Oszczędzanie energii GPS z wyświetlaczem E-Ink: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Każdego lata chodzę na wędrówki w odległych miejscach. Czasami, gdy ślad jest słaby lub nawet znika, muszę użyć GPS w telefonie, aby uzyskać współrzędne, a następnie sprawdzić swoją pozycję na mapie papierowej (często nie mam sygnału, więc mapy papierowe są obowiązkowe). W celu zaoszczędzenia baterii mojego telefonu zdecydowałem się zbudować energooszczędne urządzenie GPS oparte na arduino i wykorzystujące wyświetlacz E-Ink. Wyświetlacz E-Ink potrzebuje energii tylko do zaktualizowania ekranu, dlatego dobrze nadaje się do urządzeń energooszczędnych.

Jaka jest zasada tego GPS?

Włączasz GPS, naciskając przycisk, wyświetlacz aktualizuje Twoją lokalizację, wysokość i liczbę satelitów używanych do obliczania Twojej lokalizacji, a następnie wyłącza się automatycznie, aby oszczędzać baterię. Dzięki wyświetlaczowi E-Ink Twoja lokalizacja pozostaje na ekranie nawet po wyłączeniu GPS. Możesz zmienić system współrzędnych używany przez GPS (długość/szerokość geograficzna w stopniach dziesiętnych, system UTM i jego warianty…) za pomocą przycisków, dzięki czemu możesz go używać z mapami z wielu różnych krajów.

Podczas tego małego projektu nauczyłem się tak wiele rzeczy i mam nadzieję, że będziecie się bawić tak samo dobrze jak ja!

Zastrzeżenie:

Jestem na tyle pewny w tej konstrukcji, że użyję go podczas kolejnych wędrówek, ale zawsze będę miał telefon jako zapasowy GPS. Jeśli nie jesteś pewien, co robisz, radzę kupić komercyjny GPS zamiast budować go samemu. Zachęcam do samodzielnego sprawdzenia obwodu i kodu i nie mogę ponosić odpowiedzialności, jeśli GPS, który zbudowałeś zgodnie z tą instrukcją, zawiedzie

Inna sprawa: ten GPS nie będzie działał w Norwegii, a Svalbard w trybie UTM. Rzeczywiście siatka UTM nie jest zaprojektowana w tych miejscach w ten sam sposób w porównaniu z resztą świata i nie byłem w stanie uwzględnić tej specyfiki w arduino ze względu na ograniczenia pamięci…

Kieszonkowe dzieci

- 1 x Arduino Nano

-1 x moduł GPS Ublox-6m

- 1 x wyświetlacz E-Ink z jego modułem. Użyłem tego:

www.amazon.fr/gp/product/B072Q4WTWH/ref=pp…

- 1 x akumulator litowo-jonowy 18650 (około 2000mah powinno wystarczyć)

-1x18650 uchwyt baterii;

- 1 x moduł ładujący i zabezpieczający do akumulatorów Li-Ion na bazie TP4056 takiego jak ten:

www.amazon.fr/gp/product/B0798M12N8/ref=pp…

- 1 x przełącznik dwupozycyjny (typ ON/OFF)

- 3 x małe przełączniki przyciskowe

- Rezystor 1 x 1 MΩ

- 1 x mosfet N-kanałowy ogólnego przeznaczenia (usunąłem jeden z zasilacza komputerowego)

-1 x Stripboard

- Przewody

-1 x Płytka do prototypowania

Krok 1: Prototypowanie GPS

Przede wszystkim trzeba zmontować urządzenie na płytce stykowej, aby przetestować podzespoły i kod arduino.

Zasilanie GPS

Do zasilania urządzenia użyłem baterii Li-Ion 18650 o pojemności 2000 mAh. Ten rodzaj baterii, podobnie jak akumulatory Li-Po, musi być ładowany i rozładowywany w kontrolowany sposób. Niewłaściwe ładowanie baterii może zapalić się, a nawet eksplodować, tak jak Li-Po! Aby móc go naładować za pomocą klasycznej ładowarki do telefonu, należy użyć modułu opartego na TP4056.

W tym pierwszym kroku wystarczy przylutować przewód dodatni (czerwony) z uchwytu baterii do B+ na module i przewód ujemny (czarny) z uchwytu baterii do B-. Następnie trzeba przylutować przewody do OUT+ i OUT- na module, połączą się później z urządzeniem.

WAŻNE: Po skompletowaniu urządzenia będziemy musieli podłączyć arduino do komputera, przy czym NAPRAWDĘ WAŻNE JEST WYJMOWANIE BATERII Z URZĄDZENIA, w przeciwnym razie istnieje ryzyko, że arduino zacznie ładować baterię w w niewłaściwy sposób i znowu istnieje ryzyko pożaru.

Podłączanie rzeczy na płytce stykowej

Następny krok może być nieco trudny: musisz połączyć wszystko na płytce stykowej tak, aby pasowało do powyższego schematu.

Mała wskazówka: wykorzystaj jak najwięcej miejsca na swojej płytce prototypowej i… nie spiesz się;)

Krok 2: Prześlij kod

Teraz czas na wgranie kodu na arduino !

Najpierw upewnij się, że bateria jest wyjęta z uchwytu baterii, następnie podłącz arduino do komputera, wgraj załączony kod arduino i odłącz arduino. Możesz wreszcie włożyć baterię do urządzenia.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące kodu, możesz je zadać w sekcji komentarzy poniżej!:)

Krok 3: Spraw, aby to zadziałało

Teraz wyjaśnię, jak faktycznie działa ten GPS:

Po naciśnięciu przycisku, który łączy masę i piny +5V z arduino przez około 3 sekundy, GPS uruchamia się.

