GPS a risparmio energetico con display E-Ink: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Ogni estate faccio escursioni in località remote. A volte, quando il sentiero è debole o addirittura scompare, devo usare il GPS del mio telefono per ottenere le mie coordinate e poi controllare la mia posizione su una mappa cartacea (spesso non ho segnale quindi le mappe cartacee sono obbligatorie). Per risparmiare la batteria del mio telefono ho deciso di costruire un dispositivo GPS a bassa potenza basato su arduino e utilizzando un display E-Ink. Un display E-Ink necessita solo di alimentazione per attualizzare lo schermo, quindi è adatto per dispositivi a risparmio energetico.

Qual è il principio di questo GPS?

Accendi il GPS premendo un pulsante, il display attualizza la tua posizione, l'altitudine e il numero di satelliti utilizzati per calcolare la tua posizione e poi si spegne automaticamente per risparmiare la batteria. Grazie al display E-Ink, la tua posizione rimane sullo schermo anche quando il GPS è spento. È possibile modificare il sistema di coordinate utilizzato dal GPS (longitudine/latitudine in gradi decimali, sistema UTM e sue varianti…) tramite pulsanti, in modo da poterlo utilizzare con mappe di molti paesi diversi.

Ho imparato così tante cose durante questo piccolo progetto e spero che ti divertirai tanto quanto me nel farlo!

Disclaimer:

Sono abbastanza sicuro di questa build in modo che la userò durante le mie prossime escursioni, tuttavia avrò sempre il mio telefono come GPS di backup. Se non sei sicuro di quello che stai facendo ti consiglio di acquistare un GPS commerciale invece di costruirne uno tu stesso. Ti incoraggio a controllare da solo il circuito e il codice e non posso essere ritenuto responsabile se il GPS che hai costruito secondo questa istruzione ti fallisce

Un'altra cosa: questo GPS non funzionerà in Norvegia e nelle Svalbard in modalità UTM. In effetti, la griglia UTM non è progettata allo stesso modo in questi luoghi rispetto al resto del mondo e non sono stato in grado di includere questa specificità nell'arduino a causa di vincoli di memoria …

Forniture

- 1 x Arduino Nano

- 1 x modulo GPS Ublox-6m

- 1 x display E-Ink con il suo modulo. io ho usato questo:

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

- 1 x 18650 batteria agli ioni di litio (circa 2000 mAh dovrebbero essere sufficienti)

- 1 x 18650 portabatteria

- 1 x modulo di carica e protezione per batterie Li-Ion basato su un TP4056 come questo:

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

- 1 x interruttore a due posizioni (del tipo ON/OFF)

- 3 x piccoli interruttori a pulsante

- 1 x 1 MΩ resistore

- 1 x mosfet a canale N per uso generale (ne ho recuperato uno da un alimentatore per computer)

- 1 x stripboard

- Fili

- 1 x tagliere per la prototipazione

Passaggio 1: prototipazione del GPS

Prima di tutto è necessario assemblare il dispositivo su una breadboard per testare i componenti e il codice arduino.

Alimentazione del GPS

Per alimentare il dispositivo ho utilizzato una batteria Li-Ion 18650 da 2000 mAh. Questo tipo di batteria ha bisogno, proprio come le batterie Li-Po, di essere caricata e scaricata in modo controllato. Caricare la batteria nel modo sbagliato potrebbe prendere fuoco o addirittura esplodere proprio come una Li-Po! Per poterlo caricare utilizzando un classico caricatore del telefono è necessario utilizzare un modulo basato su TP4056.

In questo primo passaggio è sufficiente saldare il filo positivo (rosso) dal supporto della batteria a B+ sul modulo e il filo negativo (nero) dal supporto della batteria a B-. Quindi devi saldare i fili a OUT+ e OUT- sul modulo, si collegheranno in seguito al dispositivo.

IMPORTANTE: Una volta completato il dispositivo dovremo collegare l'arduino al computer, nel farlo è MOLTO IMPORTANTE TOGLIERE LA BATTERIA DAL DISPOSITIVO, altrimenti c'è il rischio che l'arduino inizi a caricare la batteria in un modo errato e c'è, ancora una volta, il rischio che prenda fuoco.

Cablare le cose sulla breadboard

Il passaggio successivo può essere un po' complicato: devi cablare tutto sulla breadboard in modo che corrisponda allo schema sopra.

Un piccolo consiglio: prendi il massimo dello spazio disponibile sulla tua breadboard, e… prenditi il tuo tempo;)

Passaggio 2: carica il codice

Ora è il momento di caricare il codice su arduino!

Prima assicurati che la batteria sia stata rimossa dal supporto della batteria, quindi collega l'arduino al computer, carica il codice arduino allegato e scollega l'arduino. Puoi finalmente inserire la batteria nel dispositivo.

