Обзор gps модуля

Сверхчувствительные GPS-модули

На сегодняшний день российскому разработчику доступно несколько десятков встраиваемых GPS-модулей различных производителей. Ему необходимо лишь выбрать тот приемник, который будет удовлетворять его требованиям к чувствительности, цене, конструктиву и т.д. Но чтобы сделать правильный выбор, необходимо следить за ситуацией на рынке, новинками и тенденциями развития. Cтатья содержит информацию о последних разработках компании EverMore в области OEM-решений GPS.

О компании

Тайваньская компания EverMore с момента своего основания в 1998 году ориентирована исключительно на GPS-продукцию. За 10 лет существования ей удалось накопить приличный опыт и обзавестись весомой номенклатурой. Это один из немногих производителей GPS-продукции, имеющих свой собственный чипсет. В сферу деятельности компании входит производство наборов микросхем, встраиваемых GPS модулей, даталоггеров, законченных персональных навигаторов. Развивая собственные технологии, EverMore не отстает от времени и использует в своих изделиях лучшие разработки в области GPS. Помимо собственного чипсета, компания применяет такие передовые технологии как Sirf Star III, Antaris 4, Nimerix. Подобный подход предоставляет продукции EverMore очень широкие возможности и позволяет составлять конкуренцию лидерам рынка GPS, а так же удовлетворять потребности самых специфических задач в области навигации. Благодаря этому, несмотря на малоизвестность в России, компания имеет большое количество клиентов в Юго-Восточной Азии, Европе и США. При этом качество продукции, так же как и процесс производства, включающий в себя разработку, сборку и тестирование, отмечены сертификатами ISO 9001/14001, QS-9000.

EverMore и ANTARIS 4

Недавно компания представила новые OEM-модули: EB-A801 и EB-A802-P. Их внешний вид представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Внешний вид модулей EB-A801 и EB-A802-P

В основу данных модулей заложен чипсет ANTARIS 4, разработанный совместными усилиями компании U-Blox и Atmel. ANTARIS 4 представляет собой базовую технологию обработки навигационных сигналов. Она обеспечивает отличные навигационные характеристики в любых условиях, в том числе в зонах с ограниченной видимостью небосвода или же в зонах со слабым сигналом. При этом точность определения координат поддерживается на одном уровне. Это достигается применением большого количества корелляторов, параллельно обрабатывающих принимаемые сигналы, а также специального алгоритма интегрирования. Кроме всего прочего, чипсет ANTARIS 4 имеет на борту встроенный температурно-скомпенсированный кварцевый генератор (TCXO). Все это позволяет принимать и обрабатывать данные при уровне сигнала, приближающемся к -159 дБм. Кроме того, ANTARIS 4 обеспечивает очень низкое энергопотребление. Данный факт делает устройства, основанные на этом чипсете, чрезвычайно привлекательными для различного рода автономных приложений, где фактор экономичности в большинстве случаев является определяющим. Чипсет ANTARIS 4 включает в себя набор микросхем. В него входят малошумящий усилитель входного сигнала, микросхема приема и обработки радиосигнала и микросхема анализатора группового сигнала. Наличие такой конфигурации позволяет создавать законченные малогабаритные GPS-модули, не требующие дополнительных внешних элементов. На рисунке 2 представлена типовая архитектура GPS-модуля, построенного на базе технологии ANTARIS 4.

Рис. 2. Типовая архитектура GPS-модуля, построенного на базе технологии ANTARIS 4

Особенности модулей

Опираясь на вышесказанное, можно сделать вывод, что модули EverMore EB-A801 и EB-A802-P, основанные на чипсете ANTARIS 4, обладают всеми преимуществами технологии. Благодаря тому, что модули включают в себя малошумящий усилитель входного сигнала, они способны работать как с активной, так и с пассивной антенной и показывать отличные характеристики. Большим достоинством является наличие встроенного USB-порта. Это устраняет потребность в дорогом serial-to-RS-232 или serial-to-USB-преобразователе, что делает модули plug-and-play совместимыми с любым PC окружением.

