Preiswertes GPS-Modul

Beitrag von **Heinrichs** » Mo 30. Dez 2013, 12:17

GPS-Module sind i. A. recht teuer; die Preise liegen häufig bei ca. 30 Euro oder sogar höher. Nun habe ich bei EBAY ein Modul (inkl. Antenne) für ca. 11 Euro (inkl. Porto) entdeckt: Die kleine Platine hat die Bezeichnung GY-GPS6MV2. Herzstück ist ein NE0-6M von ublox.

: GY-GPS6MV" mit Antenne; GY-GPS6MV2.jpg (16.81 KiB) 18918 mal betrachtet

Das Modul kann mit Spannungen von 3,3 bis 5 V betrieben werden. Das bedeutet aber nicht, dass auch bei den Signalleitungen Spannungen bis 5 V zulässig sind. Die Schaltskizze des Moduls zeigt nämlich, dass die Platine zwar einen Spannungsregler für den NE0-6M aufweist, aber keine Pegelanpassungen für den Eingang RX bzw. den Ausgang TX. Das Manual des NE0-6M gibt 3,6 V als Maximalspannung an.

: Schaltskizze; GY-GPS6MV2_schaltbild.jpg (36.16 KiB) 18918 mal betrachtet

Standardmäßig überträgt das Modul die GPS-Daten im NMEA-Protokoll seriell (TTL) mit 9600 Baud (8 Bit, keine Parität, 1 Stoppbit). Um diese Daten zu empfangen und auszuwerten, reicht es aus, den TX-Ausgang des Moduls mit einem (hochohmigen) Eingang des Mikrocontrollers zu verbinden. Bei unserer Attiny-Platine kann man als Eingang allerdings leider nicht einfach auf den RxD-Eingang des Attiny zurückgreifen, weil dieser über einen Pull-Up-Widerstand mit 5 V verbunden ist. In dem Beitrag viewtopic.php?f=12&t=53 habe ich dargestellt, wie man dieses Pegelproblem beseitigen kann. Für erste Testversuche soll hier ein anderer Pin des Attiny benutzt werden:

Code: Alles auswählen

GY-GPS6MV2---Attiny
VCC       --- +5 V
GND       --- Masse
TX        --- PortD.4

Das GPS sendet die Daten als ASCII-Zeichen im NMEA-Protokoll (Näheres dazu vgl. viewtopic.php?f=12&t=53). Das folgende Programm nimmt die Zeichen entgegen und sendet sie sofort an ein Terminal-Programm. Untersuchungen mit einem Oszilloskop zeigen, dass die einzelnen Bytes ohne Pause gesendet werden.

: Oszillogramm des GPS-Signals; oszi_gps_nmea.jpg (32.87 KiB) 18917 mal betrachtet

Beim Attiny steht nur für den RxD-Eingang eine Hardware-UART zur Verfügung. An den anderen Ports muss eine Software-UART von BASCOM herhalten; für diese stehen keine Puffer oder Interrupts zur Verfügung. Deswegen ist die Zeit zur Verarbeitung der empfangenen Bytes sehr beschränkt. So reicht die Zeit zum Senden des empfangenen Bytes an das Terminal mit dem BASCOM-Befehl printbin nicht aus. Deswegen greifen wir in unserem Programm direkt auf das UDR-Register der Hardware-UART zurück: Durch UDR = c wird der Inhalt von c in das UDR-Register gelegt und von da automatisch von der UART versendet. Während dieser Sendezeit kann die Software-UART sich wieder um den Empfang des nächsten Bytes kümmern.

