Эта конструкция, имея в своей основе один из встраиваемых приемных модулей GPS, выпускаемых компанией Locsense, позволяет определять точные координаты своего местоположения, а также время, высоту над уровнем моря, скорость и направление перемещения объекта, снабженного данным устройством.
     Сегодня выпускаются многорежимные навигационные модули, принимающие и декодирующие сигналы как системы GPS, так и системы ГЛОНАСС. К ним относится, например, отечественный модуль NAVIOR-24. Протокол обмена информацией между такими модулями и внешними устройствами стандартизован и совпадает с описанным в статье. Поэтому после замены приемного модуля и, возможно, небольшой доработки программы предлагаемое устройство будет принимать информацию и со спутников системы ГЛОНАСС.
     Основа конструкции приемника — встраиваемый GPS-модуль LS-40CM из серии LS-40, выпускаемой компанией Locsense <www.locsense.com> Такие модули довольно широко представлены в России, приобрести любой из них достаточно просто. Выбор именно LS-40CM обусловлен наличием в нем встроенных приемной антенны и стабилизатора напряжения, который позволяет питать модуль любым напряжением в интервале 3,8...8 В при потреблении тока 90 мА Имеется возможность подключения внешней антенны для использования прибора, например в автомобиле. Другие модули этой серии имеют иные особенности, но также могут быть применены в приемнике благодаря использованию единого протокола управления и конфигурации.
     Модуль LS-40CM периодически выдает через встроенный UART одно или несколько (в зависимости от выбранного режима) текстовых сообщений протокола NMEA [3] предназначенного для обмена навигационной и другой информацией между судовыми приборами. Все сообщения передаются в текстовом формате кодом ASCII. Те, что относятся к GPS, всегда начинаются последовательностью символов $GP.
Вот содержание некоторых сообщений протокола NMEA:
SGPGGA — информация о координатах объекта, времени их определения, надежности информации, числе использованных спутников.
SGPGLL — информация о географических широте и долготе объекта и о времени их определения.
SGPGSA — информация о режиме работы приемника GPS, параметрах спутников, использованных для решения навигационной задачи, результаты которого приведены в сообщении SGPGGA, и значения факторов точности определения координат.
$GPGSV — число видимых спутников. их номера; возвышение, азимут и отношение сигнал/шум для каждого из них.
SGPRMC — информация о времени, координатах, курсе и скорости объекта. Контрольная сумма в этом сообщении обязательна Период обновления информации не должен превышать 2 с.
$GPVTG — текущий истинный курс объекта (COG) и его скорость относительно Земли (SOG).
SGPZDA — информация о времени (UTC), календарном дне, месяце и годе, о локальном часовом поясе.
     В описываемом приборе используются сообщения SGPGLL, SGPGGA, SGPZDA, SGPVTG. При его включении микроконтроллер выводит на экран ЖКИ меню (рис. 1), в котором указаны названия возможных режимов работы устройства, выбираемых с помощью пяти кнопок управления. Еще одна кнопка предназначена для включения подсветки экрана.
     Названия режимов соответствуют используемым в них NMEA-сообщениям (кроме режима СОМ) и указывают на то, какая информация будет отображаться. Режим СОМ необходим для совместной работы приемника с компьютером, связь с которым осуществляется через COM-порт. После выбора режима нажатием на одну из кнопок приемник выдает короткий звуковой сигнал, а его микроконтроллер конфигурирует GPS-модуль для работы в заданном режиме. После этого модуль каждую секунду выдает сообщение NMEA микроконтроллеру, который расшифровывает его и выводит навигационную информацию на ЖКИ.
     В режиме GLL на экране отображаются. как показано на рис. 2, широта (градусы, минуты, секунды, литера N после точки означает северную, а литера S — южную широту), долгота (градусы, минуты, секунды, W — западная, Е — восточная) и время UTC (часы, минуты, секунды). В нижнем правом углу экрана находится признак достоверности выведенной информации. Дело в том, что для точного определения координат приемнику необходим уверенный прием сигналов как минимум трех спутников GPS. Если в данный момент это условие выполняется, информация считается верной (VP — Valid Packet). Если же координаты вычислены на основании сигналов меньшего числа спутников, их достоверность не гарантирована. Признак этого — символы IP (Invalid Packet).