Потребление модулей EB-A801 и EB-A802-P очень мало. Оно составляет всего 39 мА. Этот параметр можно снизить еще больше благодаря поддержке функции FixNOW. При включении данной функции модуль отключается при пропадании GPS-сигнала и включается через заданные промежутки времени для повторных попыток «захвата» сигналов спутников системы позиционирования. Кроме того, возможно устанавливать принудительное отключение и включение модуля при наличии хорошего сигнала. Это полезно в тех случаях, когда не требуется частое определение координат. Таким образом, можно снизить потребление приемника до 80 мкА и увеличить срок службы устройства в автономном режиме.

Модули EB-A801 и EB-A802-P не требуют дополнительной инициализации. Передача GPS-данных осуществляется сразу же после включения. Поддержка специального бинарного протокола UBX позволяет конфигурировать режимы работы выходных портов, типы выдаваемых сообщений, получать «необработанные данные», включать режим быстрого «захвата» или режим повышенной чувствительности. Оба модуля обеспечивают формирование высокоточного импульса в секунду (1 pps), синхронизированного со Всемирным скоординированным временем (Universal Time Coordinated, UTC).

Особенность технологии ANTARIS 4 такова, что модулям, основанным на ней, не требуется дополнительные внешние элементы. Типовая схема включения модуля EB-A802-P в минимальной конфигурации показана на рисунке 3. Для ее функционирования достаточно подключить антенну, микроконтроллер и подвести питание. В случае применения активной антенны необходимо подать питание на предназначенный для этого вывод.

Рис. 3. Типовая схема включения модуля EB-A802-P в минимальной конфигурации

Интересной особенностью модулей является поддержка технологии SBAS (спутниковая подсистема дифференциального сервиса). Данная подсистема включает в себя несколько технологий: WAAS, EGNOS, MSAS. Все они поддерживаются модулями. Назначение SBAS — увеличение точности определения с помощью дифференциальных поправок, передаваемых через сеть геостационарных спутников. Эти спутники передают сигналы на частоте L1, на которой вещают все спутники системы GPS. Данная система позволяет увеличить точность определения координат до 2 метров.

В целом параметры модулей EB-A801 и EB-A802-P одинаковые. Они приведены в таблице 1. Основное отличие заключается в меньших размерах EB-A802-P и наличии у него встроенной EEPROM (ППЗУ). Это позволяет сохранять данные и конфигурацию приемника при выключении питания, а в случае необходимости производить обновление программного обеспечения.

Таблица 1. Базовые технические характеристики GPS-модулей различных производителей

Обзор GPS/ГЛОНАСС-модулей

Сегодня возможности спутниковой навигации востребованы практически во всех отраслях экономики — от энергетики и связи (синхронизация и тайминг) до строительства и сельского хозяйства. Одна из наиболее массовых областей применения спутниковых радионавигационных систем (СРНС) — транспорт и транспортная телематика. В нашей стране ГЛОНАСС является технологической основой и для развития интеллектуальных транспортных систем.

Благодаря усилиям государства рост рынка навигационных услуг происходит очень динамично, что благоприятно сказывается на объемах нового сегмента экономики страны. Развивающийся рынок требует разнообразия технических решений, способных сделать оборудование с ГЛОНАСС конкурентоспособным на рынке конечных устройств.

Обзор текущих производителей чипов

В настоящее время существует большая потребность рынка в приемниках GPS/ГЛОНАСС в модульном исполнении. Существующие мультисистемные модули (обрабатывающие спутниковые сигналы ГЛОНАСС, GPS, Galileo) пока не соответствуют предъявляемым к ним требованиям:

  • чувствительность от –185 до –190 дБВт;
  • максимальная потребляемая мощность 100 мВт;
  • приемлемая стоимость приемника $12–18;
  • ориентированность на коммерческий рынок;
  • габариты, сравнимые с современными GPS-модулями;
  • возможность работы с пассивной антенной.

Лидеры рынка GPS-чипов приступили к созданию и выпуску мультисистемных GPS/ГЛОНАСС-модулей (табл. 1), и в 2012 г. ожидается снижение цен на них до $14–18 за шт.