Code: Alles auswählen

$regfile = "attiny2313.dat"
$crystal = 4000000
$baud = 9600
$hwstack = 32
$swstack = 10
$framesize = 40

Dim C As Byte

Ddrd = &B01100000                                           ' D5, D6 als Ausgang; Rest als Eingang
Portd = &B10001110                                          ' Beginn mit Item 0

Open "COMD.4:9600,8,n,1" For Input As #1                    ' portd.4 als software-Uart

Do
   C = Inkey(#1)
   If C > 0 Then Udr = C                                    ' Ausgabe über Terminal, s. u.
Loop

Close #1                                                    ' nur pro forma

End

Um das GPS-Modul ohne Mikrocontroller zu testen, bedient man sich am einfachsten eines USB-Seriell (TTL)-Konverters; diese kann man schon für 1 bis 2 Euro erwerben. Das folgende Protokoll wurde erhalten, indem das GPS-Modul direkt über einen solchen Konverter an den PC angeschlossen wurde. Als Terminal-Programm wurde Uploader.exe benutzt.

Code: Alles auswählen

$GPGSV,3,3,09,31,25,067,24*42
$GPGLL,5110.64055,N,00628.36138,E,122320.00,A,A*6D
$GPRMC,122321.00,A,5110.64038,N,00628.36118,E,0.251,,291213,,,A*70
$GPVTG,,T,,M,0.251,N,0.465,K,A*22
$GPGGA,122321.00,5110.64038,N,00628.36118,E,1,06,2.07,31.6,M,46.5,M,,*60
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.34*01
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,28,04,18,303,17,11,25,152,23,12,05,350,21*7C
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,32,17,42,275,33,20,88,344,35,23,48,189,40*78
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,25*43
$GPGLL,5110.64038,N,00628.36118,E,122321.00,A,A*65
$GPRMC,122322.00,A,5110.64018,N,00628.36113,E,0.379,,291213,,,A*71
$GPVTG,,T$GPRMC,122325.00,A,5110.63977,N,00628.36063,E,0.065,,291213,,,A*79
$GPVTG,,T,,M,0.065,N,0.121,K,A*22
$GPGGA,122325.00,5110.63977,N,00628.36063,E,1,06,2.07,34.0,M,46.5,M,,*6F
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.34*01
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,28,04,18,303,20,11,25,152,23,12,05,350,22*7B
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,32,17,42,275,33,20,88,344,34,23,48,189,39*77
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,24*42
$GPGLL,5110.63977,N,00628.36063,E,122325.00,A,A*69
$GPRMC,122326.00,A,5110.63973,N,00628.36054,E,0.101,,291213,,,A*79
$GPVTG,,T,,M,0.101,N,0.187,K,A*2D
$GPGGA,122326.00,5110.63973,N,00628.36054,E,1,06,2.07,34.4,M,46.5,M,,*68
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,27,04,18,303,20,11,25,152,22,12,05,350,21*76
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,31,17,42,275,31,20,88,344,34,23,48,189,38*77
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,23*45
$GPGLL,5110.63973,N,00628.36054,E,122326.00,A,A*6A
$GPRMC,122327.00,A,5110.63951,N,00628.36013,E,0.192,,291213,,,A*71
$GPVTG,,T,,M,0.192,N,0.356,K,A*29
$GPGGA,122327.00,5110.63951,N,00628.36013,E,1,06,2.07,35.4,M,46.5,M,,*6B
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,27,04,18,303,24,11,25,152,22,12,05,350,20*73
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,31,17,42,275,31,20,88,344,34,23,48,189,38*77
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,23*45
$GPGLL,5110.63951,N,00628.36013,E,122327.00,A,A*68
$GPRMC,122328.00,A,5110.63938,N,00628.35999,E,0.113,,291213,,,A*70
$GPVTG,,T,,M,0.113,N,0.209,K,A*2B
$GPGGA,122328.00,5110.63938,N,00628.35999,E,1,06,2.07,36.1,M,46.5,M,,*65
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,27,04,18,303,25,11,25,152,23,12,05,350,19*79
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,31,17,42,275,31,20,88,344,34,23,48,189,38*77
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,23*45
$GPGLL,5110.63938,N,00628.35999,E,122328.00,A,A*60
$GPRMC,122329.00,A,5110.63922,N,00628.35973,E,0.102,,291213,,,A*7E
$GPVTG,,T,,M,0.102,N,0.190,K,A*28
$GPGGA,122329.00,5110.63922,N,00628.35973,E,1,06,2.07,37.0,M,46.5,M,,*6B
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,27,04,18,303,25,11,25,152,23,12,05,350,19*79
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,31,17,42,275,31,20,88,344,34,23,48,189,38*77
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,24*42
$GPGLL,5110.63922,N,00628.35973,E,122329.00,A,A*6E
