Лучшие GPS-трекеры для машины (маяки). GPS трекер для автомобиля: мини джипиэс своими руками, который упростит поиски на автомобильной стоянке Arduino gps трекер для машины

После нескольких экспериментов с ардуиной решил сделать простенький и не очень дорогой GPS-tracker с отправкой координат по GPRS на сервер.
Используется Arduino Mega 2560 (Arduino Uno), SIM900 - GSM/GPRS модуль (для отправки информации на сервер), GPS приёмник SKM53 GPS.

Всё закуплено на ebay.com, в сумме около 1500 р (примерно 500р ардуина, немного меньше - GSM модуль, немного больше - GPS).

GPS приемник

Для начала нужно разобраться с работой с GPS. Выбранный модуль - один из самых дешевых и простых. Тем не менее, производитель обещает наличие батарейки для сохранения данных о спутниках. По даташиту, холодный старт должен занимать 36 секунд, однако, в моих условиях (10 этаж с подоконника, вплотную зданий нет) это заняло аж 20 минут. Следующий старт, однако, уже 2 минуты.

Важный параметр устройств, подключаемых к ардуине - энергопотребление. Если перегрузить преобразователь ардуины, она может сгореть. Для используемого приемника максимальное энергопотребление - 45mA @ 3.3v. Зачем в спецификации указывать силу тока на напряжении, отличном от требуемого (5V), для меня загадка. Тем не менее, 45 mA преобразователь ардуины выдержит.

Подключение

GPS не управляемый, хотя и имеет RX пин. Для чего - неизвестно. Основное, что можно делать с этим приемником - читать данные по протоколу NMEA с TX пина. Уровни - 5V, как раз для ардуины, скорость - 9600 бод. Подключаю VIN в VCC ардуины, GND в GND, TX в RX соответствующего serial. Читаю данные сначала вручную, затем с использованием библиотеки TinyGPS. На удивление, всё читается. После перехода на Uno пришлось использовать SoftwareSerial, и тут начались проблемы - теряется часть символов сообщения. Это не очень критично, так как TinyGPS отсекает невалидные сообщения, но довольно неприятно: о частоте в 1Гц можно забыть.

Небольшое замечание относительно SoftwareSerial: на Uno нет хардверных портов (кроме соединённого с USB Serial), поэтому приходится использовать программный. Так вот, он может принимать данные только на пине, на котором плата поддерживает прерывания. В случае Uno это 2 и 3. Мало того, данные одновременно может получать только один такой порт.

Вот так выглядит «тестовый стенд».

GSM приемник/передатчик

Теперь начинается более интересная часть. GSM модуль - SIM900. Он поддерживает GSM и GPRS. Ни EDGE, ни уж тем более 3G, не поддерживаются. Для передачи данных о координатах это, вероятно, хорошо - не будет задержек и проблем при переключении между режимами, плюс GPRS сейчас есть почти везде. Однако, для каких-то более сложных приложений этого уже может не хватить.

Подключение

Модуль управляется также по последовательному порту, с тем же уровнем - 5V. И здесь нам уже понадобятся и RX, и TX. Модуль - shield, то есть, он устанавливается на ардуину. Причем совместим как с mega, так и с uno. Скорость по умолчанию - 115200.

Собираем на Mega, и тут нас ждет первый неприятный сюрприз: TX пин модуля попадает на 7й пин меги. На 7м пину меги недоступны прерывания, а значит, придется соединить 7й пин, скажем, с 6м, на котором прерывания возможны. Таким образом, потратим один пин ардуины впустую. Ну, для меги это не очень страшно - всё-таки пинов хватает. А вот для Uno это уже сложнее (напоминаю, там всего 2 пина, поддерживающих прерывания - 2 и 3). В качестве решения этой проблемы можно предложить не устанавливать модуль на ардуину, а соединить его проводами. Тогда можно использовать Serial1.

После подключения пытаемся «поговорить» с модулем (не забываем его включить). Выбираем скорость порта - 115200, при этом хорошо, если все встроенные последовательные порты (4 на меге, 1 на uno) и все программные работают на одной скорости. Так можно добиться более устойчивой передачи данных. Почему - не знаю, хотя и догадываюсь.

Итак, пишем примитивный код для проброса данных между последовательными портами, отправляем atz, в ответ тишина. Что такое? А, case sensitive. ATZ, получаем OK. Ура, модуль нас слышит. А не позвонить ли нам ради интереса? ATD +7499… Звонит городской телефон, из ардуины идет дымок, ноутбук вырубается. Сгорел преобразователь Arduino. Было плохой идеей кормить его 19 вольтами, хотя и написано, что он может работать от 6 до 20V, рекомендуют 7-12V. В даташите на GSM модуль нигде не сказано о потребляемой мощности под нагрузкой. Ну что ж, Mega отправляется в склад запчастей. С замиранием сердца включаю ноутбук, получивший +19V по +5V линии от USB. Работает, и даже USB не выгорели. Спасибо Lenovo за защиту.

После выгорания преобразователя я поискал потребляемый ток. Так вот, пиковый - 2А, типичный - 0.5А. Такое явно не под силу преобразователю ардуины. Нужно отдельное питание.

Программирование

Модуль предоставляет широкие возможности передачи данных. Начиная от голосовых вызовов и SMS и заканчивая, собственно, GPRS. Причем для последнего есть возможность выполнить HTTP запрос при помощи AT команд. Придется отправить несколько, но это того стоит: формировать запрос вручную не очень-то хочется. Есть пара нюансов с открытием канала передачи данных по GPRS - помните классические AT+CGDCONT=1,«IP»,«apn»? Так вот, тут то же самое нужно, но слегка хитрее.