Таблица 1. Планы производителей GPS/ГЛОНАСС-чипов

Производитель

Модель

Teseo II STA8088EX

Поддерживаемые GNSS

L1 ГЛОНАСС
L1 GPS/SBAS
L1 GALILEO COMPASS

L1 ГЛОНАСС
L1 GPS

L1 ГЛОНАСС
L1 GPS

L1 ГЛОНАСС
L1 GPS

L1 ГЛОНАСС
L1 GPS
L1 GALILEO

L1 ГЛОНАСС
L1 GPS/SBAS

L1 ГЛОНАСС L1 GPS/SBAS L1 GALILEO COMPASS

Сроки выпуска (квартал 2011 г.)

Сравнение модулей по техническим параметрам

Были протестированы следующие приемники (табл. 2):

  • NV08C-CSM производства ЗАО «КБ НАВИС» (Россия);
  • S1722G2FG производства SkyTraq (Тайвань);
  • «ГеоС-1М» производства КБ «ГеоСтар навигация» (Россия).

Таблица 2. Анализ технических характеристик ГЛОНАСС/GPS-модулей

Модуль

Рабочие сигналы ССРН

L1 GPS/SBAS
L1 GLONASS

L1 GPS/SBAS
L1 GLONASS

L1 GPS/SBAS
L1 GLONASS
L1 GALILEO/COMPASS OS Data+Pilot

Количество и распределение каналов приема сигналов ССРН

24 канала
(12 GPS,12 ГЛОНАСС)

88 каналов свободного распределения по ССРН

32 канала свободного распределения по ССРН

Чувствительность, дБм

Режим обнаружения

Режим сопровождения

Точность определения (CEP)

Автономный режим, м

Режим коррекции SBAS

Режим коррекции RTCM SC104

Точность метки 1PPS, нс

Ограничения
по параметрам
движения

Высота, м

Скорость, м/с

Ускорение

Временные параметры старта (TTF), с

Холодный

Теплый

Горячий

Частота обновления данных (максимальная), Гц

Диапазон напряжения питания приемника, В

Диапазон напряжения на входе Vbat, В

Ток потребления, мА

Режим обнаружения

Режим сопровождения

Типы контактных площадок

Масса, г

Размер, мм

В таблице также приведены характеристики модуля SIM18 (выполнен на чипсете SiRF Star 4 only GPS производства SIMCOM, КНР).

Основными параметрами для сравнения были выбраны:

  • технические характеристики, заявленные производителем приемника;
  • качество и полнота технической документации;
  • функционал тестовой программы производителя;
  • технические параметры, показанные в процессе испытаний приемника.

Анализ технических характеристик позволяет сделать вывод о том, что модуль NV08C-CSM по совокупности параметров значительно превосходит модели «ГеоС-1М», S1722G2F и SIM18. Особенно привлекательно выглядят энергопотребление; поддерживаемые спутниковые сигналы; частота обновления данных; точность определения координат; диапазон питающего напряжения.

Тестовые испытания

Тестирование модулей производилось в двух режимах, была собрана схема согласно рис. 1.

Рис. 1. Схема тестового стенда

В статике использовались антенны из одной и той же партии, замеры производились одновременно, что позволяло исключить разницу результатов. Кроме того, это обеспечивало одинаковые условия приема спутниковых сигналов.

В динамике антенны устанавливались на крышу транспортного средства и снимались треки движения ТС в условиях «открытой местности» и «высотной застройки».

Читайте также  Новые технологии светодиодного света

Сравнение модулей на точность определения координат в статическом режиме в условиях ограниченной видимости спутников и при наличии помех

Тесты проводились в следующих условиях:

  • Антенна приемника располагается на металлическом основании (подоконник окна) 2-го этажа десятиэтажного здания. Здание кирпичное, в бетонных перекрытиях имеется арматура. Такие условия вызывают значительное затухание и переотражение сигналов, Для приема прямых сигналов доступна только северная полусфера небосвода.
  • По условиям радиопомех в диапазоне сигналов СРНС расположение антенны характеризуется наличием мощных источников радиоизлучения, в частности коллективной радиостанции, работающей в диапазонах КВ и УКВ с большими мощностями. Антенная система представляет собой управляемые двойные квадраты. Дальность до антенн порядка 100 м.

