GPS-логгер NEO-6M-001 на ATmega128

Иногда случаются велопокатушки и прочие «выползки» на природу и вот с некоторого времени я стараюсь писать пройденные маршруты — для статистики пройденного расстояния. Началось все с первых попыток писать трек с помощью Samsung GT-i5500, потом при помощи Lenovo P700i — но что то в софтовых трекерах мне не нравилось. Везде встречались какие либо минусы и порой они пересиливали все плюсы. И вот была поставлена задача — спроектировать и изготовить «железный» путевой самописец — GPS Logger. О нем и будет рассказано ниже.

Стал я рассматривать варианты покупки готового прибора под свои нужды — но я так и не смог найти нужный мне вариант. Китайские поделки с Aliexpress хоть и назывались логгерами, но при ближайшем рассмотрении оказывались или компасом грибника или устройством для слежения за мото/авто. Или слали координаты через GPRS на непонятные сервера и там формировали подобие трека. Все это меня не устраивало. Совсем. И было принято решение строить GPS logger самостоятельно — что хочу, то и накручу. А что из этого получилось — постараюсь описать тут.

На просторах Aliexpress было обнаружено несколько вариантов модулей GPS — вроде бы все они подходят под поставленную задачу — выдают поток данных в стандарте NMEA-0183 [1]. Но вот цена разнится в два и более раз. Что делать? Выход напрашивается сам собой — брать тот, который дешевле :-). Сказано — сделано! В итоге был заказан вот такой модуль:




В описании чипа есть фраза: «старый чип» — выпытал у китайца значение этой фразы — просто старой ревизии модуль. В отзывах к лотам на али иногда встречаются фразы — якобы приходит паяный, немного б/у и т.д… Мне пришло все в отличном состоянии, модуль без следов пайки. размеры модуля (без учета антенны): 36 х 24 х 3,35 мм. Размеры антенны G165: 20,64 х 7.07 х 6,79 мм. После осмотра платы GPS-приемника и снятия размеров — подаю питание на модуль и при помощи TTL конвертера на CH340G [2] и утилиты для ПК u-Center [3] подключаю GPS приемник к ПК. Немного потанцевав с бубном вокруг настроек сом-порта получаю такую картинку:

Спутники нашлись, координаты определены, модуль работоспособен. Проверяю формат вывода данных в NMEA-0183 — формат строки $GPRMC полностью соответствует стандарту. А это значит — пока откладываю модуль в сторону и приступаю к разработке печатной платы.

Печатную плату рисовал по этой схеме [4], а если точнее — данная заметка и была взята за основу будующей конструкции.

От схемы-первоисточника отличия незначительные. применен другой стабилизатор напряжения питания — LM1117 [5], кварц на частоту, отличную от 8 МГц с соответствующими правками в коде, светодиоды другого цвета и соответственно резисторы для этих светодиодов, так же применена карта MicroSD и картоприемник для нее. ATmega128 [6] — тут все без изменений — была заказана по сходной цене на том же Aliexpress. Добавлен модуль заряда литиевой батареи на TP4056 [7]. Пластиковый корпус куплен на радиорынке. Результат компоновки элементов на плате представлен на рисунке:

Что тут есть что:

— GPS IN — вход данных от GPS-приемника (подключается к TX на модуле)
— GND — общий
— Vcc + — питание, подается через кнопку с фиксацией (установлена вне печатной платы)
— LED1, LED2, LED3 — индикаторы состояния и работоспособности логгера
— KEY — кнопка управления (установлена вне печатной платы)

Даже на этом этапе все понятно со схемой — обвязки у контроллера не так уж и много. Но я все же постараюсь изобразить схему принципиальную — так как в данном варианте печатной платы была замечена ошибка — с сигнальными линиями для внутрисхемного программированния!!!

Подключать программатор надо по даташиту и не ориентироваться слепо на приведенный выше рисунок печатной платы!!!

