для таких целей есть даже спец. микросхемы, но их дефицит у нас + жаба заставили меня пораскинуть мозгами. В результате было сделано это чудо: Подробнее…

Устройство GPS навигатора

Все GPS навигаторы всех производителей имеют общее устройство, напоминающее устройство любого другого «умного» мобильного устройства, например, сотового телефона. Навигаторы имеют похожую архитектуру и организацию программной части, ремонт навигаторов схож с другими подобными устройствами. Давайте разберемся, из чего состоит GPS устройство на примере автомобильного навигатора.

Аппаратная часть GPS навигатора

Если вскрыть корпус автомобильного навигатора, то мы увидим три составных элемента: дисплей печатную плату и аккумулятор.

У туристического навигатора «внутренности» выглядят несколько иначе: нет встроенного аккумулятора, зато может быть клавиатура, если навигатор с кнопочным управлением. Клавиатура имеет стандартное устройство – «пленочка» с контактами, которые замыкаются при нажатии клавиш.

Дисплей

В большинстве автомобильных навигаторов используется резистивный сенсорный дисплей. Дисплей подключается к плате шлейфом, по которому передаются данные – выводится изображение и принимаются координаты нажатой области экрана.

Отличительная особенность дисплеев GPS навигаторов – антибликовое покрытие. Поверхность дисплея имеет особую структуру, хорошо рассеивающую падающий свет. Поэтому изображение на экране видно даже под прямыми солнечными лучами. Антибликовое покрытие, которого, как правило, нет на экранах других мобильных устройств, – один из главных аргументов в пользу покупки отдельного устройства для навигации.

Плата

На плате находятся все элементы, необходимые для работы навигатора. Собственно, он представляет собой своего рода компьютер с процессором, оперативной памятью и другими микросхемами.

GPS-антенна

GPS- антенна – это обычная антенна, настроенная на прием спутниковых сигналов, то есть на определенные частоты. В упрощенном виде, антенна лишь принимает «нули и единички», не разбираясь, что это такое, и передает эту информацию процессору. Антенна может быть впаяна или подсоединяться к плате. На качество приема это не влияет.

Процессор (чипсет)

Главный элемент навигатора – процессор. Чаще его называют GPS-чипсетом и иногда путают с GPS-антенной. В отличие от антенны, сам чипсет не принимает сигнал, а только обрабатывает его.. Поколения чипсетов (например, SirfStar III или Atlas IV) отличаются скоростью и алгоритмом обработки спутникового сигнала, что непосредственно влияет на точность и качество позиционирования.

Так, например, все современные чипсеты начиная с SirfStar III умеют обрабатывать не только прямой сигнал от спутника, но и переотраженный от крупных зданий и рельефа местности.

Вторая функция чипсета – обеспечение работоспособности самого навигатора. То есть процессор навигатора выполняет те же функции, что и процессор мобильного телефона.

Память навигатора

У навигатора есть три элемента памяти: оперативная память, память BIOS и встроенная память для данных.

Оперативная память, как и в любом компьютере, обеспечивает быстродействие устройства. Чем больше объем оперативной памяти, тем быстрее загружаются программы, строятся маршруты и т.д. В отличие от многозадачных смартфонов, в навигаторах объем памяти подбирается под конкретные задачи, то есть таким образом, чтобы он был достаточен для работы навигационной программы без «тормозов» (однако с выходом новых версий навигационных программ, памяти и процессора может начать не хватать)

Память BIOS – постоянная память, в которой хранится программа загрузки навигатора. Здесь хранится системное программное обеспечение, связывающее операционную систему устройства с физическими элементами навигатора, то есть с процессором, другими видами памяти, дисплеем и т.д.

Встроенная память для данных, реализована, как правило, в виде Flash-памяти. Здесь хранится операционная система, программа навигации, дополнительные приложения и пользовательские данные (не во всех навигаторах есть встроенная память доступная пользователям для хранения данных), например, картография или координаты точек.

Дополнительные элементы платы

Кроме всего перечисленного, на микросхеме (печатной плате) могут быть расположены дополнительные модули.

GPRS-модуль для выхода в Интернет и приема информации о пробках.
Радиоприемник для приема информации о пробках.
Bluetooth модуль для связи навигатора с телефоном или компьютером

Разъемы на плате навигатора

На плате находятся разъемы для подключения внешнего питания, джек для наушников, слот для Flash-карт и SIM-карт.

Аккумулятор GPS навигатора

В автомобильных навигаторах используются обычные Li-ion аккумуляторы емкостью 650-2000 мАч, аналогичные аккумуляторам в мобильных телефонах. Существует ошибочное мнение, что аккумуляторы в навигаторах хуже, поэтому время автономной работы навигатора ниже, чем телефона. На самом деле это не так.

Малое время автономной работы вызвано тремя причинами, не имеющими отношения к качеству аккумуляторной батареи. Во-первых, в автомобильных навигаторах редко используют аккумуляторы большой емкости. Во-вторых, в навигаторах не применяются технологии снижения энергопотребления. В-третьих, элементы навигатора имеют большее энергопотребление, позволяющее повысить качество и стабильность приема сигнала (а также яркость экрана). Это нецелесообразно, т.к. автомобильный навигатор в штатном режиме работает от внешнего питания (прикуривателя).

Туристические навигаторы работают от сменных батареек. Обычно источником питания выбираются две батареи АА. В этих устройствах применяют технологии уменьшения энергопотребления, поэтому время автономной работы может достигать 20 часов. Частично это достигается режимом экономного приема сигнала, когда сигнал обрабатывается не каждую секунду, а каждые пять секунд, что является приемлемым при пешеходном использовании.

Программная часть

Программная часть навигатора состоит из BIOS, операционной системы, программной оболочки (в общем случае), навигационной системы и прикладных программ.

В некоторых случаях, все элементы программной части выглядят для пользователя, как единая программа. Так устроены автомобильные и туристические навигаторы Garmin и TomTom. Это достигается тем, что все элементы программной части являются собственными разработками. Так, например, у навигаторов Garmin за основу операционной системы взят Linux, но для пользователя загрузка навигатора выглядит как загрузка одной программы.

Как мы отметили выше, BIOS нужен, чтобы связать аппаратную часть навигатора с его операционной системой. Дело в том, что аппаратная часть (чипсет, оперативная память, GPSR-модуль) может отличаться, в то время как операционная система обычно используется в той или иной степени стандартная.

Операционная система

Большинство навигаторов, представленных на рынке, работают под управлением операционной системы Windows CE. Недавно начали появляться навигаторы с ОС Android, но пока они являются редкостью. Часто производители даже не запрещают выход в главное меню и на рабочий стол операционной системы.

Программная оболочка

Интерфейс навигатора, адаптированный под работу с сенсорным экраном и упрощающий запуск нужных приложений. Особенность программной оболочки, что, помимо интерфейса, она подгружает библиотеки, необходимые для работы установленных программ, в частности – навигационных. Без запуска программной оболочки, программа навигации или видеоплеер могут отказаться запускаться. ( либо работать с ошибками и «вылетать»)

Навигационная программа

Приложение, выполняющее навигационные функции – отображение местоположения на карте, прокладку маршрута, сохранение точек и т.д. Garmin и TomTom используют собственные навигационные программы. На большинство других навигаторов устанавливается одна или несколько навигационных программ стороннего производителя. Важно, что даже у сторонних программ конфигурации могут отличаться в зависимости от аппаратной части устройства. Это создает определенные трудности при попытке самостоятельной установки «нештатных» программ навигации и усложняет покупку лицензионных программ, установка которых не предусмотрена производителем самого устройства.