Учебное пособие: Freedom Board с щитом Adafruit Ultimate GPS Data Logger

Много раз я начинаю с проекта и учебного пособия, только чтобы меня прервали из-за неотложных задач и заданий. Долгое время я хотел добавить функциональность GPS (Global Positioning System) в один из моих проектов. Хотя несколько месяцев назад я начал заниматься этим, мне потребовалось до этого уик-энда, чтобы закончить хотя бы первую часть: регистратор данных SD-карты с GPS :-): я рассчитываю информацию о глобальном местоположении и времени, могу использовать ее в Google карты и хранить его на SD-карте:

Adafruit Ultimate GPS-модуль и щит

В этом руководстве рассказывается об использовании Adafruit Ultimate GPS Data Logger Shield с Eclipse и Processor Expert. Я использую плату Freescale FRDM-KL25Z, но в целом можно использовать любую плату или оборудование, если у меня на микроконтроллере 5 В, GND и RX.

Adafruit предлагает несколько предложений GPS:

1. Модуль только GPS ( http://www.adafruit.com/products/746 )
2. Экран регистратора данных ( http://www.adafruit.com/products/1272 ), который включает в себя слот для карты Micro SD и область прототипирования
3. Носимый модуль GPS ( http://www.adafruit.com/products/1059 )
4. Один модуль приема GPS ( http://www.adafruit.com/products/790 )

Я заказал версию щита регистратора данных из-за встроенного гнезда для SD-карты :-). Оба варианта поставляются с резервной батареей, которая хранит время / данные в модуле GPS. Модуль поставляется с внутренней патч-антенной, которая работала очень хорошо для меня, даже внутри компании. Я рекомендую внешнюю антенну для лучшей производительности отслеживания.

: idea: Если вы заказываете внешнюю антенну ( http://www.adafruit.com/products/960 ), не забудьте заказать кабель SMA-to-uFL ( http://www.adafruit.com/products/ 851 ).

Я настоятельно рекомендую прочитать учебник Adafruit: https://learn.adafruit.com/adafruit-ultimate-gps-logger-shield.

Настройка оборудования

Щит поставляется с заголовками и резервной батареей:

Информация о плате

На плате имеется сдвиг уровня 3.3 В, так как на SD-карте и в модуле GPS напряжение составляет 3,3 В. Плата питается от 5В и генерирует 3,3В с помощью преобразователя постоянного тока RT9193.

Для линий Tx / Rx модуля GPS имеется «прямой последовательный переключатель» с цифровым входом / выходом D0 / D1 экрана Arduino. Таким образом, сигналы могут быть направлены непосредственно на чип OpenSDA K20 и отправлены на хост-компьютер (как прямое последовательное соединение с хост-ПК). Я не использовал эту опцию, но использовал сигналы непосредственно с микроконтроллера.

Заголовки

Вместо этого, используя включенные заголовки, я решил использовать «стекирующие заголовки», чтобы я мог легко проверять сигналы и складывать экраны. «Стекируемые заголовки» предоставлены многими источниками, например Pololu # 1035 .

: idea: При использовании экрана в среде с вибрацией рассмотрите возможность использования заголовков «прецизионных разъемов», так как эти наращиваемые заголовки являются заголовками с проволочной обмоткой и могут вызвать проблемы с контактом.

Я рекомендую использовать другой щит для выравнивания заголовков перед началом пайки:

R5 10 кОм, напряжение до 5 В

Хотя экран работает с системами 3,3 В, имеется подтягивающий резистор 10 кОм (R5), который поднимает линию выбора микросхемы SD-карты до + 5 В (перед переключателем уровня 3,3 В на SD-карту). Смотрите схему платы здесь .

Поскольку я хочу управлять этой линией с помощью своего ядра ARV 3.3 В, я решил удалить R5:

Заголовок мини-сигнала

Есть еще один мини-заголовок, в котором есть все важные сигналы:

1. 3 В, генерируемые встроенным преобразователем постоянного тока
2. CD (SD Card Detect)
3. CCS : SD Chip Select
4. PPS : GPS-импульс в секунду
5. TX : последовательный от модуля GPS до микроконтроллера
6. RX : последовательный от микроконтроллера к модулю GPS

Я тоже добавил туда заголовок:

Затем вставьте резервную батарею стороной «+» вверх.

Минимальные подключения для режима GPS

Для получения информации GPS необходимы только три провода: 5 В, GND и GPS TX. Легко подключить экран «вне стека» к плате FRDM следующим образом:

Эта установка идеально подходит для сортировки назначений выводов. Убедитесь, что переключатель находится в положении «Soft Serial»:

Для новой платы я рекомендую прототипировать соединения на первом этапе:

После этого я подключил соединения на задней панели так:

Для FRDM-KL25Z у меня есть следующие подключения к микроконтроллеру:

1. SD MISO: PTD3
2. SD MOSI: PTD2
3. SD CLK: PTD1
4. SD CS: PTD0
5. SD CD: PTD5
6. GPS Rx: PTE0
7. GPS Tx: PTE1
8. GPS PPS:
   
   PTC8
   PTD4

На этом настройка оборудования завершена. Следующим шагом является написание программного обеспечения :-).

Проект Eclipse с экспертом по процессору

Полный проект, созданный с помощью Eclipse (см. « Построение IDE для класса с Eclipse для ARM ») и Processor Expert, доступен на GitHub здесь . Я не буду вдаваться в детали создания проекта. Вместо этого я показываю самые важные настройки. Проект уже включает в себя настройки для SD-карты. См. « Учебник. Регистратор данных с платой FRDM-K64F », как это работает.