Кроме того, в 500 м от антенн расположена базовая станция оператора сотовой связи с четырехсекторными антеннами, работающими в диапазоне 900/1800 МГц. Результаты сравнения приведены на рис. 2. Обработка проводилась в программе SiRFLive 2.

Рис. 2. Сравнение приемников на точность определения координат:
а) NV08C-CSM;
б) «ГеоС-1М»;
в) SIM 18 (GPS SiRF Star 4);
г) S1722G2F.
Радиус внешнего круга 35 м; внутреннего — 17,5 м; время измерения >30 мин.

Исходя из полученных диаграмм, можно сказать, что самую большую кучность и, соответственно, точность в статическом режиме в сложных условиях показал модуль S1722G2F.

Сравнение модулей на точность построения треков в условиях ограниченной видимости спутников в динамическом режиме

Для тестирования антенна устанавливалась на крышу автомобиля. Были произведены три поездки в различных условиях приема сигналов. Запись трека велась при поездке в зоне с высокой плотностью застройки — узкие улицы многоэтажных домов.

Исследование показало, что спутники сопровождаются уверенно (без катастрофического пропадания сигналов) и количество их в решении составляет от 12 до 18 по двум системам СРНС.

На рис. 3–5 полученные треки совмещены с картой, что позволяет наглядно оценить работу модулей.

Рис. 3. Движение сквозь туннель

Рис. 4. Движение внутри дворовой территории

Первый и последний, кто точно вычислил координаты, был модуль компании SkyTraq S1722G2FG. К тому же он продолжал выдавать координаты и в туннеле, основываясь на эфемеридах и отраженных сигналах.

Стоянка внутри дворовой территории показала, что не в лучшую сторону отличился NV08C-CSM: он не сохранил требуемой стабильности в выдаче координат, в то время как все остальные модули приемлемо отражали действительность.

На рис. 5 представлены результаты полученных треков при движении внутри территории высотного дома (25 этажей), выполненного в виде подковы. Кроме того, в непосредственной близости от выбранного участка находятся еще четыре высотных дома (28–30 этажей).

Рис. 5. Движение внутри дворовой территории

Видно, что единственный отличившийся — GPS-модуль на чипсете SiRF Star 4 SIM18. Остальные не передали реальной траектории движения, отмеченной на рисунке зеленой линией. К тому же модуль «ГеоС-1М» после выезда из территории с ограниченной видимостью не смог сразу вернуться к решению навигационной задачи.

Выводы

Время выхода на решение навигационной задачи у всех приемников практически одинаково и сопоставимо с паспортными данными. Это же касается и восстановления выдачи навигационного решения при кратковременной потере сигнала. Время холодного старта в условиях ограниченной видимости спутников у приемника NV08C-CSM наибольшее (табл. 3).

Таблица 3. Сравнение полученных результатов

Модуль

NV08C-CSM

«ГеоС-1М»

S1722G2F

SIM18
(GPS SiRF Star 4)

Количество спутников
видимых/захваченных

21/(6 GPS,
5 ГЛОНАСС)

12/(2 GPS,
7 ГЛОНАСС)

21/(9 GPS,
6 ГЛОНАСС)

Соотношение сигнал/шум, дБГц

Среднее время
«холодного старта», с

Радиус разброса координат
в статическом тесте, м

Высокую точность и стабильность в статическом режиме при видимости половины небосвода показал модуль S1722G2F (разброс 5 м).

Точность определения координат в условиях ограниченной видимости спутников у приемника S1722G2F выше, чем у «ГеоС-1М», NV08C-CSM и SIM18. Поездки в городских условиях показали, что спутники сопровождаются уверенно (без катастрофического пропадания сигналов), и количество их в решении составляет от 7 до 15 по двум навигационным системам. По точности построения трека в сложных условиях среди мультисистемных модулей лидируют S1722G2F и «ГеоС-1М».

