Tiết kiệm năng lượng GPS với màn hình E-Ink: 4 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Mỗi mùa hè tôi đều đi bộ đường dài ở những địa điểm xa xôi. Đôi khi, khi đường mòn mờ nhạt hoặc thậm chí biến mất, tôi phải sử dụng GPS của điện thoại để lấy tọa độ và sau đó kiểm tra vị trí của mình trên bản đồ giấy (tôi thường không có tín hiệu nên bản đồ giấy là bắt buộc). Để tiết kiệm pin điện thoại, tôi quyết định xây dựng một thiết bị GPS năng lượng thấp dựa trên arduino và sử dụng màn hình E-Ink. Màn hình E-Ink chỉ cần nguồn điện để hiện thực hóa màn hình, do đó, nó rất phù hợp cho các thiết bị tiết kiệm năng lượng.

Nguyên tắc của GPS này là gì?

Bạn bật GPS bằng cách nhấn một nút nhấn, màn hình sẽ hiển thị vị trí, độ cao và số lượng vệ tinh được sử dụng để tính toán vị trí của bạn và sau đó tự động tắt để tiết kiệm pin. Nhờ màn hình E-Ink, vị trí của bạn vẫn hiển thị trên màn hình ngay cả khi GPS bị tắt. Bạn có thể thay đổi hệ thống tọa độ được sử dụng bởi GPS (kinh độ / vĩ độ theo độ thập phân, hệ thống UTM và các biến thể của nó…) bằng cách sử dụng các nút nhấn để bạn có thể sử dụng hệ thống này với bản đồ từ nhiều quốc gia khác nhau.

Tôi đã học được rất nhiều điều trong dự án nhỏ này và hy vọng bạn sẽ có nhiều niềm vui như tôi đã làm!

Tuyên bố từ chối trách nhiệm:

Tôi đủ tự tin vào bản dựng này để tôi sẽ sử dụng nó trong những chuyến đi bộ đường dài tiếp theo, tuy nhiên tôi sẽ luôn mang theo điện thoại làm GPS dự phòng. Nếu bạn không chắc chắn về những gì bạn đang làm, tôi khuyên bạn nên mua một thiết bị định vị toàn cầu thay vì tự chế tạo. Tôi khuyến khích bạn tự mình kiểm tra mạch và mã và tôi không chịu trách nhiệm nếu GPS mà bạn đã xây dựng theo hướng dẫn này bị lỗi

Một điều khác: GPS này sẽ không hoạt động ở Na Uy và Svalbard ở chế độ UTM. Thật vậy, lưới UTM không được thiết kế theo cùng một cách ở những nơi này so với phần còn lại của thế giới và tôi không thể đưa tính cụ thể này vào arduino do hạn chế về bộ nhớ…

Quân nhu

- 1 x Arduino Nano

- 1 x mô-đun GPS Ublox-6m

- 1 x màn hình E-Ink với mô-đun của nó. Tôi đã sử dụng cái này:

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

- 1 x 18650 pin Li-Ion (khoảng 2000 mah là đủ)

- 1 x 18650 giá đỡ pin

- 1 x mô-đun sạc và bảo vệ cho pin Li-Ion dựa trên TP4056 như thế này:

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

- Công tắc 1 x hai vị trí (kiểu BẬT / TẮT)

- 3 x công tắc nút nhấn nhỏ

- Điện trở 1 x 1 MΩ

- 1 x MOSFET kênh N mục đích chung (Tôi đã nhặt một cái từ bộ cấp nguồn máy tính)

- 1 x Stripboard

- Dây điện

- 1 x Breadboard để tạo mẫu

Bước 1: Tạo mẫu GPS

Trước hết, bạn cần phải lắp ráp thiết bị trên một breadboard để kiểm tra các thành phần và mã arduino.