Сигнал GPS PPS: ExtInt (внешнее прерывание)

Как только GPS-приемник имеет блокировку, он генерирует импульсный сигнал PPS каждую секунду в течение 100 мс:

Я использую компонент ExtInt (External Interrupt) Processor Expert для запуска на переднем фронте: таким образом я могу либо просто считать импульсы, либо синхронизировать свои внутренние часы с ним.

GPS Rx / TX: AsynchroSerial

Я использую компонент AsynchroSerial для взаимодействия с линиями Rx / Tx GPS-приемника. Поскольку приемник постоянно отправляет данные со скоростью 9600 бод по умолчанию, он настроен на эту скорость:

Разбор сообщений NMEA

GPS постоянно отправляет сообщения NMEA. Чтобы увидеть их, вы можете использовать команду

nmea print msg on

Для получения более подробной информации о предложениях NMEA и данных, которые они содержат, посетите этот сайт

Наиболее интересным является сообщение $ GPRMC ( RMC , рекомендуемые минимальные данные):

Сообщение содержит элементы, разделенные запятыми, и заканчивается \ r \ n:

$GPRMC,105056.000,A,4700.2752,N,00835.1145,E,0.33,106.84,310514,,,A*6D

означает:

• $ GPRMC : начало сообщения RMC
• 105056.000 : время (чч: мм: сс, мс) в GMT (время по Гринвичу). Ваше смещение часового пояса должно быть добавлено. Я в GMT + 1, поэтому мне нужно добавить один час.
• A (активен, заблокирован) или V (пуст, нет блокировки)
• 4700.2751, N : широта 47 градусов, 00.2751 десятичных минут на север
• 00835.1145, E : долгота 8 градусов, 35.1145 десятичных минут на восток
• 0,33 : скорость над землей в узлах
• 106,84 : угол следа в градусах
• 310514 : дата (дд.мм.гг)
• ,, : следующие два поля всегда пусты?
• A : кажется, повторение флага Active или Void?
• * 6D : контрольная сумма, все между ‘$’ и ‘*’

Я реализовал первую версию парсера. См. Https://github.com/ErichStyger/mcuoneclipse/blob/master/Examples/Eclipse/FRDM-KL25Z/FRDM-KL25Z_Adafruit_GPS/Sources/NMEA.c .

Анализатор находится в задаче FreeRTOS: он указывает сообщения NMEA со светодиодами, извлекает символы сообщения и сохраняет их в глобальном буфере:

static portTASK_FUNCTION(NmeaTask, pvParameters) {
  GPS_TComData ch;
 
  (void)pvParameters; /* parameter not used */
  GPS_ClearRxBuf(); /* clear GPS RX buffer, as it already could contain some data */
  for(;;) {
    /* indicate we are receiving data from GPS with green and red LED */
    if (GPS_GetCharsInRxBuf()==0) {
      LEDR_Neg(); LEDG_Off(); /* blink red led if no GPS data */
    } else {
      LEDR_Off(); LEDG_Neg(); /* blink green led if we have GPS data */
    }
    while(GPS_GetCharsInRxBuf()!=0) { /* do we have data? */
      if (GPS_RecvChar(&ch)==ERR_OK) { /* yes, and no problem to get it */
        ReadChar(ch); /* read character and store in buffer */
        if (NMEA_printMsg) { /* print messages to console? */
          CLS1_SendChar(ch); /* yes, print it */
        } /* if */
      } /* if */
    } /* while */
    FRTOS1_vTaskDelay(200/portTICK_RATE_MS); /* give back some time */
  }
}

Как только правильное окончание сообщения (и начало) обнаружено, оно анализирует сообщение:

static void ReadChar(uint8_t ch) {
  static uint8_t prevCh = '\0'; /* needed to detect \r\n as end of a message */
 
  if (NMEA_parseMsg) { /* enabled to parse messages? */
    if (ch=='

With the shell I can check the status:


 

  

   
  




  
nmea status in shell


 

Location with Google Maps



The application already makes the correct coordinate transformation so I can copy-paste the position information into google maps:


 

  

   
  




  
Coordinates in Google Maps


 

Summary



With this GPS module I have a data logger with position information. I already have a special application in mind, let’s see how soon I can have it implemented :-). So I will constantly extend the project and sources on GitHub for it.



Happy GPSing 🙂

) { /* check start of a message */
      NMEA_msgIdx = 0; /* reset index */
      prevCh = '\0'; /* reset previous char */
    }
    if (NMEA_msgIdx<sizeof(NMEA_msg)-1) { /* check for buffer overflow */
      NMEA_msg[NMEA_msgIdx++] = ch; /* store character */
    } else { /* message too long! */
      Err((uint8_t*)"Buffer overflow!");
      NMEA_msgIdx = 0;
      prevCh = '\0';
    }
    if (NMEA_msgIdx>sizeof("$GPxxx,") && (ch=='\n' && prevCh=='\r')) { /* valid end of message */
      NMEA_msg[NMEA_msgIdx] = '\0'; /* terminate */
      /* reached end of a message */
      if (UTIL1_strncmp((char*)NMEA_msg, (char*)"$GP", sizeof("$GP")-1)==0) { /* valid start of a message? */
        if (VerifyCheckSum(NMEA_msg)==ERR_OK) { /* check first the checksum */
          ParseMsg(); /* checksum ok, parse message and store data */
        } else {
          Err((uint8_t*)"Checksum failure!");
        }
      } else {
        Err((uint8_t*)"Message does not start with \"$GP\"?");
      }
    }
  }
  prevCh = ch;
}

With the shell I can check the status:

Location with Google Maps

The application already makes the correct coordinate transformation so I can copy-paste the position information into google maps:

Summary

With this GPS module I have a data logger with position information. I already have a special application in mind, let’s see how soon I can have it implemented :-). So I will constantly extend the project and sources on GitHub for it.

Happy GPSing 🙂