Для получения страницы по определенному URL нужно послать следующие команды:
AT+SAPBR=1,1 //Открыть несущую (Carrier) AT+SAPBR=3,1,"CONTYPE","GPRS" //тип подключения - GPRS AT+SAPBR=3,1,"APN","internet" //APN, для Мегафона - internet AT+HTTPINIT //Инициализировать HTTP AT+HTTPPARA="CID",1 //Carrier ID для использования. AT+HTTPPARA="URL","http://www.example.com/GpsTracking/record.php?Lat=%ld&Lng=%ld" //Собственно URL, после sprintf с координатами AT+HTTPACTION=0 //Запросить данные методом GET //дождаться ответа AT+HTTPTERM //остановить HTTP

В результате, при наличии соединения, получим ответ от сервера. То есть, фактически, мы уже умеем отправлять данные о координатах, если сервер принимает их по GET.

Питание

Поскольку питать GSM модуль от преобразователя Arduino, как я выяснил, плохая идея, было решено купить преобразователь 12v->5v, 3A, на том же ebay. Однако, модулю не нравится питание в 5V. Идем на хак: подключаем 5V в пин, с которого приходит 5V от ардуины. Тогда встроенный преобразователь модуля (существенно мощнее преобразователя ардуины, MIC 29302WU) сделает из 5V то, что нужно модулю.

Сервер

Сервер написал примитивный - хранение координат и рисование на Яндекс.картах. В дальнейшем возможно добавление разных фич, включая поддержку многих пользователей, статус «на охране/не на охране», состояние систем автомобиля (зажигание, фары и пр.), возможно даже управление системами автомобиля. Конечно, с соответствующей поддержкой трекера, плавно превращающегося в полновесную сигнализацию.

Полевые испытания

Вот так выглядит собранный девайс, без корпуса:

После установки преобразователя питания и укладывания в корпус от дохлого DSL модема система выглядит так:

Припаивал провода, вынул несколько контактов из колодок ардуины. Выглядят так:

Подключил 12V в машине, проехался по Москве, получил трек:


Точки трека достаточно далеко друг от друга. Причина в том, что отправка данных по GPRS занимает относительно много времени, и в это время координаты не считываются. Это явная ошибка программирования. Лечится во-первых, отправкой сразу пачки координат со временем, во-вторых, асинхронной работой с GPRS модулем.

Время поиска спутников на пассажирском сидении автомобиля - пара минут.

Выводы

Создание GPS трекера на ардуино своими руками возможно, хотя и не является тривиальной задачей. Главный вопрос сейчас - как спрятать устройство в машине так, чтобы оно не подвергалось воздействиям вредных факторов (вода, температура), не было закрыто металлом (GPS и GPRS будут экранироваться) и не было особенно заметно. Пока просто лежит в салоне и подключается к гнезду прикуривателя.

Ну и ещё нужно поправить код для более плавного трека, хотя основную задачу трекер и так выполняет.

Использованные устройства

• Arduino Mega 2560
• Arduino Uno
• GPS SkyLab SKM53
• SIM900 based GSM/GPRS Shield
• DC-DC 12v->5v 3A converter

Индивидуальные GPS передатчики

Сегодня прогресс идет такими темпами, что устройства, которые раньше были громоздкими, дорогими и узкоспециализированными, очень быстро теряют в размерах, весе и цене, но приобретают множество новых функций.

Так устройства, основанные на GPS технологиях, добрались до карманных гаджетов и прочно там обосновались, даря людям новые возможности. Особенно стоит выделить индивидуальные GPS передатчики.

По сути, это те же самые GPS-трекеры, только рассчитанные на использование не на транспортном средстве, а человеком в повседневной жизни.

В зависимости от модели, в одном корпусе могут быть совмещены несколько различных устройств. В самом простом варианте это просто не большая коробочка без дисплея, которая позволяет контролировать перемещения детей, животных либо каких-то других объектов , на которых закреплена.

Внутри у неё расположен GPS модуль, определяющий координаты на местности, GSM/GPRS модуль, передающий информацию и принимающий управляющие команды, а так же источник питания, обеспечивающий автономную работу в течение длительного времени.

Функциональные возможности GPS передатчиков

По мере роста функциональности, появляются следующие возможности прибора:

Варианты исполнения GPS передатчиков

В зависимости от комплектации, могут значительно отличаться корпуса передатчиков. Различные модели имеют исполнения в виде сотовых телефонов, классических навигаторов, или даже наручных часов.

Красочный дизайн специальных версий и полезные дополнения позволяют детям относиться к данным устройствам не как к «родительским шпионам», а как к модным и практичным гаджетам.

В качестве преимущества, стоит упомянуть тот факт, что многие версии прибора прекрасно обходятся без абонентской платы за услуги специализированных операторов, а всю необходимую информацию отправляют клиенту напрямую через интернет или СМС сообщения, что позволяет достаточно весомо сэкономить на содержании подобного оборудования.

Статьи о GPS-трекерах

В этой статье я покажу как использовать gsm модуль совместно с arduino на примере sim800L. Эта же инструкция вполне подойдет для использования любых других gsm модулей, например, sim900 и т.д., потому что все модули работают примерно по одному и тому же типу — это обмен АТ-командами через порт.

Использование модуля с arduino я покажу на примере SMS-реле, которое можно использовать для управления устройством удаленно, посредством SMS-команд. Это можно применять совместно с автосигнализацией и т.д.

Подключается модуль к Arduino через UART интерфейс программного серийного порта, работающего на 2 и 3 цифровых выводах Arduino nano.

