В настоящее время вокруг земли летает достаточно много GPS спутников, которые обеспечивают точное определение местоположения любой точки на Земле. Но вместе с координатами (широта и долгота) они передают и много других полезных данных, например, время, дату, высоту над уровнем моря, угол и т.д. Более подробно эти вещи мы уже рассматривали в статье про считывание GPS данных с помощью персонального компьютера и Arduino Uno, в этой же статье мы рассмотрим проектирование GPS часов на основе платы Arduino Uno, использующих данные о времени и дате, получаемые с GPS спутников. Эти GPS часы будут весьма точными и показывать дату и время с точностью до миллисекунды.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno
Источник питания
ЖК дисплей 16х2
GPS модуль
Соединительные провода

Принципы работы устройства

GPS модуль передает данные в NMEA формате, пример этих данных можно посмотреть на рисунке ниже. NMEA формат состоит из нескольких строк (предложений), из которых нам нужно будет извлечь только время и дату. Эти данные содержатся в строке $GPRMC, которая содержит время, дату, координаты и другую полезную информацию. Длина строки $GPRMC составляет примерно 70 символов. Мы уже рассматривали пример извлечения нужных нам GPS данных из строки $GPGGA в проекте определения местоположения автомобиля, здесь же мы будем извлекать данные из строки $GPRMC.

Строка $GPRMC, в основном, содержит скорость, время, дату и местоположение:

$GPRMC,123519.000,A, 7791.0381,N, 06727.4434,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6A

$GPRMC,HHMMSS.SSS,A,latitude,N,longitude,E,speed,angle,date,MV,W,CMD

В следующей таблице представлен перевод (описание) данных GPS из строки $GPRMC.

Идентификатор	Описание
RMC	Recommended Minimum sentence C
HHMMSS.SSS	Время в формате: час минута секунда и миллисекунда
A	Статус // A=active (активный) and V= void (пустой, недействительный)
Latitude	Широта (координата)
N	Направление: N=North (север), S=South (юг)
Longitude	Долгота (координата)
E	Направление: E= East (восток), W=West (запад)
Speed	Скорость в узлах (1 узел= 1,87 км в час)
Angle	Угол места в градусах
Date	Временная отметка (дата в UTC, Universal Time Coordinated — всеобщее скоординированное время)
MV	Магнитное возмущение
W	Direction of variation E/W (направление изменения E/W)
CMD (*6A)	Данные контрольной суммы

В большинстве случаев эта строка ($GPRMC) используется для извлечения данных времени, даты и скорости.

Мы можем извлечь время и дату из строки $GPRMC при помощи подсчета запятых в этой строке. Таким образом, с помощью Arduino мы будем находить в GPS данных строку $GPRMC и сохранять ее в массиве, в котором время (в 24-часовом формате) может быть найдено после одной запятой, а дата – после 9 запятых. Время и дата потом сохраняются в соответствующих строках.

GPS спутники передают время и дату в формате UTC (Universal Time Coordinated — всеобщее скоординированное время), поэтому мы должны конвертировать его в местное время. В нашем проекте мы добавили к этому времени 5:30 чтобы получить время, соответствующее времени в Индии, вы для своего региона можете легко узнать соответствующую поправку.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Плата Arduino управляет всеми процессами на этой схеме: она принимает данные от GPS модуля, извлекает дату и время из строки $GPRMC и показывает их на экране ЖК дисплея.

Контакты данных ЖК дисплея D4, D5, D6, D7 подсоединены к контактам 5, 4 , 3, 2 Arduino, а контакты управления ЖК дисплея RS и EN подсоединены к контактам 7 и 6 Arduino. Контакт передачи Tx GPS модуля подсоединен к контакту Rx (pin 10) платы Arduino (мы этот контакт сделаем входом последовательного порта с помощью соответствующей бибблиотеки). Контакты земли GPS модуля и платы Arduino соединены вместе. В данной схеме мы использовали GPS модуль SKG13BL, функционирующий на скорости 9800 бод/с, плату Arduino (ее последовательный порт) также можно сконфигурировать на работу со скоростью 9800 бод/с с помощью команды “Serial.begin(9800)”.