Самая полная и лучшая техническая документация составлена для модуля NV08C-CSM, а программа для работы с модулем позволяет производить его расширенную настройку по бинарному протоколу.

По результатам тестов можно однозначно утверждать, что применение мультисистемных приемников дает преимущество перед моносистемными.

Обзор GPS модуля NEO-6M

Автор: Сергей · Опубликовано 14.11.2020 · Обновлено 13.11.2020

В этой статье расскажу, как работать с модулем глобальной системы позиционирования (GPS) на чипе NEO-6M (U-Blox). Это очень популярный, недорогой и высокопроизводительный модуль GPS с керамической антенной, встроенным чипом памяти и резервной батарей.

Технические параметры

► GPS модуль: U-Blox NEO-6M-0-001;
► Встроенная батарейка для быстрого, холодного старта;
► Чувствительность: -161 dBm;
► Скорость обновления: 5 Гц;
► Интерфейсы: UART (выведен), SPI, DDC, IIC;
► Передает координаты в формате: NMEA;
► Скорость подключения по умолчанию по UART: 9600 бод;
► Есть активная антенна;
► Напряжение питания: 3 – 5 В;
► Возможность работы с программами: U-Center и т.п.;
► Размеры платы: 57 х 25 x 15 мм;
► Вес комплекта: 18 г.

Общие сведения

Основа модуля это небольшой GPS-чип NEO-6M (NEO-6M-0-001) от u-blox с шагом контактов 0.1 мм. Для связи с микроконтроллером используется UART (TTL) с поддерживаемой скоростью передачи данных от 4800 до 230400 бод, по умолчанию 9600 бод. Чип способен отслеживать до 22 спутников на 50 каналах с большим уровнем чувствительности -161 дБ при потреблении тока питания всего 45 мА.
Так как рабочие напряжение чипа NEO-6M от 2.7 до 3.6, на модуле установлен стабилизатор напряжения MIC5205 с выходным напряжение 3.3 В.

На модуле дополнительно установлена микросхема HK24C32 (EEPROM) с памятью 4 КБ, которая подключена к NEO-6M через интерфейс I2C и перезаряжаемая батарейка, которая действует как суперконденсатор. С их помощью модуль NEO-6M значительно сокращает определение местоположение, до 1с.
В EEPROM хранятся данные часов, последние данные о местоположении (данные об орбите) и конфигурацию модуля. Батарейка автоматически заряжается при включении модуля и сохраняет данные до двух недель.
Так же, на моем модуле установлен microUSB разъем, с помощью которого можно подключить модуль напрямую к компьютеру, что позволяет получать данные минуя контроллер Arduino.

Светодиодный индикатор NEO-6M:
На модуле GPS NEO-6M установлен светодиод, который показывает состояние определения местоположения.
Не мигает — поиск спутников.
Мигает каждые 1 с — определение местоположения найдено (модуль видит достаточно спутников).

Назначение контактов модуля NEO-6M:
Модуль NEO-6M содержит 4 контакта, шагом 2.54 мм.
GND — заземляющий вывод питания;
TxD — вывод для передачи данных;
RxD — вывод для получения данных;
VCC — вывод питания 5 В.

Пример №1 — Подключение модуля GPS NEO-6M к Arduino

Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Модуль GPS на чипе NEO-6M с microUSB x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
► Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.

Особенность модуля NEO-6M в том, что он начинает выдавать данные по UART после включения. Если у Вас модуль без USB разъема, как у меня, можно воспользоваться обычным TTL конвертором (CH340 или PL2302), в моем случаи в качестве конвертора используется плата Arduino UNO.

Подключение:
В данном примере используем модуль GPS NEO-6M и Arduino UNO R3. Теперь необходимо подключить, выводы Tx и Rx на NEO-6М подключаем к выводам 2 и 3 на Arduino, так как будем использовать программный последовательный порт для связи. Осталось подключить питание GND к GND и VCC к 5V, схема собрана, теперь надо подготовить программную часть.

Программа:
Копируем данный скетч в среду разработки Arduino IDE.

Главное о GPS-навигации: что это gps модуль и его функции?