Работа Arduino с GSM модулями

Для питания модуля необходимо напряжение в диапазоне от 3.6В до 4.2В, это значит, что придется использовать дополнительный стабилизатор напряжения, так в Arduino установлен стабилизатор на 3.3 вольта, что не подходит для питания модуля, вторая причина установить дополнительный стабилизатор — GSM модуль является серьезной нагрузкой, так как в нем имеется не слабый передатчик, обеспечивающий стабильную связь с сотовой станцией. Питание для Arduino nano подводится к контакту VIN — это встроенный в Arduino стабилизатор, обеспечивающий работу модуля в широких диапазонах напряжения (6-10В). Модуль реле подключается согласно приведенному тексту программы, к 10 выводу Arduino nano и легко может быть изменен на любой другой, работающий как цифровой выход.

Работает это так: устанавливаем SIM-карту в GSM модуль, включаем питание и отправляем SMS с текстом «1» на номер SIM карты для того чтобы включить наше реле, чтобы отключить отправляем SMS с текстом «0».

#include
SoftwareSerial gprsSerial(2, 3); // установка контактов 2 и 3 для программного порта
int LedPin = 10; // для реле

void setup()
{
gprsSerial.begin(4800);
pinMode(LedPin, OUTPUT);

// настройка приема сообщений

gprsSerial.print(«AT+CMGF=1\r»);
gprsSerial.print(«AT+IFC=1, 1\r»);
delay(500);
gprsSerial.print(«AT+CPBS=\»SM\»\r»);
delay(500); // задержка на обработку команды
gprsSerial.print(«AT+CNMI=1,2,2,1,0\r»);
delay(700);
}

String currStr = «»;
// если эта строка сообщение, то переменная примет значение True
boolean isStringMessage = false;

void loop()
{
if (!gprsSerial.available())
return;

char currSymb = gprsSerial.read();
if (‘\r’ == currSymb) {
if (isStringMessage) {
// если текущая строка - сообщение, то…
if (!currStr.compareTo(«1»)) {
digitalWrite(LedPin, HIGH);
} else if (!currStr.compareTo(«0»)) {
digitalWrite(LedPin, LOW);
}
isStringMessage = false;
} else {
if (currStr.startsWith(«+CMT»)) {
// если текущая строка начинается с «+CMT», то следующая сообщение
isStringMessage = true;
}
}
currStr = «»;
} else if (‘\n’ != currSymb) {
currStr += String(currSymb);
}
}

Видео версия статьи:

Теги: #Arduino, #SIM800L

Ваша оценка:

Товары, использованные в данной статье:

← GPS-логгер на arduino | Управление реле по COM порту →

GSM сканер на RTL-SDR

| Главная | English | Разработка | FAQ |

Основные характеристики сканера

GSM сканер выполняет сканирование нисходящих каналов GSM и отображает информацию об уровне сигнала и принадлежности канала одному из трех основных операторов сотовой связи МТС, Билайн и Мегафон. По результатам работы сканер позволяет сохранить список идентификаторов базовых станций MCC, MNC, LAC и CI для всех сканированных каналов.
GSM сканер может быть использован для оценки уровня GSM сигнала, сравнения качества сигнала разных операторов, оценки радиопокрытия, при принятии решения об установке усилителей сигналов сотовой связи и регулировке их параметров, в образовательных целях и др.
Сканер работает под Windows и использует простой и дешевый приемник — RTL-SDR. Прочитать о RTL-SDR можно на:
RTL-SDR (RTL2832U) and software defined radio news and projects,
RTL-SDR – OsmoSDR,
RTL-SDR по-русски.
Параметрами RTL-SDR и определяются основные характеристики сканера. Безусловно GSM сканер не является заменой нормального измерительного оборудования.
Сканер распространяется бесплатно, без каких либо ограничений на использование.
Текущая версия поддерживает диапазон GSM 900 и не поддерживает GSM 1800. Это определяется тем, что рабочая частота RTL-SDR с тюнером R820T ограничена значением 1760 МГц. Есть надежда что применение экспериментального драйвера RTL-SDR позволит реализовать работу хотя бы в части диапазона 1800 МГц.

Запуск сканера

Последнюю версию сканера можно скачать по ссылке. Просто разархивируйте файл в удобное место и запустите gsmscan.exe.
Предыдущие версии сканера, ссылка на репозиторий с исходниками и другая информация связанная с разработкой находится на странице разработки.
Для работы сканера требуется установка драйверов RTL-SDR, если они еще не были установлены, это удобно сделать с помощью программы Zadig описание процедуры установки.

Использование сканера

Ниже представлен вид окна программы сканера:

По горизонтальной оси откладывается номер канала GSM в виде ARFCN или в МГц, по вертикальной оси уровень сигнала в дБм. Высота линии показывает уровень сигнала.

GSM модуль NEOWAY M590 связь с Ардуино

Если идентификаторы БС были декодированы успешно и они соответствуют идентификаторам тройки основных операторов связи, линии окрашиваются в соответствующие цвета.
Выпадающие списки в верхней части экрана позволяют выбирать SDR приемник, если их подключено несколько, диапазон работы GSM 900 или GSM 1800 и единицы измерения по горизонтальной оси ARFCN или МГц.
Кнопки позволяют сохранить отчет о работе сканера в виде списка декодированных базовых станций, очистить результаты декодирования БС и получить информацию о программе.

Принципы и особенности работы.

В процессе работы программа сканирует рабочий диапазон частот с шагом 2.0 МГц (10 каналов GSM) и оцифровывает сигнал с частотой дискретизации 2.4 МГц. Процесс сканирования состоит из быстрого прохода всего диапазона для измерения мощности сигнала и медленного прохода для декодирования идентификаторов БС.

