Подключение GPS-трекера к Arduino. Лучшие GPS-трекеры для машины (маяки) Что такое GPS

⁰

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!

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.

Схема проекта:

Привет друзья, у нас с вами над головой летает большое количество разных космических аппаратов. Среди них есть примерно 90 крайне полезных навигационных спутников американской системы GPS, российской ГЛОНАСС, европейской Галилео и китайской БэйДоу. И сегодня мы будем ловить с них сигнал.

Для начала немного теории: Спутниковая система навигации представляет из себя сеть космических аппаратов, которые летают по заранее известным маршрутам точно соблюдая свою орбиту и траекторию или находятся в известной стационарной точке на геостационарной или геосинхронной орбите. Спутники в среднем летают на высоте около 20 тысяч километров, и каждый представляет из себя сверхточные атомные часы, которые непрерывно вещают на всю планету свое текущее время.

Радиосигнал распространяясь со скоростью света доходит до Земли с задержкой от 60 до 90 миллисекунд, это зависит от удаления спутника. Зная точное расположение источника радиосигнала по задержке времени его распространения можно узнать точное расстояние до спутника. И далее по триангуляции расстояний до нескольких известных объектов можно узнать где вы находитесь в пространстве.

Представьте, что этот голубой шарик наша планета. Над ним на высоте 20 тысяч километров летит три спутника. При измерении расстояния до первого вы получите информацию о том, что находитесь где-то на этом круге – пока что это малоинформативно. Сигнал от второго спутника уточнит ваше местоположение до двух точек пересечения без привязки к высоте. Сигнал от третьего навигационного спутника укажет высоту этих точек над поверхностью и формально решит навигационное уравнение, сведя ваше местоположение к двум возможным точкам нахождения. В реальности же одна из этих координат имеет невероятных характеристики и ее отбрасывают, полностью решая задачу. Тоже самое делает сигнал от четвертого спутника – он уже однозначно точно решает навигационное уравнение.

Замер расстояний до каждого последующего спутника повышает точность позиционирования и сегодня она составляет от 1 до 3 метров при стандартной видимости около 10 навигационных спутников.

С теорией разобрались, перейдем к практике. Сейчас отдельно продаются разные навигационные модули. Самые простые и древние поддерживают только сигналы от американской GPS системы наблюдая, в среднем 5-7 спутников. Более продвинутые модули могут принимать сигнал еще и от российской группировки ГЛОНАСС, повышая общее количество наблюдаемых спутников в среднем в два раза. Также в продаже есть модули, совмещенные с компасом, они используются для точной навигации и поддержания курса.

На экране моего телефона видны спутники разных навигационных систем. Кружки это GPS, треугольники — ГЛОНАСС, а звездочки это китайская БэйДоу. Таким образом мой телефон поддерживает три разные навигационные системы и совмещая сигналы от них, повышает точность определения местоположения. Сейчас над моей головой находится 28 спутников, а доступен сигнал только от 7. Т.е. мой телефон уже заранее знает где находится каждый спутник. А отсутствующий сигнал от 21 спутника значит, что они находятся вне зоны прямой видимости. Навигационный сигнал очень слабый, от слова ВАЩЕ, он почти не отражается, его блокирует рельеф местности, здания, крыша автомобиля – любой металл у вас над головой или сбоку. Даже идущий за окном снег мешает хорошему приему.

Для реализации проекта понадобится ряд электронных модулей: программируемая платформа Arduino Nano, OLED экран 128 на 32 точки (он подключается по шине I2C), GPS модуль для подключения по UART, любой литиевый аккумулятор емкостью выше 200 миллиампер, защитно-зарядный модуль для лития и повышающий преобразователь для того чтобы получить 5 вольт. У меня тут три разных типа, подойдет любой. Еще планировал использовать цветной RGB светодиод для индикации состояния, но по ходу проекта отказался от этого.

Подключаем экран к Ардуино и сталкиваемся с первой трудностью. Стандартная библиотека OLED экрана занимает 20 кБ, это 70% памяти микроконтроллера и практически не оставляет места для программы. Ранее я собирал высотомер и столкнулся с тем что любая новая строчка кода приводит к переполнению памяти и зависанию микроконтроллера при работе. Поэтому буду использовать значительно более легкую библиотеку. В ней нет работы с графикой и доступен только вывод текста на OLED экран, а занимает она всего 1 кБ памяти.