Травлю плату, перенеся рисунок по технологии ЛУТ без утюга [8]:

При помощи суперклея, напильника и кусков корпуса магнитофона «ПРОТОН» допиливается корпус для GPS-логгера. В результате — получаем вот такую конструкцию:






Принципиальная схема. За основу, как уже упоминалось ранее, был взят подобный DIY логгер [4]. От авторской конструкции, описываемая здесь — отличается незначительно (в плане «железа») и значительно (в плане «софта»). Я свой вариант схемы на черновике накидал и по нему собиралась и отлаживалась конструкция, чистового варианта схемы нет — как и у большинства DIY-конструкций. Выход простой — берем схему-первоисточник и немного подправим ее:

Что тут что и как оно работает. После подачи питания — модуль NEO-6M-001 стартует и начинает активно искать спутники. МК стартует, опрашивает карту памяти — если все в норме — программа выполняется далее, если нет — то программа останавливается и загорается красный светодиод. Если инициализация карты прошла успешно — МК пытается найти на ней файл с настройками — CONFIG.CFG. Если файл найден и считан — программа берет настройки из этого файла — номера порядковые записываемых файлов (0-9999), коррекцию часового пояса (UTC+2 или любое другое значение), расстояние между записываемыми точками трека (в метрах) — частота записи точек в файл — через 10, 20 50, 100 метров и т.д. Если этого файла нет — например при первом включении логгера — программа МК создаст его с параметрами «по умолчанию»: порядковый номер — 0, коррекция времени — «3» и точность записи — «10,0». Позже можно внести изменения в файл настроек.

В это время модуль NEO-6M-001 ищет спутники… Если они найдены — на карте создаются файлы .txt, .kml и .gpx, мигают все светодиоды одновремено и гаснут — начинает мигать желтый светодиод. В момент нахождения нужного количества спутников модуль NEO-6M-001 выдает строку $GPRMC в формате NMEA-0183 — с временем и датой, с координатами, скоростью, высотой… И из этой каши программа МК выбирает и формирует нужные нам данные для записи их в .txt, .kml и .gpx файлы.

Спутники найдены — мигает зеленый светодиод — идет запись координат в файлы. И далее если расстояние между двумя точками трека более, чем указанно в CONFIG.CFG — запись координат в файл идет. Если данные с GPS-модуля валидны — запись координат в файл идет. Если одно из этих условий (в любой последовательности) не выполняется — то программа МК пропускает запись координат в файл и ожидает новой посылки с данными от GPS-приемника.

Идет запись — во время движения мигает зеленый светодиод. Остановка — мигают одгновременно желтый и зеленый. Таким образом — во время стоянки в трек не пишутся лишние данные.

Если появилась необходимость завершить трек и выключить логгер или просто начать новый трек — жмем кнопку KEY — загорается зеленый светодиод — можно выключить логгер — файлы .txt, .kml и .gpx финализированы и успешно записаны на карту памяти (карта может использоваться любая micro sd, объемом до 2Гб). Для начала нового трека — включаем питание логгера. Если вдруг питание логгера было отключено без нажатия на кнопку KEY или разрядилась батарея или еще по какой причине случилась остановка записи — файлы с пройденным маршрутом прийдется финализировать в ручном режиме — в любом текстовом редакторе на ПК.

На схеме не указаны — модуль зарядки TP4056 [7] — подключенный к Li-Ion аккумулятору SAMSUNG ICR18650-26F [9] с модулем защиты от батареи сотового телефона. Как это все соединить — я думаю не стоит подробно описывать… Единственный момент — ток заряда в модуле TP4056 настроен на 500 мА.

И немного результатов работы логгера:

Вот так выглядит содерджимое карты памяти логгера: файл CONFIG.CFG — настройки логгера. Файлы GPS_ХХХХ.KML, GPS_XXXX.GPX и GPS_XXXX.TXT — соответственно файлы с записанными координатами и другими параметрами пройденного пути.




В результате получилась довольно полезная конструкция. К покупке данный модуль я бы рекомендовал на 99% — все в нем отлично — работает, сигнал от спутников прнимает, цена — вполне адекватная. Но все же — 1% — желательно брать модуль, у которого антенна жестко зафиксирована на плате — это исключает излом и обрыв ВЧ кабеля между антенной и приемником. Стоит ли брать подобные модули с поддержкой ГЛОНАСС, акселерометром и цифровым компасом (есть и такие) — решать нужно исходя из требований на конечное устройство. Все эти «плюшки» увеличивают цену GPS-приемника.

Огромное спасибо DooMmen'у за помощь.

UPD: По расчету, время работы устройства — примерно сутки автономности.
Ток потребеления 60-70 мА. Соответственно при батарее 2600 мА*ч имеем: 2600/70=37,1428 ч.