Компьютер

Arduino gps трекер для машины. GPS трекер на базе GY-NEO6M своими руками - это просто

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!

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.

У вас никогда не было такого, что вы выходите из торгового центра и не можете вспомнить, где оставили свою машину? У меня было. Существует много приложений для смартфона, помогающих найти авто, но смартфоны дороги.
Поэтому трекер я решил сделать GPS трекер для автомобиля своими руками.

Принцип действия:
Припарковав свою машину, нажмите на кнопку, чтобы автомобильный трекер сохранил ваши GPS координаты в EEPROM, после чего mini трекер можно выключить. Когда вы выходите из здания, трекер вычисляет ваши новые GPS координаты и выводит на дисплей направление, в котором нужно двигаться к вашей машине и расстояние до нее по прямой.

Шаг 1: Модуль автотрекера

Показать еще 3 изображения

Модуль дисплея состоит из нескольких основных компонентов, которые можно заказать на Ибэе:

GPS модуль NEO6M от компании Ublox (на фото)
Магнитометр LSM303DLHC (на фото)
Графический дисплей LCD5110 (на фото)
Кастомная печатная плата Arduino
Литиевый аккумулятор (на фото)

Для питания я использовал 3,7 В литий-ионный аккумулятор. Такие обычно используют для некоторых смартфонов и планшетов, они бывают разных размеров и емкости. Я припаял разъем JST2.0 для подключения аккумулятора, но какой использовать пока не решил.

Вы можете также использовать аккумуляторы типоразмера 18650.
Я купил зарядное устройство на 1А для литий-ионных аккумуляторов с USB разъемом. К нему я прикрепил коннектор JST2.0 для заряда этих аккумуляторов.

Внимание! Стандартный USB порт на компьютере выдает только 0,5 А, поэтому процесс заряда от компьютера будет идти дольше. Заряд займет меньше времени, если использовать источник питания на 1 или 2А, например, USB-адаптер переменного тока.

Схема платы Arduino приложена. Питание регулируется 3,3 В регулятором. S1 – кнопка выключателя.
Buz1,2 – контакты для зуммера, не используются.
Коннектор, помеченный nrf24L01, также не используется.
Коннектор USB-BUB, используется для загрузки скетчей на Arduino.
На фото с дисплеем показана «стрелка», показывающая на предмет и расстояние до него.

Принцип действия:
Модуль GPS постоянно измеряет широту и долготу места нахождения автотрекера. При нажатии кнопки эти данные сохраняются на EEPROM. Таким образом, сохранено место положения вашей машины.
А теперь, допустим, вы вышли из магазина и вспоминаете, где вы оставили свой автомобиль. Включите трекер машины, но не нажимайте на кнопку. Модуль GPS высчитает ваши координаты и вычислит расстояние до сохраненного места положения машины и направление, в котором она стоит. На дисплей будет выведена информация о расстоянии до машины и стрелка будет показывать направление, в котором машина находится.

Шаг 2: Скетчи Arduino

Скетч для автотрекера: файл ArduinoCarTracker.zip

У меня установлен «стандартный» штыревой контакт USB-BUB, поэтому нужен USB-BUB адаптер или аналог (PL2303)
GPS: TinyGPS++ библиотека ссылка
LSM303DLHC: файл Compass.zip

CALIBRATE (Калибровка): эта программа аналогична программе Serial Calibrate в Примерах, но вместо отображения последних считанных данных, она отображает на LCD5110 дисплее максимальные и минимальные считанные данные с каждой оси магнитометра. Эти значения можно использовать для калибровки указания курса и примера маршрута, проведя акселерометр LSM303 через все возможные координаты.

Я изменил программу так, чтобы максимумы и минимумы выводились на дисплей. Запустите программу на модуле трекера. Запустите программу, и медленно и аккуратно поворачивайте и наклоняйте модуль во всех направлениях. Запишите максимумы и минимумы, отображенные на дисплее, и вставьте их в программу, заменяя значения в следующих строках:
compass.m_min = (LSM303::vector){-433, -600, -546};
compass.m_max = (LSM303::vector){+570, +488, +579};
это должно повысить точность компаса.

Когда я качал обновления для Arduino, мне пришлось обновить также библиотеки Adafruit_GFX и Adafruit_PCD8544. Вот ссылки:
Adafruit_GFX
Adafruit_PCD8544
Резюме скетча автотрекера:

Кроме функций setup и loop, я прописал шесть функций:

void setSetPoint(); // установка SetPoint, сохранение координат широты и долготы в EEPROM
void getGPS(); // получение текущих данных GPS
void calculate(); // вычисление дистанции и направления
int getHeading(); // получение данных направления с компаса
byte getPostion(int); // вычисление позиции с помощью направления
void displayDirection(); // выводит данные на дисплей
Блок команд setup() — считывание в EEPROM заданных координат, запуск GPS, компаса, запуск дисплея.
Блок цикличных команд loop() – получение текущих координат с GPS, высчитывание расстояния и направления до заданной точки, вывод на дисплей значения расстояния и стрелки, показывающей направление.
Другие программы для Arduino:
Compass: простой компас, указывающий на север и показывающий направление на дисплее.
GPStoLCD: вывод GPS координат на дисплей.

Время работы аккумулятора: время работы можно увеличить, если убрать диод с модуля GPS.
Заключение: трекер работает нормально. Я редко использую его, потому что он достаточно объемистый и я забываю нажать кнопку выходя из машины.

Еще этот трекер можно использовать на прогулках, чтобы вернуться в то место, откуда вы начали идти.

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.

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!