Отдельно подключаю GPS модуль к макетной плате и вижу первые навигационные данные – сигнал из космоса пойман и обработан. Теперь делаю вывод информации на экран. Класс! Видит 4 спутника, теперь 3, и снова 4, уже 5! Для лучшего приема GPS модуль висит за окном на проводе.

Во время разработки проекта я использовал GPS модули разных типов. Простые GPS и совмещенные GPS c Глонасс. Пришлось провести ряд многочасовых экспериментов для проверки на стабильность работы. Модули оказались рабочими, а вот с программными библиотеками пришлось повозится. Пробовал несколько разных библиотек, и TinyGPS+ оказалась единственной, которая работала сразу со всеми модулями GPS.

Вообще библиотека занимается разбором протокола NMEA, по-простому парсит данные, которые выплевывает GPS модуль два раза в секунду. Вот так выглядит не обработанный поток данных.

В итоге моя прошивка позволяет подключать практически любой GPS модуль по UART с протоколом передачи данных NMEA. По сути это большинство модулей, у которых есть пины RX и TX. Рекомендую брать именно модуль GPS с Глонасс, он видит больше спутников, поэтому точность у него выше. Ссылки на все комплектующие и модули есть в описании к этому видео.

Макетка показала полную работоспособность системы, теперь можно собирать все в железе. В качестве питания я буду использовать литиевый аккумулятор, он подключатся к защитной плате с зарядкой. На этой плате нижний резистор R3 задает ток зарядки аккумулятора, по умолчанию установлен 1 ампер, это много для маленьких аккумуляторов, поэтому резистор нужно заменить. На экране вы видите табличку с номиналом резисторов под разные токи зарядки. Если ваш аккумулятор имеет емкость 500 миллиампер часов, то нужно выставлять ток заряда не выше этого значения. Т.е. можно поставить 200 или 300 миллиампер, и не превышать 500.

Далее напряжение нужно повысить, экран и GPS модуль питаются от 5 вольт. Это будем делать с помощью повышающего преобразователя напряжения. Такие обычно устанавливаются в повербанки для того чтобы поднять напряжения с 3.7 до 5 вольт. Я буду использовать маленький зеленый модуль, он может выдавать ток до 300 мА и его более чем достаточно для этого проекта.

Доработал прошивку, теперь при загрузке на основном экране отображается текущее точное время со спутников, количество видимых спутников и текущая скорость движения трекера, она скачет потому что есть погрешность определения местоположения. При нажатии на кнопку происходит смена экрана. Тут выводится текущее значение скорости и максимальное значение за период наблюдения. На еще одном экране есть текущее расстояние до нулевой точки, максимально зафиксированное удаление от нее и одометр.

Измеряю размеры всех модулей и пытаюсь расположить их максимально компактно. Но как я не старался, тонкий экран никак не увязывался с широким GPS приемником. Поэтому решил заменил экран на другой OLED 128х64 точки. Так получается эргономичнее и кнопочку можно большую поставить. OLED экраны полностью совместимы и требуют минимальной коррекции кода, поэтому прошивки будут доступны на обе версии устройства с маленьким экраном и с большим.

Схема сборки простая. Нужно подключить экран к шине I2C это пины А4 и А5, gps модуль подключается к программному serial порту на пинах D3 и D4. Кнопка на пин D7. Питание от аккумулятора через защитный модуль тащим на выключатель, далее на повышающий преобразователь, и подключаем на 5 вольт Ардуино.

Для удобного размещения компонент буду использовать зеленую макетную плату 7 на 3 сантиметра. Чтобы экран не висел на разъеме устанавливаю его на пластиковые стойки спейсеры на 5 миллиметров. Между экраном и кнопкой будет находится GPS приемник. С обратной стороны платы будет установлен контроллер Ардуино, аккумулятор и защитная плата. Аккумулятор буду использовать тонкий литий на 350 миллиампер, если не ошибаюсь такие используются в электронных сигаретах, но как я уже сказал можно использовать любой литиевый аккумулятор.

