Energiebesparende GPS met E-Ink-display - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Elke zomer ga ik wandelen op afgelegen locaties. Soms, als het pad vaag is of zelfs verdwijnt, moet ik de GPS van mijn telefoon gebruiken om mijn coördinaten te krijgen en dan mijn positie op een papieren kaart controleren (ik heb vaak geen signaal, dus papieren kaarten zijn verplicht). Om de batterij van mijn telefoon te sparen, besloot ik een GPS-apparaat met laag vermogen te bouwen op basis van arduino en een E-Ink-display te gebruiken. Een E-Ink-display heeft alleen stroom nodig om het scherm te actualiseren en is daarom zeer geschikt voor energiebesparende apparaten.

Wat is het principe van deze GPS?

U zet de GPS aan door op een drukknop te drukken, het display actualiseert uw locatie, hoogte en het aantal satellieten dat wordt gebruikt om uw locatie te berekenen en schakelt vervolgens automatisch uit om de batterij te sparen. Dankzij het E-Ink-display blijft je locatie op het scherm, zelfs als de GPS is uitgeschakeld. U kunt het coördinatensysteem dat door de GPS wordt gebruikt (lengte-/breedtegraad in decimale graden, UTM-systeem en zijn varianten…) wijzigen met behulp van drukknoppen, zodat u het kunt gebruiken met kaarten van veel verschillende landen.

Ik heb zoveel dingen geleerd tijdens dit kleine project en ik hoop dat je er net zoveel plezier aan zult beleven als ik!

Vrijwaring:

Ik heb voldoende vertrouwen in deze build, zodat ik hem tijdens mijn volgende wandelingen zal gebruiken, maar ik zal altijd mijn telefoon als back-up-gps hebben. Als je niet zeker weet wat je doet, raad ik je aan een commerciële GPS te kopen in plaats van er zelf een te bouwen. Ik moedig je aan om het circuit en de code zelf te controleren en ik kan niet verantwoordelijk worden gehouden als de GPS die je volgens deze instructable hebt gebouwd je niet lukt

Nog iets: deze GPS werkt niet in Noorwegen en de Spitsbergen in de UTM-modus. Inderdaad, het UTM-raster is op deze plaatsen niet op dezelfde manier ontworpen in vergelijking met de rest van de wereld en ik kon deze specificiteit niet in de arduino opnemen vanwege geheugenbeperkingen …

Benodigdheden

- 1 x Arduino Nano

- 1 x Ublox-6m GPS-module

- 1 x E-Ink display met zijn module. Ik heb deze gebruikt:

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

- 1 x 18650 Li-Ion batterij (ongeveer 2000 mAh zou genoeg moeten zijn)

- 1 x 18650 batterijhouder

- 1 x oplaad- en beveiligingsmodule voor Li-Ion-batterijen op basis van een TP4056 zoals deze:

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

- 1 x twee standen schakelaar (het AAN/UIT type)

- 3 x kleine drukknopschakelaars

- 1 x 1 MΩ weerstand

- 1 x N-kanaals mosfet voor algemeen gebruik (ik heb er een uit een computervoeding gehaald)

- 1 x stripbord

- Draden

- 1 x Breadboard voor prototyping

Stap 1: prototypen van de GPS

Allereerst moet je het apparaat op een breadboard monteren om de componenten en de arduino-code te testen.

De GPS van stroom voorzien

Om het apparaat van stroom te voorzien heb ik een Li-Ion 18650 batterij van 2000 mAh gebruikt. Dit soort accu's moet, net als Li-Po-accu's, gecontroleerd worden opgeladen en ontladen. Uw batterij op de verkeerde manier opladen kan vlam vatten of zelfs exploderen, net als een Li-Po! Om hem op te laden met een klassieke telefoonoplader, moet je een op TP4056 gebaseerde module gebruiken.

In deze eerste stap hoeft u alleen de positieve (rode) draad van de batterijhouder naar B+ op de module te solderen en de negatieve (zwarte) draad van de batterijhouder naar B-. Dan moet je draden naar OUT+ en OUT- op de module solderen, deze zullen later op het apparaat worden aangesloten.

BELANGRIJK: Zodra het apparaat is voltooid, moeten we de arduino op de computer aansluiten. Het is hierbij ECHT BELANGRIJK OM DE BATTERIJ VAN HET APPARAAT UIT TE NEMEN, anders bestaat het risico dat de arduino de batterij begint op te laden in een verkeerde manier en er is opnieuw een risico dat het in brand vliegt.

Dingen op het breadboard aansluiten

De volgende stap kan een beetje lastig zijn: je moet alles op het breadboard aansluiten zodat het overeenkomt met het bovenstaande schema.

Een kleine tip: benut de beschikbare ruimte op uw breadboard maximaal, en … neem de tijd;)

Stap 2: Upload de code

Nu is het tijd om de code op de arduino te uploaden!

Zorg er eerst voor dat de batterij uit de batterijhouder is gehaald, sluit vervolgens de arduino aan op de computer, upload de bijgevoegde arduino-code en koppel de arduino los. Je kunt eindelijk de batterij in het apparaat plaatsen.