GPS może uruchamiać się w dwóch różnych trybach: trybie konfiguracji i rzeczywistym trybie GPS. Aby wybrać tryb, w którym startujesz, musisz zmienić położenie przełącznika dwupozycyjnego połączonego między A0 a masą.

Tryb konfiguracji: W tym trybie możesz wybrać, czy GPS ma wyświetlać Twoją lokalizację (szerokość, długość geograficzną, wysokość i liczbę satelitów użytych do obliczenia Twojej lokalizacji) w stopniach dziesiętnych, czy też chcesz, aby pokazywał Twoją lokalizację (wschodnia, północna, wysokość, strefa i liczba satelitów użytych do obliczenia Twojej lokalizacji) rzutowane na siatkę UTM (lub dowolny jej wariant, jak zobaczymy później). Aby przełączać się między trybami wschód/północ i szerokość/długość geograficzna, wystarczy nacisnąć przycisk łączący A1 z ziemią, aż wyświetlacz pokaże „MODE: E/N” (dla wschodnich/północnych) lub „MODE: L/L” (dla szerokości geograficznych). /Długość geograficzna).

Jeśli chcesz mieć współrzędne w stopniach dziesiętnych, wybierz tryb „L/L”, a następnie przełącz przełącznik dwupozycyjny z powrotem na tryb GPS. Twoje ustawienia są teraz zapisane w pamięci arduino, a urządzenie zsynchronizuje się z satelitami i wyświetli Twoją pozycję, wysokość i liczbę satelitów użytych do obliczenia Twojej lokalizacji. Uwaga: musisz znajdować się na zewnątrz lub blisko okna, aby GPS mógł usłyszeć satelity! Urządzenie wyłącza się wtedy automatycznie, aby oszczędzać baterię.

Aby znaleźć swoją pozycję na mapie, prawdopodobnie będziesz musiał użyć swoich współrzędnych w kategoriach wschodnich i północnych. Ten system jest w rzeczywistości projekcją współrzędnych GPS na siatce. Przez większość czasu mapa będzie stopniowana w systemie UTM, ale niektóre kraje używają wariantu tego systemu, dlatego musisz ustawić inny parametr, aby wybrać między systemem UTM a wariantem twojej mapy.

Aby znaleźć system twojej mapy, często musisz sprawdzić małe fragmenty w rogu mapy. Jeśli twoja mapa jest w systemie UTM, to parametryzacja GPS jest prosta: wystarczy nacisnąć przycisk łączący A2 z ziemią, aby na ekranie wyświetliło się "ZONE: AUTO".

W wielu krajach mapy są w lokalnym wariancie systemu UTM: np. w Szwecji mapy są często w systemie SWEREF 99 TM. System ten wykorzystuje tę samą projekcję co system UTM w strefie 33, ale rozszerzony na cały kraj! Oznacza to, że jeśli użyjesz mapy w SWEREF 99 TM, będziesz musiał ręcznie ustawić strefę GPS na 33. W tym celu wciskamy przycisk łączący A2 z masą, aż na wyświetlaczu pojawi się „ZONE: AUTO”, a następnie wciskamy przycisk łączący A1 z masą, aż na wyświetlaczu pojawi się „ZONE: 33”. Podobnie w Finlandii większość map korzysta z systemu ETRS-TM35, czyli systemu UTM w strefie 35 rozszerzonej na cały kraj (dlatego należałoby tutaj wybrać „ZONE: 35”). Wiele krajów ma tego rodzaju warianty systemu UTM.

Po prawidłowym sparametryzowaniu GPS po prostu przełącz przełącznik dwupozycyjny w tryb GPS, ustawienia zostaną zapisane, a urządzenie zsynchronizuje się z satelitami, wyświetli Twoją pozycję i wyłączy się.

Tryb GPS:

Urządzenie uruchomi się i bezpośrednio pokaże Twoje pozycje zgodnie z parametrami zapisanymi w jego pamięci. Po wydrukowaniu pozycji urządzenie wyłączy się bezpośrednio, aby oszczędzać baterię.

Krok 4: Przylutuj elementy na płycie z paskami i zmontuj urządzenie

Teraz, gdy wszystko działa, przylutuj elementy na stripboardzie zgodnie ze schematem. Możesz zacząć od tego, jak zorganizowałeś komponenty na stripboardzie jako punkt wyjścia do projektowania stripboardu. Nie wahaj się zarysować miedzi z niektórych pasków, aby uzyskać bardziej zwarty obwód.

Ważne: Nie zapomnij usunąć miedzi z pinów arduino;)

Na koniec przyklej ekran, uchwyt baterii i antenę modułu GPS do stripboardu za pomocą gorącego kleju. W razie potrzeby użyj izolacyjnej taśmy elektrycznej, aby uniknąć zwarć.

Aby skompletować urządzenie, masz teraz dwie opcje: możesz poszukać w Internecie plastikowego pudełka, które pasuje do wymiarów gotowego GPS (będziesz musiał wyciąć otwory na ekran, przyciski, przełącznik i mikro wejście ładowarki USB) lub możesz wydrukować w 3D plastikową obudowę, która idealnie pasuje do Twojej konstrukcji.