Невероятно нужной современным автомобилистам стала услуга GPS навигации, позволяющая определять с точностью до 500 метров нахождение автомобиля, скорость, с которой он движется. Не заблудиться в каменных джунглях пользователям мобильной техники позволяют две технологии, в основе которых лежит gps модуль. Чтобы понять, что это gps модуль, нужно поближе познакомиться с технологиями.

О технологиях

  • Первая из них – это спутниковая глобальная система, которую придумали для военных американские ученые. Позже она стала доступна простым пользователям мобильными устройствами. Это и есть собственно GPS.
  • Вторая – технология AGPS, которую не стоит сравнивать с A-GPS. Определить координаты с ее помощью можно, если пользователь пребывает в зоне, где есть сотовое покрытие.

Достоинством GPS модуля и в целом навигатора является точность – координаты определять возможно с вероятностью до пяти метров. Несмотря на то, что пользоваться спутниками могут все желающие, заплатить единовременную плату придется за навигационные карты и специальные программы.

Есть у GPS и недостатки – он функционирует только в ясную погоду, поскольку в пасмурные дни трудно отыскать необходимое число спутников. На этот случай имеется иная технология, по которой навигатор подключается к специальному серверу, вместо того, чтобы посылать сигналы на спутники.

Данные о нахождении спутников он скачивает с этого сервера и, пользуется этим, гораздо быстрее обнаруживает последние. С помощью сотовой программы местоположение определяется с меньшей точностью, но погодные условия не влияют на работу.

Читайте также  Установка датчика света на авто

Принципы работы схожи с работой спутниковой навигационной системы: с трех базовых (минимум) станций сигналы поступают на смартфон. По их силе вычисляются координаты. С AGPS куда-либо добраться получится вряд ли, но не потеряться на карте получится.

Устройство GPS

Она наиболее простое их всех. При помощи GPS-приемника происходит общение со спутниками, но навигацию он не обеспечивает. Если же его подсоединяют к компьютеру, ноутбуку, смартфону и т.д., и имеется соответствующее программное обеспечение, можно попасть в любое место. Очень помогает он туристам, передвигающимся по лесным и горным тропам, где легко потеряться.

Автомобильные навигаторы

Среди навигационных устройств наиболее популярны автомобильные навигаторы с модулем GPS, представляющий собой небольшого размера сенсорный экран, работа которого осуществляется от операционной системы. Навигационную программу устанавливает производитель. Заменить ее, не нарушая лицензии, невозможно.

Рекомендуем:

  • Gps с видеорегистратором: нужно ли устанавливать его в автомобиль
  • Почему литиево-воздушные батареи хотели не применять в электромобилях Tesla
  • Законы кирхгофа для электрической цепи и их использование?

Сматрфоны с модулем GPS

Но, уже на ранках появился и другой класс устройств. Это смартфоны со встроенным модулем GPS. Помимо того, что они подсказывают дорогу, устройства позволяют сделать звонок и многое иное. Пока у них несколько существенных недостатков: малый экран, слабая программная база, требующая частого соединения с Интернет, плохая видимость на карте, да и сами карты хороши не совсем. Поэтому их пока лучше использовать не для навигации автомобильной, а для пешеходной и городской.

Устройства с сотовой навигацией

Последний тип без встроенного GPS модуля– смартфоны AGPS (с сотовой навигацией), который, правда, не определяет местонахождения, но незаменим для нахождения какого-нибудь неизвестного переулочка.

Как выбрать навигатор?

Поскольку существует масса моделей навигаторов, сложно разобраться какая лучше. Поэтому рекомендуется при покупке выбрать их несколько, чтобы сопоставить характеристики.