Cung cấp năng lượng cho GPS

Để cung cấp năng lượng cho thiết bị, tôi đã sử dụng pin Li-Ion 18650 2000 mAh. Loại pin này, giống như pin Li-Po, cần được sạc và xả một cách có kiểm soát. Sạc pin sai cách có thể gây cháy hoặc thậm chí phát nổ giống như Li-Po! Để có thể sạc nó bằng bộ sạc điện thoại cổ điển, bạn cần sử dụng mô-đun dựa trên TP4056.

Trong bước đầu tiên này, bạn chỉ cần hàn dây dương (đỏ) từ ngăn chứa pin với B + trên mô-đun và dây âm (đen) từ ngăn chứa pin với B-. Sau đó, bạn phải hàn dây vào OUT + và OUT- trên mô-đun, chúng sẽ kết nối sau đó với thiết bị.

QUAN TRỌNG: Sau khi thiết bị được hoàn thành, chúng tôi sẽ phải cắm arduino vào máy tính, khi làm như vậy, điều THỰC SỰ QUAN TRỌNG LÀ TẮT PIN TỪ THIẾT BỊ, nếu không, có nguy cơ arduino sẽ bắt đầu sạc pin trong cách không chính xác và một lần nữa, có nguy cơ nó bốc cháy.

Nối dây mọi thứ trên breadboard

Bước tiếp theo có thể hơi phức tạp: bạn phải nối dây mọi thứ trên breadboard để nó khớp với sơ đồ ở trên.

Một mẹo nhỏ: hãy tận dụng tối đa không gian có sẵn trên breadboard của bạn và… hãy dành thời gian của bạn;)

Bước 2: Tải lên mã

Bây giờ là lúc tải lên mã trên arduino!

Đầu tiên hãy đảm bảo rằng pin đã được tháo ra khỏi ngăn chứa pin, sau đó cắm arduino vào máy tính, tải mã arduino kèm theo và rút arduino. Cuối cùng bạn có thể lắp pin vào thiết bị.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về mã, hãy hỏi họ trong phần bình luận bên dưới!:)

Bước 3: Làm cho nó hoạt động

Bây giờ hãy để tôi giải thích cách GPS này thực sự hoạt động:

Khi bạn nhấn nút kết nối mặt đất và chân + 5V từ arduino trong khoảng 3 giây, GPS sẽ khởi động.

GPS có thể khởi động ở hai chế độ khác nhau: chế độ cấu hình và chế độ GPS thực tế. Để chọn chế độ khởi động, bạn phải thay đổi vị trí của hai công tắc vị trí kết nối giữa A0 và mặt đất.

Chế độ cấu hình: Trong chế độ này, bạn có thể chọn xem GPS có hiển thị vị trí của bạn (vĩ độ, kinh độ, độ cao và số lượng vệ tinh được sử dụng để tính toán vị trí của bạn) ở độ thập phân hay không hoặc nếu bạn muốn nó hiển thị vị trí của mình (kinh độ, đông bắc, độ cao, vùng và số lượng vệ tinh được sử dụng để tính toán vị trí của bạn) được chiếu trên lưới UTM (hoặc bất kỳ biến thể nào của nó như chúng ta sẽ thấy sau). Để chuyển đổi giữa chế độ Easting / Northing và Latitude / Longitude, chỉ cần nhấn vào nút nhấn kết nối A1 với mặt đất cho đến khi màn hình hiển thị "MODE: E / N" (cho Easting / Northing) hoặc "MODE: L / L" (cho Latitude / Kinh độ).

Nếu bạn muốn tọa độ của mình ở dạng độ thập phân, hãy chọn chế độ "L / L" và sau đó chuyển lại công tắc hai vị trí sang chế độ GPS. Cài đặt của bạn hiện được lưu trong bộ nhớ của arduino và thiết bị sẽ đồng bộ hóa với các vệ tinh và hiển thị vị trí của bạn, độ cao và số lượng vệ tinh được sử dụng để tính toán vị trí của bạn. Hãy cẩn thận: bạn phải ở bên ngoài hoặc gần cửa sổ để cho phép GPS nghe thấy các vệ tinh! Sau đó, thiết bị sẽ tự động tắt để tiết kiệm pin.