Один шаг декодирования выполняется после прохода всего диапазона для измерения мощности. Таким образом, в диапазоне GSM 900, уровень сигнала обновляется приблизительно раз в 2 с, а полный проход декодирования занимает порядка 1 мин.
Из-за плохого качества сигнала получаемого с RTL-SDR, вероятность правильного декодирования системной информации (SI) широковещательного управляющего канала (BCCH) БС оказывается не высокой. Флуктуации уровня сигнала в результате много-лучевого распространения так же снижают вероятность декодирования системной информации. По этим причинам, для получения идентификаторов БС необходимо чтобы сканер накапливал информацию в течении времени порядка 10 мин. Но даже в этом случае, далеко не все каналы обеспечивают в данном месте достаточный уровень и качество сигнала для декодирования даже самым идеальным приемником. Кроме этого, не все каналы GSM используются для работы по стандарту GSM, как видно на рисунке выше, каналы 975 — 1000 заняты Мегафоном для работы по стандарту UMTS.
В процессе работы, сканер добавляет системную информацию о новых декодированных каналах в общий массив информации по каналам. Но информация о декодированных ранее каналах не стирается при недекодировании системной информации на данном шаге, и остается в массиве. Для очистки этой информации служит кнопка очистки результатов декодирования БС.
При нажатии на кнопку сохранения отчета, накопленные результаты сохраняются в текстовый файл с названием составленным из названия программы, даты и времени сохранения данных. Ниже для примера приведена часть файла отчета:
Сканер предназначен для работы под Windows 7, 8.1 и 10. работа тестировалась с тремя экземплярами RTL-SDR с тюнером R820T, другие типы тюнеров не тестировались.
Для работы под Windows XP собрана специальная версия программы, работает она в несколько раз медленнее стандартной версии.

Развитие.

Программа сканера поставляется как есть, без каких либо гарантий и ответственности. Если у вас есть разумные идеи как расширить функциональность или улучшить работу сканера мы готовы обсудить возможность их реализации.
Вы можете принять участие в разработке сканера, для этого посетите страницу разработки.
Планируется дальнейшее развитие GSM сканера, возможно с вашим участием.

Система глобального позиционирования GPS уже плотно вошла в нашу жизнь. Сегодня сложно представить мобильный телефон без встроенного GPS-модуля. Эта спутниковая система навигации позволяет отслеживать любые объекты, определять их координаты и скорость перемещения. Теперь GPS доступна не только компаниям, разрабатывающим соответствующее оборудование, но и простым радиолюбителям, которые во всю уже используют популярные платы Arduino. В данном материале будет рассмотрено подключение миниатюрного GPS-трекера к плате Arduino Pro Mini. В качестве подопытного используется трекер PG03 MiniGPS.

Данный трекер помимо непосредственно географических координат показывает направление движения, пройденный путь и скорость перемещения. К сожалению, он не обеспечивает запись информации, поэтому, подключив его к Arduino, можно получить доступ к этим данным и делать с ними все, что захочется.

Сначала трекер нужно разобрать. Ниже показаны изображения разобранного GPS-трекера.

Сердцем трекера является GPS-чип Venus638FLP. Его 44-ый вывод является выходом интерфейса UART (TxD). Можно припаять провод непосредственно к этому выводу, а можно найти на плате контакт для тестирования, к которому также подключен данный вывод. Ниже показаны изображения расположения выводов микросхемы и способ подключения к нужному выводу.

Теперь возьмем компактную плату Arduino Pro Mini и модуль для SD-карт, чтобы записывать данные протокола NMEA. Схема соединений Arduino Pro Mini и модуля для SD-карт выглядит следующим образом:

Подключение выводов модуля для SD-карт:

GND к GND
VCC к 3.3 В
MISO к выводу 12
MOSI к выводу 11
SCK к выводу 13
CS к выводу 10

Подключение выводов GPS-трекера:

GND к GND
Вывод 2 (Arduino) к выводу 44 (GPS)

Питание лучше взять с GPS-трекера (3.7 В). Поскольку его аккумулятор имеет малую энергоемкость, то предпочтительно подключить внешний аккумулятор, например, от мобильного телефона на 1400 мАч, как показано на одном из рисунков выше.

Теперь нужно скачать библиотеку TinyGPS , также потребуется библиотека для работы с SD-картами и библиотека SoftwareSerial, которую можно найти в Arduino\libraries.

В нижеприведенном куске кода можно выбирать, какие данные записывать:

void gpsdump(TinyGPS &gps) { float flat, flon; // Lat, Long float fkmph = gps.f_speed_kmph(); // Speed in km/hr float falt = gps.f_altitude(); // +/- altitude in meters (seem to be elevation, in fact) float fc = gps.f_course(); // Course in degrees unsigned long age; gps.f_get_position(&flat, &flon, &age); Serial.print(” lat “); Serial.print(flat, 4); Serial.print(” lon “); Serial.print(flon, 4); Serial.print(” kms “); Serial.print(fkmph); Serial.print(” course “); Serial.print(fc); Serial.print(” elevation “); Serial.println(falt); /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Загрузите скетч в Arduino, вставьте SD-карту, отформатированную в соответствии с FAT32 и имеющую в корне файл log.txt. Запустите последовательный монитор, и вы увидите данные, которые будут записываться на SD-карту.