     В режиме GGA (рис. 3) на ЖКИ выводится расширенная текущая навигационная информация^- Т — время UTC (часы, минуты, секунды), Nsats — число спутников, сигналы которых в данный момент уверенно принимаются, LAT — широта, LON — долгота. В правой части дисплея имеется надпись MODE, под которой микроконтроллер выводит признак достоверности (GPS) или недостоверности (INVL) информации. В нижней строке дисплея отображается информация о текущей высоте: HAS — над уровнем моря (до 18000 м с точностью 0,1 м), GH — над геоидом (до 9999,9 м с точностью до 0,1 м). Геоид — принятая в геодезии математическая модель земного шара При некоторых обстоятельствах высоту над ним можно считать высотой над поверхностью материка.
     В режиме ZDA на ЖКИ отображена информация о текущей дате и времени UTC, а также о напряжении аккумуляторной батареи, от которой питается устройство (рис. 4). В режиме VTG место времени и даты занимают сведения о курсе и скорости перемещения прибора (рис. 5). Показываются два значения курса в градусах: "истинный" — относительно географического Северного полюса по часовой стрелке и "магнитный" — с поправкой на величину магнитного склонения в данной местности. Скорость перемещения измеряется в узлах (морских милях в час) и в километрах в час. В нижнем правом углу экрана находится признак достоверности (GPS) или недостоверности (INV) информации
     Как уже было сказано, режим СОМ предусмотрен для работы устройства совместно с компьютером. Вид ЖКИ приемника в этом режиме показан на рис. 6. Предоставляется возможность в полной мере использовать специализированное программное обеспечение для конфигурирования и проверки модуля GPS с помощью компьютера, а также работать с навигационными программами для компьютера.
     Схема приемника изображена на рис. 7. ЖКИ HG1 кнопки выбора режима SB1—SB5 и кнопка управления подсветкой ЖКИ SB6 соединены с микроконтроллером DD2 (PIC16F877-20I/P) по обычным схемам. Для подачи звуковых сигналов, сопровождающих нажатия на кнопки, микроконтроллер формирует на выводе RC1 последовательности импульсов, управляющих транзистором VT4. Пьезоизлучатель звука НА1 включен между коллектором транзистора и выводом микроконтроллера, что удваивает амплитуду воздействующих на него импульсов и увеличивает громкость сигналов.
     С вывода RC6 микроконтроллера — выхода передатчика, встроенного в него UART — через токоограничивающий резистор R25, мультиплексор DD1 и преобразователь уровней КМОП в ТТЛ на транзисторах VT2 и VT3 на контакт 2 разъема CONN1 GPS-модуля U1 (вход его UART) поступаю⁷ команды, переводящие модуль в режим, соответствующий нажатой кнопке. Свои сообщения модуль U1 каждую секунд\ формирует на контакте 1 разъема CONN1 (выходе UART). Через преобразователь уровней на транзисторах VT5 и VT7 и токоограничивающий резистор R26 они поступают на вход; UART микроконтроллере (РС7).
     Получив сообщение микроконтроллер проверяет его на соответствие выбранному режиму и, если проверка прошла успешно, выводит полученную информацию на экран ЖКИ. Контрастность изображения на дисплее регулируют подстроечным резистором R38.
     Во всех режимах работы прибора с выводок навигационной информации на ЖКИ организована ее одновременная передача в COM-порт компьютере без возможности, однако подачи команд и переключения режимов с помощью этого компьютера Для двустороннего обмена информацией между модулем GPS (U1) и компьютером необходимо нажатием на кнопку SB5 пере вести приемник в режим СОМ. При этом модуль бу дет настроен на выв о/ группы сообщений NMEA необходимых для работы компьютерной программы LSViewer <http:www.rfsolutions.co.uk/acatalog/Downloads/LSVievver.zip>, предназначенной для конфигурирования и тестирования GPS-модулей. А мультиплексор DD1 будет переведен в состояние, при котором на вход UART модуля поступают команды не от микроконтроллера, а от компьютера
     Микросхема DA1 согласует уровни сигналов приемника и COM-порта компьютера.