Заново все замеряю, промеряю и готовлю проект корпуса для печати на 3Д принтере. Буквально 15 минут на сайте TinkerCAD и проект готов к печати. Переношу файл на флешке, запускаю и погнали. Время печати составляет около 40 минут, это первый пристрелочный корпус для примерки размещения модулей.

Плата и кнопка влезли на свои места, а вот экрану не хватило буквально миллиметра, мешалась внутренняя стойка. А так все подходит и устанавливается на свои места. Отлично, правлю проект и печатаю финальную версию корпуса в оранжевом цвете. После окончания печати нужно обязательно дать время столу остыть и лишь потом отрывать деталь, тогда лицевая сторона будет ровной и ее не поведет.

Отламываю и зачищаю фиксирующий край пластика. Так как я использовал ABS пластик, он подвержен постобработке ацетоном. Наношу его кисточкой, слои дополнительно склеиваются, а корпус становится прочнее и приобретает глянец.

Плата идеально устанавливается внутрь корпуса, крепления сошлись, кнопка не заедает. С одного торца есть отверстие под разъем Ардуино Нано, а с другой стороны для зарядки аккумулятора. Оно оказалось, немного уже, поэтому расширяю его скальпелем.

У зарядной платы по краям есть выступы, они мешают углубить разъем, стачиваю их надфилем. Теперь плата хорошо занимает свое место.

В общем виде устройство будет иметь следующий вид. Сверху располагается корпус. Под ним будет находится микро выключатель, макетная плата с экраном, GPS модулем и кнопкой. Тут же сбоку находится повышающий преобразователь питания.

Отдельно для выключателя вырезал скальпелем отверстие в корпусе, сверху над кнопкой. Он утоплен в корпус и не будет мешать.

Пора паять. Запаиваю первый контакт экрана на плату, примерка – все правильно и можно запаять остальные три контакта. Теперь кнопка. И обязательно счищаем флюс щеткой. Запаиваю провода на модуль защиты аккумулятора.

При подключении обязательно обращайте внимание на цветность проводов. Из Китая изредка приходят неверная цветность. В данном случае я решил выпаять разъем и запаять провода напрямую для лучшего контакта. Процедура сложная, требует точность и аккуратность при пайке. Дополнительно заливаю контакты термоклеем, это обезопасит дорожки и провод от случайного выдергивания. И сразу запихиваем весь GPS модуль в термоусадку, делать это не обязательно, но дополнительно защитит от механических повреждений и замыкания при монтаже на макетную плату.

Повышающий преобразователь тоже кутаем в термоусадку. Для закрепления модулей использую двухсторонний скотч. При установке платы оказалось, что для проводов не хватает места, поэтому рассверлил отверстия в центре, туда и продену провода питания.

Кстати, рекомендую классную аккумуляторную дрель. Она работает от одного аккумулятора 18650 и позволяет быстро рассверливать подобные отверстия на платах и в корпусах, раньше для такой работы мне приходилось доставать дремель из кейса и подключать его в розетку, а сейчас под рукой всегда есть эта дрель.

Верхняя часть платы собрана, провода продеты и теперь нужно установить выключатель. Для этого откусываем на нем лишние ноги, нужны только две для подачи и прерывания питания. Запаиваем на них провод и как обычно все в термоусадку. Далее можно установить выключатель на свое место и залить термоклеем. Теперь будет удобно включать и выключать трекер.

Устанавливаю плату в корпус и закрепляю на четыре маленьких самореза. Ответные отверстия уже предусмотрены на подставках корпуса. Когда снимал защитную пленку с экрана, обратил внимание на большой зазор между дисплеем и корпусом. Поэтому взял кусок прозрачной упаковки от какой-то электроники, вырезал из нее стекло под размер окошка. И приклеил его на ацетон к пластику корпуса.

Сборку производим по схеме, сложностей и нюансов тут нет. Просто внимательно, плюс к плюсу, минус к минусу. Выключатель подключаем сразу на выход с зарядного модуля. Это позволит отключать всю цепь питания и предотвращать разряд аккумулятора.

После пайки всех проводов на модули, закрываем нижнюю плату синей изолентой. Сверху будет лежать контроллер Ардуино с зарядкой, и без изоляции появляется вероятность что-нибудь замкнуть.