GPS-модули позволяют вашему автономному устройству отслеживать свои координаты и параметры перемещения. Такая функциональность важна для всевозможных трекеров, умных ошейников и рюкзаков. В этой статье мы сделали попытку краткого обзора GPS-модулей и программ для работы с GPS на компьютере. Подключение к ардуино рассмотрено на примере наиболее популярного модуля NEO 6.0

Прежде чем приступать к подключению GPS к ардуино, нужно научиться тестировать сам модуль. Для этого нам обязательно понадобится программа, позволяющая показать статус устройства, количество пойманных спутников и другу тестовую информацию. Мы постарались собрать вместе наиболее популярный софт для работы с GPS на компьютере.

U-Center

Программа u-center используется для работы с GNSS-проемниками от фирмы U-Blox. С помощью этого программного обеспечения можно тестировать точность позиционирования, изменять конфигурацию ресивера и проводить общую диагностику, обрабатывать полученные данные и отображать их в режиме реального времени. Координаты приемник получает с помощью GPS, ГЛОНАСС. Полученную информацию можно экспортировать и показывать в картах Google Maps, Google Earth. Программа позволяет создавать двухмерные диаграммы, гистограммы и другие виды графиков. u-center можно использовать при работе с несколькими приемниками.

Возможности программного обеспечения U-Center:

• Работа с Windows;
• Чтение NMEA , SiRF данных, UBX;
• Вывод полученных данных в виде текста и графиков;
• Запись данных, и воспроизведение;
• Полное управление модулем GPS;
• Возможность изменения конфигурации GPS-модуля;
• Запись новой конфигурации в модуль;
• Запись конфигурации в файл формата.txt;
• Обновление прошивки модуля;
• Возможность холодного, теплого и горячего старта модуля.

Программа позволяет оценивать работоспособность приемника, анализировать его быстродействие и устанавливать его настройки. Помимо U-Center могут использоваться и другие программы, например, Visual GPS, Time Tools GPS Clock и другие.

Visual GPS

Эта программа используется для отображения GPS данных по протоколу NMEA 0183 в графическом виде. Программа позволяет записывать лог GPS данных в файл. Существует два режима работы в программе – в первом Visual GPS связывается с приемником GPS, а во втором Visual GPS считывает показания NMEA из файла. Программа имеет 4 основных окна – Signal Quality (качество сигнала), Navigation (навигация), Survey (исследование), Azimuth and Elevation (азимут и высота).

Time Tools GPS Clock

Эта программа работает на Windows и любых рабочих станциях, она проверяет время со стандартного приемника времени NMEA GPS, который подключен к компьютеру, и позволяет синхронизировать время на ПК. Отображается информация о времени, дате, состоянии GPS, полученная от приемника. Недостатком программы является невозможность высокоточного определения времени, так как GPS-устройства не имеют секундного импульса для последовательного порта компьютера.

GPS TrimbleStudio

Программное обеспечение используется для работы с приемником Copernicus в Windows. Программа отображает принимаемые навигационные данные. Полученные координаты можно отобрать на картах Google Maps, Microsoft Visual Earth. Все установленные настройки приемника можно сохранить в конфигурационном файле

Fugawi

Программа используется для планирования маршрута, GPS навигации в реальном времени. Программа позволяет записывать и сохранять маршруты и путевые точки на картах. Навигация производится как на суше, так и на воде и в воздухе. В программе используются различные виды цифровых карт – топографические карты, стандарты NOAA RNC, отсканированные копии бумажных карт, Fugawi Street Maps.

3D World Map

В этой программе можно увидеть землю в трехмерном виде. Используется как удобный географический справочник, в котором можно узнать информацию 269 странах и тридцати тысячах населенных пунктов, производить измерение между двумя точками, воспроизводить аудиозаписи.

Обзор GPS-модулей для Ардуино

Для работы с Ардуино существует большое количество различных GPS-модулей. С их помощью можно определять точное местоположение (географические координаты, высота над уровнем моря), скорость перемещения, дату, время.

Модуль EM-411. Устройство создано на базе высокопроизводительного чипа SiRF Star III, который обладает низким потреблением энергии. Модуль имеет большой объем памяти для сохранения данных альманаха, поддерживает стандартный протокол NMEA 0183. Время холодного старта составляет около 45 секунд.

VK2828U7G5LF. Этот модуль построен на базе чипа Ublox UBX-G7020-KT. С его помощью можно получать координаты по GPS и ГЛОНАСС. В приемнике имеется встроенная память, в которую можно сохранять настройки. Модуль оснащен встроенной керамической антенной, работает по протоколу NMEA 0183. Напряжение питания модуля 3,3-5В.

SKM53 GPS. Один из самых дешевых модулей, обладающий низким потреблением тока. Время холодного запуска примерно 36 секунд, горячего – 1 секунда. Для позиционирования используются 66 каналов, для слежения 22 канала. В модуле имеется встроенная GPS антенна, устройство обеспечивает высокую производительность навигации при различных условиях видимости.

Neo-6M GPS. Приемник производится компанией u-blox. В этом модуле используются новейшие технологии для получения точной информации о местоположении. Напряжение питания модуля 3-5В. Линейка устройств представлена типами G, Q, M, P, V и T со своими уникальными характеристиками. Время холодного старта около 27 секунд.

locosys 1513. Этот модуль поддерживает работу с GPS, ГЛОНАСС, Galileo, QZSS, SBAS. Базируется на чипе MediaTek MT333, который обладает низким энергопотреблением, высокой чувствительностью и стабильной работой в различных условиях. В приемнике имеется поддержка текстового протокола управления. Время холодного старта примерно 38 секунд.

Arduino GPS модуль GY-NEO6MV2

Модуль использует стандартный протокол NMEA 0183 для связи с GPS приемниками. Приемник представляет собой плату, на которой располагаются модуль NEO-6M-0-001, стабилизатор напряжения, энергонезависимая память, светодиод и аккумулятор.

