مانیتورینگ GPS با پروژه صفحه نمایش OLED: 5 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

با سلام به همگی ، در این مقاله سریع پروژه خود را با شما به اشتراک می گذارم: ماژول GPS ATGM332D با میکروکنترلر SAMD21J18 و صفحه نمایش SSD1306 OLED 128*64 ، من یک PCB ویژه برای آن در Eagle Autodesk ایجاد کردم و با استفاده از Atmel studio 7.0 و ASF4 برنامه ریزی کردم. در این مقاله من این سفر و فایل هایی را که استفاده کردم در صورت تمایل به تنهایی با شما به اشتراک می گذارم.

حالا اگر در حال برنامه نویسی MCU/برد توسعه خود با استفاده از آردوینو هستید ، این پروژه باید نسبتاً آسان باشد ، اما در اینجا من از ASF4 (فریمورک نرم افزاری پیشرفته 4) Atmel/Microchip که بر اساس زبان C است استفاده می کنم و ایده ای به شما می دهد. برای نحوه خواندن پیام GPS NMEA با استفاده از درایور USART Asynchronous (Callback) و ارائه یک کتابخانه ساده به شما که می توانید از آن با هر کنترلر میکرو و پلت فرم مختلف استفاده کنید ، کافی است درایور مناسبی را که برای دریافت پیام از آن استفاده می کنید اضافه کنید. GPS (پیام NMEA).

این مقاله را به موارد زیر تقسیم می کنم:

1. طراحی PCB.
2. BOM شما نیاز به مونتاژ PCB دارید
3. نگاهی سریع به نرم افزار و خود کد و آزمایشی برای سخت افزار و نرم افزار.
4. در نهایت اما نکته مهمی برای بهبود این پروژه است.

تمام مطالب مربوط به این پروژه را در Github (اینجا) خواهید یافت

مرحله 1: طراحی PCB با استفاده از Eagle

این پروژه عمدتا بر اساس ماژول GPS ATGM332D ، GPS ساده برای استفاده است زیرا فقط به چند جزء منفعل برای کار نیاز دارد و در صورت خاموش کردن منبع تغذیه اصلی از ماژول ، می توانیم یک باتری پشتیبان برای صرفه جویی در زمان/تاریخ اضافه کنیم.

و برای کنترل همه سیگنالهای موجود در مدار با میکروکنترلر ATSAMD21J18B ، بسته TQFP64 استفاده کردم زیرا 128 کیلوبایت حافظه برنامه و 32 کیلوبایت حافظه داده دارد (و تعداد زیادی از آنها در اطراف میز کار من قرار دارد).

مدار باید از منبع USB 5V تغذیه شود ، همچنین USB می تواند به عنوان پورت COM مجازی (CDC USB) عمل کند و اگر می خواهید از طریق USB با دستگاه ارتباط برقرار کنید ، می توانید یک کد برای آن اضافه کنید.

برای صفحه نمایش من SSD1306 صفحه نمایش 0.96 اینچی OLED با گذرگاه SPI را انتخاب کردم ، کوچک است اما برای اندازه PCB مورد نظر من مناسب است ، ابعاد برد 100x31 میلی متر.

برنامه نویسی میکروکنترلر از طریق برنامه نویس SWD (من از Atmel ICE استفاده می کنم) انجام می شود و آن را از طریق هدر پین 1.27 میلی متری 10p متصل می کند.

همچنین از Fusion360 برای مشاهده نمای سه بعدی برای برد استفاده کردم و شما می توانید برخی از تصاویر رندر شده را نیز برای آن مشاهده کنید.

مرحله 2: لحیم کاری PCB

شما می توانید یک استنسیل با PCB خود سفارش دهید ، استفاده از خمیر لحیم کاری روی تخته با استفاده از استنسیل آسان تر است ، من از صفحه داغ برای لحیم کردن اجزا با هم استفاده کردم ، استفاده از هوای گرم نیز مناسب است ، اما هنگام لحیم کاری LED مراقب باشید. آنها به گرما بسیار حساس هستند

لحیم کاری قسمت پایینی کمی ساده تر است زیرا فقط هدر پین SWD و باتری پشتیبان دارد ، که می توانید آنها را با استفاده از لحیم کاری لحیم کنید.

قبل از اتصال مدار با منبع تغذیه USB ، اتصال کوتاه را بررسی کنید.

آنتن GPS خود را وصل کنید و مطمئن شوید که اتصال آن را به درستی لحیم کرده اید ، من آنتن را در قسمت پایینی برد ثابت کردم.

مرحله 3: نرم افزار… عملکرد… نتایج

نرم افزار به 4 قسمت تقسیم می شود:

1. USART برای ارتباط با ماژول GPS ATGM332.
2. SPI برای ارتباط با OLED.
3. USB CDC.
4. GPIO برای کنترل LED ها

ابتدا کانکتور USB را به مدار وصل کنید و سپس کابل روبان را با کانکتور SWD وصل کنید.