Als je vragen hebt over de code, stel ze dan gerust in het commentaargedeelte hieronder!:)

Stap 3: Laat het werken

Laat me nu uitleggen hoe deze GPS eigenlijk werkt:

Wanneer u ongeveer 3 seconden op de knop drukt die de grond en +5V-pinnen van de arduino verbindt, start de GPS op.

De GPS kan in twee verschillende modi opstarten: de configuratiemodus en de eigenlijke GPS-modus. Om de modus te kiezen waarin u opstart, moet u de positie wijzigen van de twee standenschakelaar die is aangesloten tussen A0 en de grond.

Configuratiemodus: in deze modus kunt u kiezen of de GPS uw locatie (breedtegraad, lengtegraad, hoogte en aantal satellieten dat wordt gebruikt om uw locatie te berekenen) in decimale graden weergeeft of dat u wilt dat uw locatie wordt weergegeven (oost, noord, hoogte, zone en het aantal satellieten dat wordt gebruikt om uw locatie te berekenen) geprojecteerd op het UTM-raster (of een variant daarvan, zoals we later zullen zien). Om te wisselen tussen Easting/Northing en Latitude/Longitude modus drukt u gewoon op de drukknop die A1 met de grond verbindt totdat het display "MODE: E/N" (voor Easting/Northing) of "MODE: L/L" (voor Latitude) toont /Lengtegraad).

Als u uw coördinaten in decimale graden wilt hebben, selecteert u de "L/L"-modus en schakelt u vervolgens de tweestandenschakelaar terug naar de GPS-modus. Je instellingen zijn nu opgeslagen in het geheugen van de Arduino en het apparaat zal nu synchroniseren met de satellieten en je positie, de hoogte en het aantal satellieten weergeven dat wordt gebruikt om je locatie te berekenen. Let op: je moet buiten of dicht bij een raam zijn om de GPS de satellieten te laten horen! Het apparaat wordt dan automatisch uitgeschakeld om de batterij te sparen.

Om uw positie op een kaart te vinden, zult u waarschijnlijk uw coördinaten moeten gebruiken in termen van Oost en Noord. Dit systeem is eigenlijk een projectie van uw GPS-coördinaten op een raster. Meestal wordt de kaart gegradueerd in het UTM-systeem, maar sommige landen gebruiken een variant van dit systeem, daarom moet u een andere parameter instellen om te kiezen tussen het UTM-systeem en de variant van uw kaart.

Om het systeem van je kaart te vinden, moet je vaak kleine geschriften in een hoek ervan controleren. Als uw kaart in het UTM-systeem staat, is het parametreren van de GPS eenvoudig: druk gewoon op de drukknop die A2 met de grond verbindt, zodat het scherm "ZONE: AUTO" toont.

In veel landen zijn de kaarten in een lokale variant van het UTM-systeem: bijvoorbeeld in Zweden zijn kaarten vaak in het SWEREF 99 TM-systeem. Dit systeem gebruikt dezelfde projectie als het UTM-systeem in zone 33, maar uitgebreid tot het hele land! Dit betekent dat als je een kaart in SWEREF 99 TM gebruikt, je de zone van de GPS handmatig op 33 moet zetten. Druk hiervoor op de drukknop die A2 met de grond verbindt totdat het display "ZONE: AUTO" toont en druk vervolgens op de drukknop die A1 met de grond verbindt totdat het display " ZONE: 33" toont. Op dezelfde manier gebruiken de meeste kaarten in Finland het ETRS-TM35-systeem, het UTM-systeem in zone 35, uitgebreid tot het hele land (daarom zou u hier "ZONE: 35" moeten selecteren). Veel landen hebben dit soort UTM-systeemvarianten.

Zodra u de GPS correct hebt geparametreerd, schakelt u gewoon de schakelaar met twee standen terug naar de GPS-modus, uw instellingen zijn nu opgeslagen en het apparaat zal nu synchroniseren met de satellieten, uw positie weergeven en afsluiten.

GPS-modus:

Het apparaat start op en toont direct uw posities volgens de parameters die in het geheugen zijn opgeslagen. Zodra de positie is afgedrukt, schakelt het apparaat zichzelf direct uit om de batterij te sparen.

Stap 4: Soldeer de componenten op een stripbord en monteer het apparaat

Nu alles werkt, soldeer je de componenten op het stripboard volgens het schema. U kunt uitgaan van hoe u de componenten op het stripboard hebt georganiseerd als uitgangspunt voor het stripboard-ontwerp. Aarzel niet om het koper van sommige strepen te krassen om een compacter circuit te maken.

Belangrijk: vergeet niet het koper over de pinnen van de arduino te verwijderen;)

Lijm tot slot het scherm, de batterijhouder en de antenne van de GPS-module op het stripboard met hete lijm. Gebruik indien nodig isolerende elektrische tape om kortsluiting te voorkomen.

Om het apparaat compleet te maken, heb je nu twee opties: je kunt ofwel online zoeken naar een plastic doos die past bij de afmetingen van je voltooide GPS (je moet gaten maken voor het scherm, de drukknoppen, de schakelaar en de micro USB-opladeringang) of u kunt een plastic behuizing 3D-printen die perfect bij uw build past.