Запаиваю защитный модуль и закрепляю его на своем месте термоклеем.

Лужу контакты аккумулятора и быстро запаиваю на них провод чтобы не перегреть аккумулятор. С одной и, с другой стороны. После этого нужно подключить микро USB кабель и подать питание на защитный модуль, это активирует его работу.

Готово, теперь нужно залить прошивку. Подключаем Ардуино к компьютеру, заходим на страницу проекта, ссылка на него есть в описании видео. Качаем архив, распаковываем файлы, устанавливаем библиотеки, открываем нужную версию прошивки для экрана на 32 или на 64 точки и загружаем ее в контроллер. Все, заработало с первого раза! Данные с GPS прут. Круто!

Устанавливаю контроллер на свое место, включаю автономное питание… иииииииииии.. нифига. Светодиод питания на Ардуино горит, а экран не включился. И вот так случился трындец, причину которого я не знаю до сих пор. У меня ушло несколько часов работы чтобы заставить трекер работать автономно от встроенного аккумулятора.

Сначала я думал, что виноват маленький повышающий преобразователь питания. Но проверка мультиметром показала наличие стабильных 5 вольт. Далее я подключил автономный модуль питания, который у меня остался от другого проекта, он построен на большом повышающем преобразователе – и о чудо, трекер завелся, но завис спустя несколько секунд.

Зарядил на нем аккумулятор и поставил трекер на окно ловить спутники. Через три минуты он словил сигнал от 4 спутников и определил местоположение. Ну что, значит работает и наверно можно собрать? Меняем повышающий преобразователь, видимо мелкий сильно шумит по питанию.

Для этого пришлось полностью разобрать трекер, выпаять все провода и пересобрать его заново. Новый модуль питания будет располагаться в том же месте где и старый, только пришлось убрать одну стойку, чтобы он влез под экран.

Все, провода скрутил в косички чтобы избежать наводок. Иии… эта гадина опять не включилась. Точнее включилась и сразу зависла с артефактами на экране. Столько часов работы и все в пустую. Замена преобразователя не помогла.

Пробовал устанавливать конденсаторы на питание – ничего не помогало. Трекер отказывался работать автономно, и от повышающих преобразователей, и от лабораторного блока питания – зависал или вообще не включался. Но при этом он отлично пахал от USB разъема Arduino.

Методом последовательного отключения удалось выяснить, что виноват в этом OLED экран – но почему, я так и не понял. Решение нашлось внезапно. Во время очередной проверки автономного питания я случайно подал на пин VIN 5 вольт. Замечу что этот пин!не ! предназначен для подачи питания 5 вольт и требует напряжение от 7 до 12 вольт.

Но тем не менее трекер сразу завелся и начал стабильно работать. Т.е. получается маленький стабилизатор не был источником проблемы, она в чем-то другом.

Заодно решил проверить ток потребления. От 5 вольт трекер кушал около 70 миллиампер. А от 4 вольт через повышающий преобразователь получилось около 110 миллиампер. Таким образом моего маленького аккумулятора на 350 миллиампер хватит на три часа автономной работы. И это я еще питание не оптимизировал, можно срезать вечно горящие светодиоды и еще сэкономить батарею.

Трекер стал полностью стабильно работать, оставил его на окне и спустя несколько минут он словил 4 спутника. Отлично

Если вам интересно помочь мне разобраться в причине странного поведения Ардуино, то вот вам вводная:

1 – Трекер работает если его запитать через USB разъем Ардуино.

2 – Трекер зависает и не включается если запитать его через пин Ардуино 5V подав на него напряжение 5 вольт от любого источника питания.

3 – Трекер зависает и не включается если подать на него 7 вольт и более через пин Ардуино VIN.

4 – Трекер работает если его запитать не стандартными 5 вольтами через тот же самый пин VIN.

Готовое устройство представляет из себя универсальный автономный спидометр, дальномер, одометр и спутниковые часы точного времени в одном корпусе.

На главном экране после загрузки сверху отображается текущее время и дата по Гринвичу, вторая строка - это текущая скорость 0.3 километра в час и максимальное значение скорости которое было зафиксировано со времени включения — 26 километров в час. На третьей строке текущее расстояние до нулевой точки 530 метров и максимальное удаление которое было достигнуто с момента включения — 580 метров. На четвертой строке одометр, показывает 923 метра и используемое количество спутников.