کد را از github بارگیری کنید (پیوند اینجا).

برای دریافت موقعیت جغرافیایی ، 3 گزینه مختلف پیام NMEA دارید:

1. GPGGA
2. GPRMC
3. GPGLL

من از جمله GPRMC برای به دست آوردن مکان ، زمان و تاریخ (زمان 0.05 GMT) استفاده کردم ، بنابراین در کد می توانید پیدا کنید:

GPRMC. Enable = 1؛/*0 در صورت عدم نیاز به این پیام*/

GPGGA. En = 0؛/*0 در صورت عدم نیاز به این پیام فعال کنید*/

GPGLL. En = 0؛/*0 در صورت عدم نیاز به این پیام فعال کنید*/

می توانید همه آنها را با هم فعال کنید و همزمان آنها را بخوانید و اطلاعات مورد نیاز خود را بدست آورید.

هنگامی که یک جمله معتبر GPRMC وجود دارد ، theGPRMC. آماده 1 می شود و می توانید تمام داده های موجود در این جمله را بدست آورید ، این پیوند را بررسی کنید تا داده های موجود در این جمله را ببینید.

اگر Fix "A" باشد به این معنی که مکان در دسترس است ، اگر Fix "V" باشد به این معنی است که مکان در دسترس نیست.

توجه داشته باشید که ATSAMD21 دارای RTC داخلی است ، اما در اینجا من از آن استفاده نمی کنم و در عوض از زمان و تاریخ مستقیماً از GPS استفاده می کنم ، بنابراین اگر نمی خواهید از باتری پشتیبان CR1220 استفاده کنید ، پس از قطع منبع تغذیه USB ، زمان/تاریخ را از دست دهید و برای بار بعدی که مدار را روشن می کنید ، منطقه زمان/تاریخ روی صفحه نمایش خالی می شود تا زمانی که GPS دارای زمان/تاریخ معتبر باشد.

صفحه نمایش وضعیت فعلی GPS را به شما نشان می دهد و پس از در دسترس بودن موقعیت جغرافیایی را نشان می دهد ، با این حال 3 LED در صفحه وجود دارد:

1. چراغ سبز به PA06 متصل شده و در صورت وجود مقدار موقعیت مکانی معتبر چشمک می زند.
2. LED نارنجی به PA07 متصل شده و در صورت عدم وجود موقعیت مکانی معتبر ، یک ثانیه چشمک می زند.
3. این چراغ قرمز به پین PPS ماژول GPS متصل می شود و فقط در صورت وجود سیگنال معتبر مربوط به موقعیت مکانی چشمک می زند.

نتایج

مدار با من بسیار خوب کار کرد ، دریافت موقعیت مکانی از GPS 20 تا 30 ثانیه در فضای باز با دید واضح به آسمان و بین ساختمانها بدون هیچ مشکلی حتی با آنتن در قسمت پایین برد.

مرحله 4: مورد چاپ سه بعدی … مرتب سازی بر اساس

من یک مورد ساده (نگهدارنده دقیق تر) برای این مدار آماده کردم ، اما به دلیل همه گیری COVID-19 و قرنطینه ای که در حال حاضر در آن هستم ، نتوانستم برای چاپ آن به چاپگر 3d خود دسترسی پیدا کنم ، بنابراین این بخش را با stl به روز می کنم. پس از در دسترس بودن فایل و عکس برای دارنده.

گام پنجم: موارد بهبود…

1. اتصال SWD را به سمت بالا منتقل کنید زیرا اتصال آن با برنامه نویس آسان تر است.
2. با تغذیه مدار از باتری لیتیوم ، این کار را با لحیم کردن یک بلوز انجام دادم و خوب کار کرد ، در نظر داشته باشید که تنظیم کننده خطی (LDO) دارای ولتاژ افت V است اگر (Vbat - Vout) کمتر از حد Vdrop مدار ممکن است کار نکند به درستی.
3. دکمه کاربر را کمی بزرگتر کنید تا فشردن آن راحت تر شود.
4. اضافه کردن کد USB CDC ، بنابراین می توانید برنامه خاصی را برای MAC/PC/linux طراحی و طراحی کنید.
5. برای آنتن GPS ، من از آنتن فعال برای این پروژه استفاده کردم ، استفاده از آنتن غیرفعال با افزودن op-Amp کم سر و صدا مانند AT2659 امکان پذیر است (همچنین شماتیک ATGM332 Datasheet P.14 را بررسی کنید).
6. برای OLED 0.96 'SSD1306 ، کتابخانه رسمی میکروچیپ در اصل برای صفحه نمایش 128*32 ، برای تغییر کد برای کار با 128*64 باید به ssd1306.c بروید و کد را اصلاح کنید (تصویر را بررسی کنید).