Se hai domande sul codice, non esitare a farle nella sezione commenti qui sotto!:)

Passaggio 3: fallo funzionare

Ora lascia che ti spieghi come funziona effettivamente questo GPS:

Quando premi il pulsante che collega i pin di terra e +5V dall'arduino per circa 3 secondi, il GPS si avvia.

Il GPS può avviarsi in due diverse modalità: la modalità di configurazione e la modalità GPS effettiva. Per scegliere la modalità di avvio bisogna cambiare la posizione dell'interruttore a due posizioni collegato tra A0 e massa.

Modalità di configurazione: In questa modalità puoi scegliere se il GPS mostra la tua posizione (latitudine, longitudine, altitudine e numero di satelliti utilizzati per calcolare la tua posizione) in gradi decimali o se vuoi che mostri la tua posizione (est, nord, altitudine, zona e numero di satelliti utilizzati per calcolare la tua posizione) proiettato sulla griglia UTM (o qualsiasi sua variante come vedremo in seguito). Per passare dalla modalità Est/Nord e Latitudine/Longitudine basta premere il pulsante che collega A1 a terra fino a quando il display mostra "MODE: E/N" (per Est/Nord) o "MODE: L/L" (per Latitudine /Longitudine).

Se vuoi le tue coordinate in gradi decimali, seleziona la modalità "L/L" e poi riporta l'interruttore a due posizioni alla modalità GPS. Le tue impostazioni sono ora salvate nella memoria dell'arduino e il dispositivo si sincronizzerà con i satelliti e visualizzerà la tua posizione, l'altitudine e il numero di satelliti utilizzati per calcolare la tua posizione. Attenzione: devi essere fuori o vicino a una finestra per permettere al GPS di sentire i satelliti! Il dispositivo quindi si spegne automaticamente per risparmiare la batteria.

Per trovare la tua posizione su una mappa dovrai probabilmente usare le tue coordinate in termini di Est e Nord. Questo sistema è in realtà una proiezione delle tue coordinate GPS su una griglia. La maggior parte delle volte la mappa sarà graduata nel sistema UTM, ma alcuni paesi utilizzano una variante di questo sistema quindi devi impostare un altro parametro per scegliere tra il sistema UTM e la variante della tua mappa.

Per trovare il sistema della tua mappa devi spesso controllare minuscole scritture in un angolo di essa. Se la tua mappa è nel sistema UTM, la parametrizzazione del GPS è semplice: basta premere il pulsante che collega A2 a terra in modo che lo schermo mostri "ZONE: AUTO".

In molti paesi le mappe sono in una variante locale del sistema UTM: per esempio in Svezia le mappe sono spesso nel sistema SWEREF 99 TM. Questo sistema utilizza la stessa proiezione del sistema UTM nella zona 33 ma esteso a tutto il paese! Ciò significa che se utilizzi una mappa in SWEREF 99 TM dovrai fissare manualmente la zona del GPS su 33. Per fare ciò premere il pulsante che collega A2 a terra fino a quando sul display non compare "ZONA: AUTO" quindi premere il pulsante che collega A1 a terra fino a quando sul display non compare "ZONA: 33". Allo stesso modo, in Finlandia la maggior parte delle mappe utilizza il sistema ETRS-TM35, che è il sistema UTM nella zona 35 esteso a tutto il paese (quindi dovresti selezionare "ZONA: 35"). Molti paesi hanno questo tipo di varianti del sistema UTM.

Una volta parametrizzato correttamente il GPS, è sufficiente riportare l'interruttore a due posizioni sulla modalità GPS, le impostazioni sono ora salvate e il dispositivo ora si sincronizzerà con i satelliti, visualizzerà la posizione e si spegnerà.

Modalità GPS:

Il dispositivo si avvierà e mostrerà direttamente le tue posizioni in base ai parametri memorizzati nella sua memoria. Una volta stampata la posizione, il dispositivo si spegnerà direttamente per risparmiare la batteria.

Passaggio 4: saldare i componenti su una scheda a strisce e assemblare il dispositivo

Ora che tutto funziona, saldare i componenti sulla stripboard secondo lo schema. Puoi iniziare da come hai organizzato i componenti sullo stripboard come punto di partenza per il design dello stripboard. Non esitare a grattare il rame da alcune strisce per realizzare un circuito più compatto.

Importante: non dimenticare di rimuovere il rame attraverso i pin dell'arduino;)

Infine, incolla lo schermo, il supporto della batteria e l'antenna del modulo GPS allo stripboard con la colla a caldo. Se necessario, utilizzare nastro isolante per evitare cortocircuiti.

Per completare il dispositivo ora hai due opzioni: puoi cercare online una scatola di plastica che si adatti alle dimensioni del tuo GPS finito (dovrai praticare dei fori per lo schermo, i pulsanti, l'interruttore e il micro ingresso per caricabatterie USB) oppure puoi stampare in 3D una custodia in plastica che si adatti perfettamente alla tua build.