Основные функции автонавигатора GPS

Их не так мало:

  • прослушивание MP3-файлов посредством записи любимых композиций на встроенную память или с помощью флеш-карты, вставляемой в навигационное устройство. В большей части устройств размер памяти составляет 2-4 Гб;
  • просмотр фильмов на экране навигатора и клипов в разных форматах, которое в пробках поможет скоротать время. При этом, нужно помнить, что эта функция основной не является и не в состоянии сравниться с полноценным проигрывателем DVD;
  • нередко в приборах присутствует функция просмотра изображений в графическом файле типа GIF и JPEG;
  • устройство, транслирующее голосовые подсказки и музыку на автомобильную аудиосистему — FM-трансмиттер. Удобна потому, что динамики час то не могут заглушить шум работающего двигателя;
  • еще одна функция «свободные руки» дает возможность пользоваться за рулем телефоном — Hands-Free. Реализована «громкая связь» через Bluetooth, т.е. соединение навигатора с мобильным телефоном с динамиком и микрофоном. Помимо этого, Bluetooth дает возможность загрузки в навигатор новых карты и маршрутов;
  • очень востребованная функция загрузки пробок, которая помогает маршрут проложить так, чтобы не попасть в дорожный затор;
  • ТВ-тюнер, встроенный в устройство, принимающий цифровое и аналоговое телевидение;
  • поддерживающий сим-карту сотовой сети модуль GSM/GPRS, позволяющий навигатору быть одновременно интернет-браузером и мобильным телефоном. Оснащенные модулемGPRS навигаторы предоставляют данные о пробках;
  • разъем AV.

При его помощи от внешних источников данные можно передавать на навигатор:

  • с приставки игровой;
  • DVD – плеера;
  • камеры заднего вида, используемой для парковки.

Характеристики навигаторов

Основные:

  • время работы прибора, в течение которого он способен работать на сменных батареях или встроенной батарее аккумуляторной;
  • величина постоянной памяти (встроенной). Особое значение имеет характеристика в случае отсутствия слота для памяти дополнительной;
  • память оперативная, служащая непосредственно для работы (расчета маршрута и пр.), а не для хранения информации. Характеристика определяет быстродействие навигатора и равна в большинстве моделей 128 Мб, хотя может достигать и 512;
  • чипеет – главный элемент устройства, благодаря которому происходит связь со спутниками, определяется местонахождения авто;
  • количество каналов приемника, которое соответствует числу спутников, работающих одновременно с навигатором (минимум их должно быть три). Если их больше, возрастает точность. В некоторых навигаторах их от 20 до 32;
  • частота процессора, означающая, как и для компьютера, число операций, одновременно выполняемых за секунду.

Видео: Как подключить GPS-модуль к Arduino

Модули GPS в Arduino: подключение NEO 6 и обзор программ U-Center

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

Обзор программ для работы с GPS на компьютере

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

Ссылка на скачивание – https://www.u-blox.com/en/product/u-center-windows

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

Ссылка на скачивание http://softwaretopic.informer.com/trimble-gps-studio/

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

Ссылка на скачивание http://www.fugawi.com/web/products/fugawi_global_navigator.htm

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

Ссылка на скачивание www.3dwamp.com

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.

Читайте также  Как рассчитать ток однофазного короткого замыкания?

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.

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.

GPS-модуль GYGPSV5-NEO на чипе NEO-M8N с активной керамической антенной

  • Цена: $25.50
  • Перейти в магазин

В процессе развития моего GPS-логгера,
был получен новый модуль — GYGPSV5-NEO — с поддержкой GLONASS,
причем, одновременно с GPS.

Модуль построен на чипе NEO-M8N; говорят, что NEO-7 позволяют определять положение только по GPS или только по GLONASS, и нужно между ними переключаться — наш же модуль определяет одновременно.

Посылка пришла в чёрном пакете с защитой от падений
в виде нескольких слоев утеплителя:

GPS-модуль на чипе NEO-M8N с активной антенной был упакован в пакетик со штрих-кодом:


В комплект также входит кабель, длиной 20см, вставляется он в разъём, пины которого продублированы на обратной стороне платы, что позволяет к ним подпаяться и не курочить ни кабель, ни разъемы (но нужно будет отодрать антенну):


Размерами (33мм x 33.5мм) данный модуль превосходит прошлый GY-NEO6MV2, из этого обзора:


На поверхности антенны наклеек нет, есть какие-то две прорези и не по кругу пропаенное соединение (пайка прерывается как раз со стороны прорезей, может, это какая-то хитрая китайская задумка?):