     Питается приемник от шести NiMH аккумуляторов, заряжаемых с помощью не показанного на схеме устройства на микросхеме МАХ713, работающего в импульсном режиме. Схемы подобных зарядных устройств неоднократно публиковались в радиолюбительской литературе. Интегральный стабилизатор напряжения DA2 служит для питания GPS-модуля. Все остальные узлы приемника питаются напряжением от стабилизатора DA3.
     При нажатии на кнопку SB6 микроконтроллер формирует короткий звуковой сигнал, а на выходе RA2 — импульс высокого логического уровня, который заряжает конденсатор С9. Затем вывод RA2 переключается в режим входа, и логический уровень напряжения на нем периодически проверяется. Пока он высокий транзистор VT6 открыт напряжением, поступающим с выхода RC0 микроконтроллера, и подсветка экрана ЖКИ HG1 включена. Как только уровень напряжения на входе RA2 в результате разрядки конденсатора С9 через резистор R9 станет низким, микроконтроллер выключит подсветку. Подбирая упомянутые элементы, можно установить желаемую продолжительность работы подсветки При их номиналах, указанных на схеме, она получается равной приблизительно 30 с. Подбирая резистор R36, можно изменять яркость подсветки. Для экономии энергии аккумуляторной батареи она должна быть минимальной, но достаточной для чтения текста на экране ЖКИ при слабом внешнем освещении.
     С помощью АЦП, встроенного в микроконтроллер ведется постоянный контроль напряжения аккумуляторной батареи, часть которого через резистивный делитель R16R8 подана на вход RA0 микроконтроллера, служащий входом АЦП. Делитель необходим, чтобы привести измеряемое напряжение в интервал, допустимый для АЦП. При снижении напряжения батареи до 6 В на ЖКИ появляется сообщение: "Батарея разряжена. LOW VOLTAGE" а в нижней строке выводится значение ее напряжения При достижении напряжения, соответствующего полной зарядке батареи, на экран выводится сообщение "Батарея заряжена" и его значение GPS-приемник собран в пластиковом корпусе размерами 145x105x70 мм на двух печатных платах из фольгированного с двух сторон текстолита, расположенных этажеркой, как показано на рис. 8 Еще одна плата из того же материала, размещенная между ними, служит экраном.
     На рис. 9 — чертеж основной платы приемника. Фольга со стороны установки элементов на ней сохранена и служит общим проводом. Места пайки к ней выводов деталей отмечены на чертеже крестами. Вокруг отверстий для других выводов фольга удалена зенкованием сверлом диаметром 4 мм.
     Интегральный стабилизатор ADP3330ART-5 (DA3), выпускаемый только в корпусе для поверхностного монтажа, смонтирован на небольшой печатной плате-переходнике, как показано на рис. 10. ЖКИ HG1 установлен со стороны печатных проводников на изоляционных стойках высотой 10 мм. С той же стороны, но на стойках высотой 3 мм, закреплен GPS-модуль Контакты самодельной ответной части его разъема CONN1 соединены с соответствующими контактными площадками платы отрезками гибкого изолированного провода, например МГГФ.
     Чертеж платы с аккумуляторной батареей и ее зарядным устройством не приводится.
     В передней панели корпуса приемника прорезано окно для экрана ЖКИ, на ней же размещены кнопки SB1—SB6 (на небольшой печатной плате). выключатель питания приемника и два светодиода. Один из них — HL1 зеленого цвета свечения, дублирующий светодиод GPS-модуля с анодом которого отдельным проводом соединен нижний (по схеме) вывод резистора R1 При нормальном приеме сигналов GPS этот светодиод вспыхивает с частотой 1 Гц, а когда прием невозможен, частота вспышек уменьшается вдвое. Второй светодиод на схеме приемника не показан, поскольку входит в состав зарядного устройства. Он красного цвета свечения и включен, когда идет зарядка аккумуляторной батареи
     Для соединения с COM-портом компьютера на боковой стороне корпуса приемника установлена стандартная вилка DB-9M, соединенная с соответствующими контактными площадками платы отрезками провода МГТФ. Рядом с ней расположено гнездо для подключения к зарядному устройству блока питания напряжением 12... 15 В, также соединенное с контактными площадками платы зарядного устройства проводом МГТФ
Материал взят из: Журнала Радио 2010 №4

В архиве Исходный код на C и прошивка

navigator.rar [129,86 Kb] (cкачиваний: 261)