$GPRMC,122330.00,A,5110.63913,N,00628.35958,E,0.156,,291213,,,A*7C
$GPVTG,,T,,M,0.156,N,0.289,K,A*22
$GPGGA,122330.00,5110.63913,N,00628.35958,E,1,06,2.07,37.5,M,46.5,M,,*6D
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,27,04,18,303,23,11,25,152,23,12,05,350,18*7E
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,31,17,42,275,31,20,88,344,34,23,48,189,38*77
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,24*42
$GPGLL,5110.63913,N,00628.35958,E,122330.00,A,A*6D
$GPRMC,122331.00,A,5110.63908,N,00628.35953,E,0.047,,291213,,,A*7D
$GPVTG,,T,,M,0.047,N,0.086,K,A*2E
$GPGGA,122331.00,5110.63908,N,00628.35953,E,1,06,2.07,37.9,M,46.5,M,,*61
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,28,04,18,303,22,11,25,152,23,12,05,350,18*70
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,32,17,42,275,29,20,88,344,34,23,48,189,38*7D
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,24*42
$GPGLL,5110.63908,N,00628.35953,3.
$GPRMC,122332.00,A,5110.63910,N,00628.35943,E,0.177,,291213,,,A*74
$GPVTG,,T,,M,0.177,N,0.328,K,A*2B
$GPGGA,122332.00,5110.63910,N,00628.35943,E,1,06,2.07,38.1,M,46.5,M,,*6D
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,0903,,,,3,,,,2,5,7G,2937027252284338837P,92,7*GL1.3,0853122,A
$GPRMC,122333.00,A,5110.63906,N,00628.35911,E,0.339,,291213,,,A*7D
$GPVTG,,T,,M,0.339,N,0.628,K,A*26
$GPGGA,122333.00,5110.63906,N,00628.35911,E,1,06,2.07,38.6,M,46.5,M,,*6B
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,28,04,18,303,19,11,25,152,23,12,05,350,17*77
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,31,17,42,275,27,20,88,344,34,23,48,189,38*70
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,23*45
$GPGLL,5110.63906,N,00628.35911,E,122333.00,A,A*67
$GPRMC,122334.00,A,5110.63897,N,00628.35881,E,0.332,,291213,,,A*70
$GPVTG,,T,,M,0.332,N,0.615,K,A*23
$GPGGA,122334.00,5110.63897,N,00628.35881,E,1,06,2.07,39.1,M,46.5,M,,*6B
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,27,04,18,303,20,11,25,152,23,12,05,350,17*72
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,30,17,42,275,27,20,88,344,34,23,48,189,38*71
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,24*42
$GPGLL,5110.63897,N,00628.35881,E,122334.00,A,A*61
$GPRMC,122335.00,A,5110.63892,N,00628.35861,E,0.331,,291213,,,A*79
$GPVTG,,T,,M,0.331,N,0.613,K,A*26
$GPGGA,122335.00,5110.63892,N,00628.35861,E,1,06,2.07,39.5,M,46.5,M,,*65
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,27,04,18,303,22,11,25,152,23,12,05,350,17*70
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,30,17,42,275,26,20,88,344,34,23,48,189,38*70
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,24*42
$GPGLL,5110.63892,N,00628.35861,E,122335.00,A,A*6B
$GPRMC,122336.00,A,5110.63879,N,00628.35842,E,0.176,,291213,,,A*7F
$GPVTG,,T,,M,0.176,N,0.326,K,A*24
$GPGGA,122336.00,5110.63879,N,00628.35842,E,1,06,2.07,40.1,M,46.5,M,,*68
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,27,04,18,303,23,11,25,152,22,12,05,350,18*7F
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,31,17,42,275,26,20,88,344,34,23,48,189,38*71
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,24*42
$GPGLL,5110.63879,N,00628.35842,E,122336.00,A,A*6C
$GPRMC,122337.00,A,5110.63869,N,00628.35821,E,0.215,,291213,,,A*7C
$GPVTG,,T,,M,0.215,N,0.398,K,A*27
$GPGGA,122337.00,5110.63869,N,00628.35821,E,1,06,2.07,40.5,M,46.5,M,,*69
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,28,04,18,303,23,11,25,152,22,12,05,350,18*70
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,31,17,42,275,26,20,88,344,35,23,48,189,38*70
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,25*43
$GPGLL,5110.63869,N,00628.35821,E,122337.00,A,A*69
$GPRMC,122338.00,A,5110.63855,N,00628.35801,E,0.197,,291213,,,A*77
$GPVTG,,T,,M,0.197,N,0.366,K,A*2F
$GPGGA,122338.00,5110.63855,N,00628.35801,E,1,06,2.07,41.1,M,46.5,M,,*6E
$GPGSA,A,3,20,01,23,17,04,13,,,,,,,3.13,2.07,2.35*00
$GPGSV,3,1,09,01,53,139,28,04,18,303,23,11,25,152,21,12,05,350,19*72
$GPGSV,3,2,09,13,17,200,31,17,42,275,26,20,88,344,34,23,48,189,38*71
$GPGSV,3,3,09,31,25,067,25*43
$GPGLL,5110.63855,N,00628.35801,E,122338.00,A,A*6B
$GPRMC,122339.00,A,5110.63843,N,00628.35782,E,0.14