Приклеена к обратной стороне платы толстым, порядка полтора миллиметра, двухсторонним скотчем, отрывается поворотов:


Экран антенны крепится к плате не в четырёх, как в прошлом модуле, а в двух местах — отпаивать удобнее:


На странице описания товара имеется принципиальная схема, «на борту» имеется микросхема с маркировкой «A983 2420» — это цифровой компас, его выводам SDA и SCL соответствует отдельная пара клемм на разъёме и проводков белого и синего цветов:


Напряжение на встроенной «батарейке» при подключенном питании составоляет 3.1В, без — 2.8В.

Данный модуль спроектирован для любителей квадракоптеров, как в этом обзоре, я же планирую использовать его для записи трека в надежде на быстрый старт и более точное определение местоположения.
Качаем нужный софт отсюда — www.u-blox.com/en/evaluation-software-and-tools — я скачал u-center Windows, как с ним работать, я описывал в предыдущем обзоре, подключаем модуль к компьютеру через USB-to-TTL или любым удобным способом по последовательному потру и смотрим, что пишет нам модуль:

Это в помещении, как он ловит спутники под открытым небом, будет чуть ниже по тексту. Для удобства работы с NMEA, я выбрал для вывода данных только этот протокол на вкладке UBX>CFG>PRT. Нужно быть предельно осторожным и не отключить UBX на ввод, чтобы не потерять возможность работы с устройством из программы по этому бинарному протоколу!


По хорошей погоде, с балкона второго этажа нашло несколько спутников:

В принципе, на этом можно закругляться, но я решил перепрошить модуль. «Из коробки» при инициализации выводится такая информация:

После обновления прошивки — такая:

Прошивку качал с официального сайта — u-blox 8/M8 Firmware v 3.01 for Standard Precision GNSS:
www.u-blox.com/sites/default/files/GNSS-FW3.01_ReleaseNotes_%28UBX-16000319%29_Public.pdf
www.u-blox.com/sites/default/files/UBX_M8_301_SPG.911f2b77b649eb90f4be14ce56717b49.bin
Новейший uCenter v8.21 не мог загрузить её, выдавая сообщение, намекающее, что устройство не оригинальное. Однако, скаченный по ссылке из этой статьи uCenter v8.2, отработал на «Ура»:


Также, на всякий случай, перед прошивкой сохранил (1) конфиг, а потом загрузил его (2):

Почему-то после перепрошивки некоторые опции не сохранялись, например ставлю галочки в UBX>CFG>ANT, нажимаю [Send] — галочки сбрасываются. Вышеупомянутое восстановление конфига из файла помогло!

Собрал, всунул в бардачок, расположенный на раме велосипеда и поехал на базар — записывать трек начало аж через 7км после продолжительной остановке на базаре! (может, потому что в настройках GPS-модуля UBX>CFG>NAV5 был выбран режим пешехода?).

Траектория не очень, по крайней мере, в некоторых мобильниках лучше (визуалезировано через сайт www.gpsvisualizer.com/):


А чтобы визуализировать NMEA-файл через uCenter, нужно сначала записать небольшой ubx-файлик, затем добавить в него NMEA-строки из своего:


Во время записи трека, модуль располагался вертикально в коробке возле алюминиевой рамы и питался от телефонного аккумулятора (3.7В), если расположить его строго горизонтально, как положено в квадрокоптерах и подать 5В, — уверен, точность и скорость работы возрастут.

Через 2 дня

При хорошем питании даже с балкона «сразу» ловит много спутников:

Проехал 17 км — результатом доволен: трек пишет очень точно, я бы сказал, с точностью до 2 метров. Так, движение по дороге на открытой местности:


По городу между домов:


в uCenter такая картина по спутникам:


Dynamic model в настройках UBX>CFG>NAV5 установлена как Automotive — то есть, я как бы автомобиль; выбрано на авось, может это тоже повлияло на точность.

Также, стоит напомнить о встроенном цифровом компасе, отсутствии корпуса у данного товара, и упомянуть о наличии дополнительных площадок для припаивания антенны.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.