Технические характеристики модуля:

• Напряжение питания 3,3-5В;
• Интерфейс UART 9600 8N1 3.3V;
• Протокол NMEA;
• Вес модуля 18 гр.;
• Наличие EEPROM для сохранения настроек;
• Наличие встроенной батареи;
• Возможность подключения антенны к разъему U-FL;
• Время холодного старта примерно 27 секунд, время горячего старта – 1 секунда;
• Наличие более 50 каналов позиционирования;
• Частота обновления 5 Гц;
• Рабочие температуры от -40С до 85С.

Модуль широко используется для коптеров, определения текущего положения малоподвижных объектов и транспортных средств. Полученные координаты можно загрузить в карты Google Maps, Google Earth и другие.

После холодного старта модуля начинается скачивание альманаха. Время загрузки – не более 15 минут, в зависимости от условий и количество спутников в зоне видимости.

Распиновка: GND (земля), RX (вход для данных UART), TX (выход для данных UART), Vcc – питание от 3,3В до 5 В.

Для подключения потребуются модуль GY-NEO6MV2, плата Ардуино, провода, антенна GPS. Соединение контактов: VCC к 5V, GND к GND, RX к 9 пину на Ардуино, TX к 10 пину. Затем Ардуино нужно подключить к компьютеру через USB.

Для работы потребуется подключить несколько библиотек. SoftwareSerial – требуется для расширения аппаратных функций устройства и обработки задачи последовательной связи. Библиотека TinyGPS используется для преобразования сообщений NMEA в удобный для чтения формат.

Проверка работы через программу U-Center

Как упоминалось выше, модуль производится компанией u-blox, поэтому для настройки приемника используется программа U-Center.

При подключении к UART приемник отправляет сообщения при помощи протокола NMEA раз в секунду. С помощью программы можно настраивать передаваемые сообщения.

Чтобы настроить модуль, нужно подключить его через USB-UART(COM-UART) преобразователь. Настроить подключение можно с помощью меню Receiver-Port . Как только будет установлено соединение, загорится зеленый индикатор. Приемник начнет устанавливать соединения со спутниками, после чего на экране появятся текущие координаты, время и другая информация. Все сообщения появляются в окне Messages. В меню View – Messages можно выбрать сообщения, которые будут передаваться к микроконтроллеру. В зависимости от поставленной задачи, можно уменьшить количество отправляемых сообщений, что увеличит скорость обработки данных и облегчит алгоритм разбора сообщений контроллером.

Если не устанавливается связь со спутником, нужно проверить, подключена ли антенна. Затем нужно проверить напряжение питание, оно должно быть 5В. Если соединение так и не устанавливается, можно поместить модуль к окну или выйти на открытую территорию.

Посмотреть передающиеся данные можно через меню View.

Все сообщения начинаются символом $, следующие за ним символы – идентификаторы сообщения. GP- это глобальная система, следующие 3 буквы показывают, какая информация содержится.

RMC – наименьшая навигационная информация (время, дата, координаты, скорость, направление).

GGA – зафиксированная информация позиционирования. Записаны время, координаты, высота, статус определения местоположения, количество спутников.

Проверка работы через Arduino IDE

Работать с модулем можно также через стандартную среду разработки Arduino IDE. После подключения модуля к плате, нужно загрузить скетч и посмотреть на результат. Если на мониторе появится бессвязный набор знаков, нужно отрегулировать скорость интерфейса Ардуино с компьютером и скорость интерфейса модуля с контроллером.

Скетч для вывода данных о местоположении.

#include #include //подключение необходимых для работы библиотек TinyGPS gps; SoftwareSerial gpsSerial(8, 9); //номера пинов, к которым подключен модуль (RX, TX) bool newdata = false; unsigned long start; long lat, lon; unsigned long time, date; void setup(){ gpsSerial.begin(9600); // установка скорости обмена с приемником Serial.begin(9600); Serial.println("Waiting data of GPS..."); } void loop(){ if (millis() - start > 1000) //установка задержки в одну секунду между обновлением данных { newdata = readgps(); if (newdata) { start = millis(); gps.get_position(&lat, &lon); gps.get_datetime(&date, &time); Serial.print("Lat: "); Serial.print(lat); Serial.print(" Long: "); Serial.print(lon); Serial.print(" Date: "); Serial.print(date); Serial.print(" Time: "); Serial.println(time); }} } // проверка наличия данных bool readgps() { while (gpsSerial.available()) { int b = gpsSerial.read(); //в библиотеке TinyGPS имеется ошибка: не обрабатываются данные с \r и \n if("\r" != b) { if (gps.encode(b)) return true; } } return false; }

После того, как код будет залит, нужно подождать несколько секунд (время холодного старта), чтобы устройство смогло определить местоположение и начать показывать координаты. Как только устройство начнет свою работу, на плате будет мигать светодиод.

В мониторе порта появятся данные широты и долготы. Также будет получено значение текущей даты и времени по Гринвичу. Установить свой часовой пояс можно вручную – это делается в строке Serial.print(static_cast(hour+8));

Заключение

Как видим, для начал работы с GPS не требуется каких-то совсем уж сложных манипуляций. На помощь приходят готовые модули или шилды, взаимодействующие с Arduino через UART. Для облегчения написания скетчей можно использовать готовые библиотеки. Кроме того, любой GPS-модуль можно протестировать без Ардуино, подключив к компьютеру и воспользовавшись специальным софтом. Обзор наиболее популярных программ мы привели в этой статье.

Сегодня мы сделаем GPS Tracker на основе Arduino MKR FOX 1200, который отправляет точный GPS-данные через сеть Sigfox.