Нижняя строка chars – это количество данных принятых с GPS модуля.

При коротком нажатии на кнопку происходит смена отображения экрана, а при длительном удержании трекер запоминает текущее местоположение как нулевую точку отсчета для измерений расстояния. На втором экране отображается текущая и максимальная скорость. Третий экран содержит информацию по расстоянию до нулевой точки. Четвертый экран одометр. Пятый широта и долгота.

Сбросить одометр и максимальные значения можно длительным удержанием кнопки на экране с этими параметрами. Т.е. переходите на одометр и удерживая кнопку нажатой сбрасываете его.

Перейдем к тестированию. Сейчас трекер видит 12 спутников. Выставляю текущую нулевую точку и сбрасываю одометр в ноль. Тоже самое делаю на автомобильном одометре. Проехав 1.2 километра по спидометру автомобиля, я увидел на GPS трекере те же самые 1205 метров. Текущее расстояние до нулевой точки по прямой составляет 0.93 километра. И вот по карте те самые 930 метров, пока все точно.

Решил замерить более длинную дистанцию. Опять сбрасываю показания в нули на трекере и автомобиле. Проехав 8.4 километра, я обнаружил на трекере дистанцию пути меньше – всего 7974 метра. При этом текущее расстояние до нулевой точки составляет 4.930 метров. Проверим по карте, получается очень точно, те же самые 4.930 метров. Непонятно, только почему тогда одометр врет на 400 метров и какой именно одометр врет, на машине или GPS.

Ладно, пора уже напечатать заднюю крышку и будем снова тестировать. Закрываю. Вес законченного устройства получился 55 грамм, много, но не критично – в конце покажу как можно уменьшить.

Приехал на каток и решил замерить скорость хоккеиста. Блин, чехлы ему еще для скорости нужно снять. Получилась лютая скорость, прямо «русская ракета» — 5 километров в час. Пешком ходил, а все потому что потолок на катке фольгой отражающей утеплен для удержания холода. Сигнал от спутников есть, но он не точный.

Давайте проведем последний тест с помощью мобильного телефона. Телефон видит 7 спутников, а трекер 9. Запускаю логгирование и сбрасываю одометр на трекере. Ну.. погнали. Проехав три километра телефон и трекер показывали идентичные значения на одометре. 3017 против 3021 метра – это супер результат, я не ожидал такой точности.

А вот одометр глюканул, аж на целых 12 тысяч километров. Некисло так. Ранее у меня при отладке программы уже проскакивал такой глюк и трекер разом перемещало на 7 тысяч километров. Придя домой я создал в Google точку с нулевой широтой и долготой. Оказалось, она находится в Атлантическом океане, недалеко от побережья Ганы. Замерив расстояние от нее до своего местоположения я и получил те самые 7 тысяч километров. Получается от GPS модуля иногда проскакивают нули по координатам. Это легко можно исправить, добавив всего одно условие в код программы. И более этого глюка при тестах не наблюдалось.

Считаю, что трекер получился афигенный, это мой первый опыт прямой работы с GPS модулями. Зачем он нужен? Такой трекер может выполнять роль автономного спидометра или независимого одометра. Его можно разместить на велосипед, автомобиль, игрушку или квадрокоптер. Также он позволяет измерять расстояние по прямой до заданной точки, значения нулевой хранятся в энергонезависимой памяти. Запоминает максимально достигнутые значения скорости и удаления. Делает это все автономно и не зависит ни от кого кроме спутников. Ну и конечно же это часы точного времени. Мне же он нужен для измерения максимальной скорости и максимального удаления от объектов. Точно, надо еще высоту на экран добавить, чтобы замерять как высоко поднялся!

Поговорим о том, как можно уменьшить вес, проще всего это сделать, собирая трекер на платформе Arduino Pro Mini на 3.3 вольта. Тогда вам не понадобится повышающий преобразователь, вместо него будет маленький линейный стаб на 3.3 вольта, GPS модуль без проблем работает от этого напряжения, а на экране нужно будет обойти стабилизатор питания.