Để tìm vị trí của bạn trên bản đồ, bạn có thể sẽ phải sử dụng tọa độ của mình theo hướng Đi thẳng và Hướng bắc. Hệ thống này thực sự là phép chiếu tọa độ GPS của bạn trên lưới. Hầu hết thời gian bản đồ sẽ được chia độ trong hệ thống UTM, nhưng một số quốc gia sử dụng một biến thể của hệ thống này, do đó bạn phải đặt một tham số khác để lựa chọn giữa hệ thống UTM và biến thể của bản đồ.

Để tìm ra hệ thống bản đồ của bạn, bạn thường phải kiểm tra những bản kinh nhỏ ở một góc của nó. Nếu bản đồ của bạn nằm trong hệ thống UTM thì việc tham số GPS rất đơn giản: chỉ cần nhấn nút nhấn kết nối A2 với mặt đất để màn hình hiển thị "ZONE: AUTO".

Ở nhiều quốc gia, bản đồ là một biến thể cục bộ của hệ thống UTM: ví dụ ở Thụy Điển, bản đồ thường nằm trong hệ thống SWEREF 99 TM. Hệ thống này sử dụng hình chiếu tương tự như hệ thống UTM ở khu 33 nhưng mở rộng ra cả nước! Điều này có nghĩa là nếu bạn sử dụng bản đồ trong SWEREF 99 TM, bạn sẽ phải sửa vùng của GPS thành 33 theo cách thủ công. Để làm như vậy, nhấn nút nhấn kết nối A2 với mặt đất cho đến khi màn hình hiển thị "ZONE: AUTO" và sau đó nhấn nút nhấn kết nối A1 với mặt đất cho đến khi màn hình hiển thị "ZONE: 33". Tương tự, ở Phần Lan, hầu hết các bản đồ sử dụng hệ thống ETRS-TM35, là hệ thống UTM trong vùng 35 được mở rộng cho cả nước (do đó bạn có thể ở đây để chọn "ZONE: 35"). Rất nhiều quốc gia có loại biến thể hệ thống UTM này.

Khi bạn đã tham số chính xác GPS, chỉ cần chuyển lại công tắc hai vị trí sang chế độ GPS, cài đặt của bạn hiện đã được lưu và thiết bị sẽ đồng bộ hóa với vệ tinh, hiển thị vị trí của bạn và tắt.

Chế độ GPS:

Thiết bị sẽ khởi động và hiển thị trực tiếp các vị trí của bạn theo các thông số được lưu trong bộ nhớ của nó. Sau khi vị trí được in, thiết bị sẽ tự tắt trực tiếp để tiết kiệm pin.

Bước 4: Hàn các thành phần trên bảng dải và lắp ráp thiết bị

Bây giờ mọi thứ đã hoạt động, hãy hàn các thành phần trên bảng mạch theo sơ đồ. Bạn có thể bắt đầu từ cách bạn tổ chức các thành phần trên dải băng tần như một điểm khởi đầu cho thiết kế bảng xếp hạng. Đừng ngần ngại làm xước đồng khỏi một số sọc để tạo ra một mạch nhỏ gọn hơn.

Quan trọng: Đừng quên tháo đồng qua các chân của arduino;)

Cuối cùng, dán màn hình, ngăn chứa pin và ăng-ten của mô-đun GPS vào bảng dải bằng keo nóng. Sử dụng băng dính cách điện nếu cần thiết để tránh đoản mạch.

Để hoàn thiện thiết bị, bây giờ bạn có hai lựa chọn: bạn có thể tìm kiếm trực tuyến một hộp nhựa phù hợp với kích thước của GPS đã hoàn thành của bạn (bạn sẽ phải khoét các lỗ cho màn hình, các nút nhấn, công tắc và micro Đầu vào bộ sạc USB) hoặc bạn có thể in 3D một hộp nhựa hoàn toàn phù hợp với bản dựng của bạn.