Это становится еще актуальней для многих стран в связи усилением контроля за любыми ввозимыми техническими устройствами, а особенно связанными с GPS.

Шаг 1. Что нам пригодится

Набор деталей для этого урока не велик:

• Arduino MKR Fox 1200 × 1
• Модуль GPS (на выбор, но мы использовали реплику ublox NEO6m (ATGM332D) × 1
• Транзистор общего назначения NPN (мы использовали BC548) × 1
• Резистор 1 кОм × 1

Шаг 2. Информация о проекте

Трекер использует GPS-модуль ATGM332, чтобы получить GPS-положение с большей точностью, чем услуги определения местоположения, предоставляемые Sigfox. Затем данные позиции отправляются как «строка» через сеть Sigfox и, наконец, доставляются по электронной почте.

Arduino MKR FOX 1200

Плата похожа на Arduino Zero, которая основана на SAM D21 и включает модуль ATA8520 Sigfox. Это плата с низким энергопотреблением, которая поставляется вместе с платой с бесплатной подпиской на один год в сеть Sigfox (до 140 сообщений в день), а также бесплатным доступом к службе геолокации Spot"it .

GPS-модуль ATGM332

Этот недорогой маломощный GPS-модуль очень хорошо подходит для Arduino MKR FOX 1200, поскольку он работает только с 2,7 В (номинальный 3,3 В).

Первоначально должен был быть куплен модуль NEO6m2, который имеет режим ожидания, но пришлось использовать NEO6. Фактически это был модуль ATGM332. В результате у него не было режима ожидания, поэтому нужно было использовать транзистор для включения модуля GPS, когда это необходимо, и выключить его, чтобы сэкономить аккумулятор. Наша цель - иметь информацию о местоположении довольно редко, то есть 4 сообщения в час, поскольку Sigfox позволяет только 140 сообщений в день.

Мы используем библиотеку TinyGPS (https://github.com/mikalhart/TinyGPS) для декодирования кадров GPS.

Транзисторный переключатель

Нужно было включить и выключить GPS, когда это необходимо. Модули реле слишком громоздки и мощны, если нужно только переключить нагрузку 3 В и несколько миллиампер. Кроме того, для большинства модулей реле требуется 5 В. Таким образом, транзистор будет лучшим решением. Кроме того, MKR FOX 1200 обеспечивает только 7 мА на пине ввода/вывода.

Подойдет транзистор BC548 NPN. Когда нулевой сигнал подается на базу транзистора, он выключается, действуя как открытый выключатель, и ток коллектора не течет. При положительном сигнале, подаваемом на базу транзистора, он становится «включенным», действующим как замкнутый переключатель, и максимальный ток цепи протекает через устройство.

Шаг 3. Схема соединения

Единственным источником питания являются две 1,5-вольтовых батареи AA, которые питают Arduino MKR FOX 1200. Модуль GPS получает питание от платы Arduino.

Arduino MKR FOX 1200 взаимодействует с модулем GPS, используя второй последовательный порт через контакты 13 и 14, называемые Serial1 в коде. Выход TX-данных модуля GPS подключается к последовательному входу данных (контакт 13) платы Arduino.

Кроме того, плата Arduino использует PIN2 для включения и выключения модуля GPS, как объясняется выше.

Шаг 4. Код проекта

Код нашего проекта вы можете скачать или скопировать ниже:

#include #include #include //incluimos TinyGPS #define WAITING_TIME 15 #define GPS_PIN 2 #define GPS_INFO_BUFFER_SIZE 128 bool debug = false; TinyGPS gps;//GPS Object //GPS data variables int year; byte month, day, hour, minute, second, hundredths; unsigned long chars; unsigned short sentences, failed_checksum; char GPS_info_char; char GPS_info_buffer; unsigned int received_char; bool message_started = false; int i = 0; // GPS coordinate structure, 12 bytes size on 32 bits platforms struct gpscoord { float a_latitude; // 4 bytes float a_longitude; // 4 bytes float a_altitude; // 4 bytes }; float latitude = 0.0f; float longitude = 0.0f; float altitud = 0; //////////////// Waiting function ////////////////// void Wait(int m, bool s) { //m minutes to wait //s slow led pulses if (debug) { Serial.print("Waiting: "); Serial.print(m); Serial.println(" min."); } digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); if (s) { int seg = m * 30; for (int i = 0; i < seg; i++) { digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); //LED on delay(1000); digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); //LED off delay(1000); } } else { int seg = m * 15; for (int i = 0; i < seg; i++) { digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); //LED on delay(1000); digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); //LED off delay(3000); } } } /////////////////// Sigfox Send Data function //////////////// void SendSigfox(String data) { if (debug) { Serial.print("Sending: "); Serial.println(data); if (data.length() > 12) { Serial.println("Message too long, only first 12 bytes will be sent"); } } // Remove EOL //data.trim(); // Start the module SigFox.begin(); // Wait at least 30mS after first configuration (100mS before) delay(100); // Clears all pending interrupts SigFox.status(); delay(1); if (debug) SigFox.debug(); delay(100); SigFox.beginPacket(); SigFox.print(data); if (debug) { int ret = SigFox.endPacket(true); // send buffer to SIGFOX network and wait for a response if (ret > 0) { Serial.println("No transmission"); } else { Serial.println("Transmission ok"); } Serial.println(SigFox.status(SIGFOX)); Serial.println(SigFox.status(ATMEL)); if (SigFox.parsePacket()) { Serial.println("Response from server:"); while (SigFox.available()) { Serial.print("0x"); Serial.println(SigFox.read(), HEX); } } else { Serial.println("Could not get any response from the server"); Serial.println("Check the SigFox coverage in your area"); Serial.println("If you are indoor, check the 20dB coverage or move near a window"); } Serial.println(); } else { SigFox.endPacket(); } SigFox.end(); } ////////////////// Convert GPS function ////////////////// /* Converts GPS float data to Char data */ String ConvertGPSdata(const void* data, uint8_t len) { uint8_t* bytes = (uint8_t*)data; String cadena ; if (debug) { Serial.print("Length: "); Serial.println(len); } for (uint8_t i = len - 1; i < len; --i) { if (bytes[i] < 12) { cadena.concat(byte(0)); // Not tested } cadena.concat(char(bytes[i])); if (debug) Serial.print(bytes[i], HEX); } if (debug) { Serial.println(""); Serial.print("String to send: "); Serial.println(cadena); } return cadena; } ////////////////////////// Get GPS position function///////////////////// String GetGPSpositon() { int messages_count = 0; String pos; if (debug) Serial.println("GPS ON"); digitalWrite(GPS_PIN, HIGH); //Turn GPS on Wait(1, false); while (messages_count < 5000) { while (Serial1.available()) { int GPS_info_char = Serial1.read(); if (GPS_info_char == "$") messages_count ++; // start of message. Counting messages. if (debug) { if (GPS_info_char == "$") { // start of message message_started = true; received_char = 0; } else if (GPS_info_char == "*") { // end of message for (i = 0; i < received_char; i++) { Serial.write(GPS_info_buffer[i]); // writes the message to the PC once it has been completely received } Serial.println(); message_started = false; // ready for the new message } else if (message_started == true) { // the message is already started and I got a new character if (received_char <= GPS_INFO_BUFFER_SIZE) { // to avoid buffer overflow GPS_info_buffer = GPS_info_char; received_char++; } else { // resets everything (overflow happened) message_started = false; received_char = 0; } } } if (gps.encode(GPS_info_char)) { gps.f_get_position(&latitude, &longitude); altitud = gps.altitude() / 100; // Store coordinates into dedicated structure gpscoord coords = {altitud, longitude, latitude}; gps.crack_datetime(&year, &month, &day, &hour, &minute, &second, &hundredths); if (debug) { Serial.println(); Serial.println(); Serial.print("Latitud/Longitud: "); Serial.print(latitude, 5); Serial.print(", "); Serial.println(longitude, 5); Serial.println(); Serial.print("Fecha: "); Serial.print(day, DEC); Serial.print("/"); Serial.print(month, DEC); Serial.print("/"); Serial.print(year); Serial.print(" Hora: "); Serial.print(hour, DEC); Serial.print(":"); Serial.print(minute, DEC); Serial.print(":"); Serial.print(second, DEC); Serial.print("."); Serial.println(hundredths, DEC); Serial.print("Altitud (metros): "); Serial.println(gps.f_altitude()); Serial.print("Rumbo (grados): "); Serial.println(gps.f_course()); Serial.print("Velocidad(kmph): "); Serial.println(gps.f_speed_kmph()); Serial.print("Satelites: "); Serial.println(gps.satellites()); Serial.println(); } gps.stats(&chars, &sentences, &failed_checksum); if (debug) Serial.println("GPS turned off"); digitalWrite(GPS_PIN, LOW); //GPS turned off pos = ConvertGPSdata(&coords, sizeof(gpscoord)); //Send data return pos; } } } pos = "No Signal"; } //////////////////SETUP/////////////////// void setup() { if (debug) { Serial.begin(9600); while (!Serial) {}// wait for serial port to connect. Needed for native USB port only Serial.println("Serial Connected"); } //Serial1 pins 13-14 for 3.3V connection to GPS. Serial1.begin(9600); while (!Serial1) {} if (debug) { Serial.println("GPS Connected"); } pinMode(GPS_PIN, OUTPUT); //pin de interruptor del GPS if (!SigFox.begin()) { Serial.println("Shield error or not present!"); return; } // Enable debug led and disable automatic deep sleep if (debug) { SigFox.debug(); } else { SigFox.end(); // Send the module to the deepest sleep } } //////////////////////LOOP//////////////////////// void loop() { String position_data; position_data = GetGPSpositon(); SendSigfox(position_data); Wait(WAITING_TIME, false); }

Шаг 5. Отправка информации GPS через Sigfox

Мы хотел отправить информацию GPS с использованием данных типа float, но когда мы попытались, то всегда получали нулевые значения.

Поиск в Интернете привел на этот проект на GitHub - https://github.com/nicolsc/SmartEverything_SigFox_GPS от Николя Лискони. Он использует AT-команды для отправки любого типа данных и конвертирует "float" в "hex". Тем не менее у Arduino MKR FOX 1200 нет режима AT, и мы не смогли заставить её работать.

Было сделано несколько десятков тестов и, изменив код Николя, был найден способ отправить «строку», которая была проанализирована платформой Sigfox «float: 32», и ее можно было бы использовать напрямую без какого-либо преобразования.

Данные Sigfox ограничены 12 байтами. Данные, которые отправляются в сеть SigFox:

• Широта, float: 32 типа (float:32type), 4 байта.
• Долгота, float: 32 типа (float:32type), 4 байта.
• Высота, float: 32 типа (float:32type), 4 байта.

Шаг 6. Конфигурация обратного вызова Sigfox

Конфигурация пользовательского обратного вызова Sigfox:

Lat::float:32lng::float:32 alt::float:32

Вы получите электронное письмо:

Чтобы легко видеть позицию, мы включили URL-адрес в Карты Google, используя полученную информацию:

И, наконец, результат работы нашего Arduino GPS-трекера:

На этом всё, желаю вам отличных проектов!