Ну и сразу отвечу на вопрос можно ли добавить GSM модуль и управлять трекером по SMS? Да, можно. Для этого помимо самого модуля еще потребуется добавить в код программы обработку SMS команд и это должен быть отдельный проект.

На этом сегодня, если вам понравилось это видео, то я уверен вы оцените его лайком и поделитесь ссылкой на видос со своими друзьями.

Спасибо за просмотр, всем удачи и до встречи в новых видео! Пока-пока!

Аргумент в пользу ATmega328

Код, как видно из скрина выше, занимает около 16-ти килобайт памяти микроконтроллера, чего точно не хватит, если ардуинка будет на базе ATmega168, хотя конечно можно и вырезать не совсем нужный функционал из прошивки и таким образом попытаться уместить. Правда, зачем?

Драйвера к чипу CH340G ищите в первых ссылках по запросу «ch340g driver» в гугле , или же в архиве к данной статье.

Датчик GY-85, это трех осевой гироскоп MPU3200, акселерометр ADXL345 и магнитометр HMC5883L на одной плате. Этого более чем достаточно чтобы ориентироваться в пространстве в трёх осях.

Он лучше всего себя показал, не требует предварительных калибровок, подключили, прошили ардуинку и работает. Хотя AHRS(Курсовертикаль) прошивка и позволяет калибровку, но это отдельная тема, которая, как я считаю, раскрыта более чем полностью на форуме по игре WarThunder ;

Разная мелочь - провода, паяльник (без него не обойтись, потому, как Arduino Nano и GY-85 приходят из Китая в распаянном состоянии),USB удлинитель, Mini-USB кабель для Arduino Nano V3.

Сборка Head Tracker"а:

Подключаем Arduino и GY-85, в случае Arduino Nano это будет так:

VCC_IN -> 5V;
SCL -> A5;
SDA -> A4;
GND -> GND.

Подаём питание на ардуино - на датчике должен засветился светодиод.

В случае Head Tracker"а датчик идеально прикрепить на ободок наушников, вот так по «криворукому» это сделал я:

Уверен, что вы это сделаете куда аккуратнее, чем меня.

Arduino плату прикрутил обычным проводом от витой пары, дабы ничего не закоротить на плате изоляцию с провода не снимал, всё нормально держится, если её постоянно не теребить.

По поводу не теребить плату, я просто скрутил USB кабель и провод наушника тем же проводком от витой пары.

Так же сначала хотел поступить и с датчиком, но путём проб и ошибок выяснил, что это не вариант, я напишу ниже почему. Просто связал всё ниткой, получилось вот так:

Под датчик, как и под ардуинку, подложил кусочек вспененного полиэтилена, чтобы они не царапали мне наушники, да и так лучше держится всё это.

Правда тут есть кое-какие моменты, важно датчик располагать таким образом, чтобы стрелка Y указывала на монитор.

Так же надо датчик держать подальше от металлических предметов, рекомендуемое расстояние 5-10 см. В противном случае могут быть искажение показаний, глюки в работе датчика. Это актуально для тех, у кого металлический ободок наушников. Хотя искажать показания может не только металл, но и сама ардуинка или даже провода, что и было продемонстрировано на видео , так что постарайтесь отдалить всё это от датчика хотя бы на расстояние 5-10 см.

Самое простое решение с металлическим ободком наушников - губка для мытья посуды:

Так как у меня ободок пластиковый (было проверенно магнитом), я забил на всё это.

Прошивка:
Если у вас всё ещё не установлена последняя версия Arduino IDE - качаем и устанавливаем. На момент написания статьи это 1.6.8.

В нашем инерционном трекере будем использовать кастомную прошивку проекта AHRS Firmware for the SparkFun 9DOF Razor IMU and SparkFun 9DOF Sensor Stick (архив со всем необходимым в низу статьи ). В Arduino IDE открываем файл Razor_AHRS.ino, который лежит в архиве по пути DIY headtracker\RazorAHRS_FaceTrack\Razor_AHRS:

И загружаем прошивку в ардуино:

Настройка OpenTrack:

OpenTrack - это бесплатная программа с открытым исходным кодом, предназначена для отслеживания движений головы пользователя и их преобразование в координаты. Умеет работать с разными устройствами ввода, включая ИК-рамку и Oculus Rift или же со смартфонами.