: Einsatz eines USB-Seriell-Adapters; gps_usb.jpg (33.73 KiB) 18918 mal betrachtet

Beitrag von **Heinrichs** » Di 31. Dez 2013, 14:15

Der Ausgang TX der GPS-Moduls kann nicht direkt an den RxD-Eingang angeschlossen werden. Dabei bereitet der RxD-Eingang selbst keine Probleme, da er hochohmig ist. Probleme bereitet jedoch der Pullup-Widerstand von 4,7 K auf unserer Attiny-Platine, der mit einem Transistor für die Invertierung des RS232-Signals sorgt. Wenn der Transistor nicht durchschaltet (das ist z. B. der Fall, wenn kein RS232-Kabel angeschlossen ist), dann liegt am Eingang RxD ein Potential von ca. 5 V; dieses könnte das GPS-Modul zerstören.

Eine 3,6-V-Zenerdiode kann hier Abhilfe schaffen; sie zieht das Potential von 5 V auf ca. 3 V herunter. Dabei muss die Zener-Diode in Sperrrichtung geschaltet sein (Kathode bzw. Ring nach RxD weisend).

Code: Alles auswählen


'     RxD (Attiny) 0-----+-----0 TX (GY-GPS6MV2)
'                        |
'                        ZD (3,6 V)
'                        |
'                       GND

Der Strom ist maximal, wenn das Signal des GPS-Moduls LOW ist; in diesem Fall ist die Stromstärke höchstens 5V/4,7K = 1,1 mA. Der Ausgang des GPS-Moduls kann laut Manual maximal mit 10 mA belastet werden. Somit wird das GPS-Modul nun weder spannungs- und stromstärkemäßig überlastet.

