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.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 |
#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
Похожие статьи
(1 голосов, оценка: 5,00 из 5)
Загрузка...