На видео, чувак играет в культовую игру Elite Dangerous, используя свой Android смартфон в качестве мыши:

Это позволило задействовать обе руки для игрового процесса. Согласитесь, выглядит очень круто. Правда мне в этой реализации не нравится несколько нюансов, а именно, смартфон относительно громоздкий и тяжёлый, GY-85 явно занимает места и весит меньше, к тому же от него не долбит в голову излучение от WiFi передатчика смартфона.

Но давайте вернёмся к нашим баранам Arduino и GY-85. Для начала нужно скачать и установить последнюю версию программы (на данный момент это opentrack-2.3 rc21p11), запускаем:

Теперь нам надо настроить программу - в поле «Tracker» выбираем «Hatire Arduino» и нажимаем кнопку "..." и мы увидим что-то типа этого:

Окно настроек Hatire Arduino

Здесь надо изменить «Serial port» на COM порт нашей ардуинки, в моём случае это COM42. Дальше переходим во вкладку «Command», прописываем там, в полях «Init» и «Start» 1000, затем выставляем «BaudRate» 115200, и напоследок жмём «Save» и «OK».

Дальше в главном окне программы нажимаем кнопку «Start», начинаем вращать датчик в разных осях и следить за осьминогом. Скорее всего, движения датчика и осьминога будут отличаться, по крайней мере, в моём случае так получилось, не останавливая трекинг жмём кнопку "..." в поле «Tracker». Здесь нам нужно настроить «Axis Configuration» таким образом, чтобы движения датчика совпадали с движениями осьминога в программе - выставляем для «Yaw», «Pich» и «Roll» значения RotX/RotY/RotZ в нужной последовательности, в этом нам поможет вот эта картинка:

Как получилось у меня, можете увидеть на скрине настроек «Hatire Arduino» что выше. Ось «Roll» пришлось инвертировать, потому что осьминог крутился в обратные стороны.

Так же программа позволяет настраивать чувствительность для каждой из осей - кнопка «Mapping» в главном окне программы:

Правой кнопкой мыши можно ставить и перемещать точки, левая кнопка мыши удаляет точки, можно ставить несколько точек, чтобы устранить нелинейность в показании датчика, если таковые имеются. У меня же всё оси настроены вот так:

Вкладка «Filter» в головном окне программы позволяет изменять тип фильтра, или же вообще его отключить, в этом случае показания будут очень нестабильными и резкими. У меня тип фильтра стоит «Accela» вот с такими настройками:

При желании можете поиграться с настройками.

Переходим к настройке эмуляции мыши, для этого во вкладке «Protocol» выбираем «mouse emulation» и нажимаем кнопку "...", там надо выставить «Yaw» и «Pich» для осей X, Y:

Нажимаем кнопку старт и вуаля - профилактика шейного остеохондроза. И напоследок добавлю, что перед нажатием кнопки старт надо ровно установить голову относительно монитора, потому что датчик в этот момент производит калибровку.

Плюсы перед вариантом с использованием веб камеры и ИК светодиодами:

Скорость, данная прошивка выдаёт примерно 60 чтений на секунду, что примерно равно с веб камерой на 60 fps, но мне кажется, что вебка на 60 кадров на секунду стоит явно дороже GY-85 и Arduino платы;
Нет зависимости от освещения;
Так как почти всё вычисления производить ардуино, то разгружаются ресурсы процессора компа, то есть меньше глюков в играх;
Можно использовать не только для игр, но и облегчить пользование ПК для людей с ограниченными возможностями.

Минусы:

Проводное подключение, что в принципе решаемо при помощи Bluetooth модуля, например как HC-05/HC-06. Прошивка поддерживает такую возможность.
Датчик относительно дорогой, я свой покупал за 8 долларов, что считаю завышенной ценой;
Портиться эстетичный вид наушников, но я уверен, что вы сделаете лучше, чем я.

Наверняка у многих появится вопрос, какой смысл крутить голову вокруг монитора если тот стоит на месте? Как было мною сказано на видео, это всего лишь начало темы VR на на моём YouTube канале.

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