Um die $GPRMC-Items auf einem LCD anzuzeigen, kann man folgendes Programm (nach Kühnel: Programmieren der AVR RISC Mikrocontroller, 2. Auflage) benutzen:

Code: Alles auswählen

' GY-GPS6MV2 an Attiny-Platine
' Wegen des Pull-Up-Widerstandes der Attiny-Platine die TX-Leitung von GY-GPS6MV2
' nur mit zusätzlicher Zehnerdiode (in Sperrrichtung) an RxD des Attiny anschließen!!!

'     RxD (Attiny) 0-----+-----0 TX (GY-GPS6MV2)
'                        |
'                        ZD (3,6 V)
'                        |
'                       GND

' zeigt jede 2 Sekunden einen Eintrag von $GPMRC an;
' mit Ta0 und Ta1 Nummer des Items auswählen

' 2*16-LCD (Hitachi) an PortB

$regfile = "attiny2313.dat"
$crystal = 4000000
$baud = 9600                                                ' NMEA Schnittstelle der rs232-Version auf 9600 baud eingestelt (vgl. u-Center_User_Guide(GPS-SW-08007).pdf  S. 50f)
$hwstack = 32
$swstack = 10
$framesize = 40

Dim Soutput As String * 16
Dim I As Byte
Dim Ss As Byte
Dim Cc As Byte
Dim Wi As Byte
Dim Pos As Byte

Declare Sub Wait_for_string(byval S As String)
Declare Sub Wait_for_char(byval C As String)
Declare Sub Read_string()

Ddrd = &B01110000                                           ' D4, D5, D6 als Ausgang; Rest als Eingang
Portd = &B10001110                                          ' Beginn mit Item 0

Pos = 0

Enable Int0
Config Int0 = Falling
On Int0 Vzaehlen Nosave                                     ' Rechenregister in ISR nicht retten
Enable Int1
Config Int1 = Falling
On Int1 Rzaehlen Nosave

Config Lcd = 16 * 2                                         ' LCD konfigurieren
 Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.0 , Db5 = Portb.1 , Db6 = Portb.2 , Db7 = Portb.3 , E = Portb.4 , Rs = Portb.6
Cursor Off

Config Serialin = Buffered , Size = 15                      ' Konfig. der ser. Eingabe

Initlcd
Cls
Lcd "Test GPS-Modul"
Wait 1
Cls

Enable Interrupts

Do
   Call Wait_for_string( "$GPRMC,")                         ' Warte auf $GPRMC
   Portd.6 = 1
   For I = 1 To Pos
     Call Wait_for_char( ",")
   Next I
   Call Read_string()
   Initlcd
   Cls
   Locate 1 , 1
   Lcd "Item ";
   Lcd Pos
   Locate 2 , 1
   Lcd Soutput
   Wait 1
   Portd.6 = 0
   Wait 1
   Clear Serialin
Loop

End

' ************************************************************************************

Sub Wait_for_char(byval C As String)
Do
   Cc = Waitkey()
Loop Until Cc = Chr(c)
End Sub

Sub Wait_for_string(byval S As String)
  Wi = 1
  M1:
   Cc = Waitkey()
   If Cc <> Mid(s , Wi , 1) Then
      Wi = 1                                                'bei Kuehnel vergessen?!
      Goto M1
   Else
      Incr Wi
      If Wi > Len(s) Then Goto M2
      Goto M1
   End If
M2:
End Sub

Sub Read_string()
Soutput = ""
Do
   Cc = Waitkey()
   Soutput = Soutput + Chr(cc)
Loop Until Cc = ","
End Sub


Vzaehlen:
  Pos = Pos + 1                                             ' hier kaum ein Problem mit Tastenprellern - wegen Kondensator
Return

Rzaehlen:
  If Pos > 0 Then Pos = Pos - 1                             ' manchmal kleines Problem bei Tastenprellern :-)
Return

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Preiswertes GPS-Modul

Preiswertes GPS-Modul

Re: Preiswertes GPS-Modul - Pegelanpassung