Исходный код программы

В программе мы первым делом должны подключить необходимые библиотеки и инициализировать контакты для подключения ЖК дисплея и последовательной связи. Также необходимо инициализировать необходимые переменные и массивы для хранения данных. При помощи библиотеки для последовательной связи (Software Serial Library) мы можем осуществить последовательную связь на контактах 10 и 11 (мы будем использовать только 10-й) и сделать их выводами Rx и Tx соответственно. По умолчанию последовательная связь в плате Arduino доступна на ее контактах 0 и 1, но благодаря библиотеке для последовательной связи (Software Serial Library) мы дополнительно к этому можем реализовать последовательную связь и на контактах 10 и 11 Arduino.

#include<LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial Serial1(10, 11); // RX, TX
... ....
.... ....

После этого мы инициализируем последовательную связь, ЖК дисплей и показываем приветственное сообщение на ЖК дисплее. Затем извлекаем время и дату из принятой строки.

while(x<str_lenth)
{
if(str[x]==',')
comma++;
if(comma==1)
{
x++;
UTC_hour+=str[x++];
... ....
.... ....

Затем конвертируем время и дату в десятичный формат и приводим ее ко времени в Индии (UTC +5:30).

int UTC_hourDec=UTC_hour.toInt();
int UTC_minutDec=UTC_minut.toInt();
int Second=UTC_second.toInt();
int Date=UTC_date.toInt();
int Month=UTC_month.toInt();
... ....
.... ....

После этого выводим дату и время на экран ЖК дисплея с помощью функции lcd.print. Далее представлен полный текст программы.

#include<LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial Serial1(10, 11); // RX, TX
char str[70];
char *test="$GPRMC";
int temp,i;
void setup()
{
lcd.begin(16,2);
Serial1.begin(9600);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("GPS Updated Clock");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" Circuit Digest ");
delay(300);
}
void loop()
{
serial1Event();
if (temp)
{
lcd.clear();
int str_lenth=i;
int x=0,comma=0;
String UTC_hour="";
String UTC_minut="";
String UTC_second="";
String UTC_date="";
String UTC_month="";
String UTC_year="";
String str1="";
while(x<str_lenth)
{
if(str[x]==',')
comma++;
if(comma==1)
{
x++;
UTC_hour+=str[x++];
UTC_hour+=str[x++];
UTC_minut+=str[x++];
UTC_minut+=str[x++];
UTC_second+=str[x++];
UTC_second+=str[x];
comma=2;
}
if(comma==10)
{
x++;
UTC_date+=str[x++];
UTC_date+=str[x++];
UTC_month+=str[x++];
UTC_month+=str[x++];
UTC_year+=str[x++];
UTC_year+=str[x];
}
x++;
}
int UTC_hourDec=UTC_hour.toInt();
int UTC_minutDec=UTC_minut.toInt();
int Second=UTC_second.toInt();
int Date=UTC_date.toInt();
int Month=UTC_month.toInt();
int Year=UTC_year.toInt();
int Hour=UTC_hourDec+5;
if(Hour>23)
{
Hour-=24;
Date+=1;
}
int Minut=UTC_minutDec+30;
if(Minut>59)
Minut-=60;

// UTC_ind_zone_time
lcd.clear();
lcd.print("Date: ");
lcd.print(Date);
lcd.print("/");
lcd.print(Month);
lcd.print("/");
lcd.print("20");
lcd.print(Year);

lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Time: ");
lcd.print(Hour);
lcd.print(":");
lcd.print(Minut);
lcd.print(":");
lcd.print(Second);
// delay(100);
temp=0;
// j=0;
i=0;
x=0;
str_lenth=0;
// k=0;
}
// delay(1000);
}
void serial1Event()
{
while(1)
{
while (Serial1.available()) // проверка наличия данных от GPS по каналу последовательной связи
{
char inChar = (char)Serial1.read();
str[i]= inChar; // сохраняем данные от GPS в массиве str[]
i++;
if (i < 7)
{
if(str[i-1] != test[i-1]) // проверка на строку $GPRMC
{
i=0;
}
}
if(i>65)
{
temp=1;
break;
}
}
if(temp)
break;
}
}

Видео, демонстрирующее работу схемы

57 просмотров