В различных электронных проектах достаточно часто возникают задачи определения географических координат (широты и долготы) какого-либо устройства и, возможно, скорости его движения. Для решения данной задачи отлично подходят GPS модули. В данной статье мы рассмотрим параметры, которые следует учитывать при выборе GPS модуля для своего проекта, а также возможности наиболее популярных сейчас GPS модулей.
На нашем сайте мы рассматривали подключение GPS модулей к различным микроконтроллерам (платам):
- к микроконтроллеру PIC;
- к микроконтроллеру AVR;
- к модулю ESP32;
- к плате Arduino;
- к плате Raspberry Pi;
- к плате STM32 Blue Pill.
Все проекты на нашем сайте с использованием GPS модулей вы можете посмотреть по следующей ссылке.
Что следует учитывать перед покупкой модуля GPS
- Размер: Размер имеет значение, поскольку он может повлиять не только на ограничения по размеру, но и на другие технические параметры, такие как время блокировки и точность и т. д. Для таких приложений, как отслеживание перемещения чего-либо, нам понадобится модуль наименьшего возможного размера без какого-либо компромисса в точности или времени отклика.
- Частота обновления: Частота обновления модуля GPS или GNSS — это, по сути, то, как часто он пересчитывает и сообщает о своем местоположении. Стандартом для большинства устройств является 1 Гц (только один раз в секунду). Частоту обновления 5–10 Гц можно рассмотреть, если она нужна вам для работы на более быстрых транспортных средствах, которые не требуются в большинстве реальных сценариев.
- Интерфейс связи: это интерфейс, используемый для связи с модулем GPS. Интерфейс Serial/TTL или USB является наиболее часто используемым типом интерфейса модуля GPS.
- Скорость связи/скорость передачи данных. Относится к скорости связи между микроконтроллером и модулем GPS. В случае последовательного интерфейса она называется скоростью передачи данных. Более высокая скорость передачи данных позволяет быстрее отправлять данные GPS в микроконтроллер.
- Значение навигационной чувствительности в дБм определяет, насколько склонен модуль GPS улавливать сигнал со спутников. Более высокий дБм указывает на то, что модуль способен лучше улавливать спутниковые сигналы.
- Требования к питанию включают рабочее напряжение и потребляемую мощность. Необходимо выбрать подходящее устройство, поскольку в большинстве случаев модули будут питаться от батареи, и нам нужно будет экономить батарею, чтобы максимизировать время работы устройства. Среднее энергопотребление большинства распространенных модулей GPS составляет около 30 мА при напряжении 3,3 В.
- Количество каналов, которые использует модуль GPS, повлияет на время первой фиксации (TTFF). Поскольку модуль не знает, какие спутники находятся в поле зрения, чем больше частот/каналов он может проверить одновременно, тем быстрее он определит местоположение (поймает исправление). После определения местоположения некоторые модули могут отключать дополнительные блоки каналов для экономии энергии. Если вы не против подождать немного для блокировки модуля, 12 или 14 каналов вполне подойдут для отслеживания.
- Точность: уменьшение расстояния, на которое он может приблизиться = более высокая точность. Обычно можно определить ваше местоположение в течение 30 секунд, вплоть до +/- 10 метров. Большинство модулей могут снизить его до +/-3 м.
- Антенна: Помните, что этот маленький модуль GPS принимает сигналы от спутников, находящихся на расстоянии около 12 000 миль в небе. Для достижения наилучших характеристик вам нужен свободный путь между антенной и большей частью неба. Погода, облака и снежные бури не должны влиять на сигнал, но такие вещи, как деревья, здания, горы и крыша над головой будут создавать нежелательные помехи, и точность вашего GPS модуля от этого пострадает. Поэтому выбор правильной антенны очень важен.
- Усиление: Усиление — это эффективность антенны в любой заданной ориентации. Это относится как к передающим антеннам, так и к приемным антеннам.
- Набор микросхем: набор микросхем GPS отвечает за все: от выполнения вычислений до обеспечения аналоговой схемы антенны, управления питанием и пользовательского интерфейса. Это большая работа, и тем не менее именно это и делают эти крошечные GPS-устройства. Набор микросхем не зависит от типа антенны, поэтому вы можете использовать различные антенны для модулей GPS с конкретными наборами микросхем. Распространенными наборами микросхем являются ublox, SiRF и SkyTraq, и все они содержат очень мощные процессоры, которые обеспечивают быстрое время сбора данных и высокую надежность. Различия между наборами микросхем обычно заключаются в балансе между энергопотреблением, временем сбора данных и доступностью оборудования.
- Цена: И последнее, но не менее важное: цена модуля очень важна чтобы не выйти за пределы бюджета вашего электронного устройства.
- Время до первого исправления (Time to First Fix, TTFF): время, необходимое для захвата спутника после включения питания или перезагрузки.
Итак, теперь, когда мы знаем, что нам нужно от GPS-модуля, давайте взглянем на несколько GPS-модулей, имеющихся сейчас на рынке.
GPS-модуль NEO-6M
Модуль NEO-6M, считающийся одним из наиболее популярных GPS-модулей на рынке, представляет собой семейство автономных GPS-приемников из серии модулей NEO-6. Различные модификации данного модуля были использованы в большинстве проектов на нашем сайте с использованием GPS-модулей.
Сейчас NEO-6M в продаже уже очень трудно найти, вместо него продается практически аналогичный модуль NEO-7M (купить на AliExpress).
Технические характеристики модуля:
Размер: 23 мм х 30 мм
Частота обновления: 1 Гц, максимум 5 Гц
Требования к питанию:
- Напряжение источника питания: 3 В – 5 В
Скорость передачи данных: 9600
Интерфейс связи: UART
Чувствительность: -161 дБм
Количество каналов: 50
Время первого исправления:
- Холодный старт: 27 с.
- Теплый старт: 27 с.
- Горячий старт: 1 с
- Управляемый старт: <3 с.
Антенны: В комплект входит внешняя патч-антенна.
Точность:
- Точность горизонтального положения GPS 2,5 м
Применение продукта:
- Мобильные устройства с батарейным питанием.
- GPS трекер.
- GPS-навигатор.
GPS-модуль NEO-M8N
GPS-модуль NEO-M8M (купить на AliExpress) поставляется с керамической активной антенной. Серия одновременных модулей GNSS построена на базе высокопроизводительного GNSS-модуля M8 в проверенном в отрасли форм-факторе NEO. NEO-M8M оптимизирован для экономичных приложений, а NEO-M8N/M8Q обеспечивает наилучшую производительность и более простую радиочастотную интеграцию. NEO-M8N обеспечивает высокую производительность даже при низком уровне энергопотребления. Перспективный NEO-M8N оснащен внутренней флэш-памятью, которая позволяет обновлять его прошивку в будущем. Это делает NEO-M8N идеально подходящим для промышленного и автомобильного применения.
Технические характеристики модуля:
Размер: 23 мм х 30 мм
Частота обновления: 1 Гц, максимум 5 Гц
Требования к питанию:
- Напряжение источника питания: 3,6 В
Скорость передачи данных: 9600
Интерфейс связи: UART/USB/SPI
Чувствительность: -164 дБм
Количество каналов: 72
Время первого исправления:
- Холодный старт: 26 с.
- Горячий старт: 1 с
- Управляемый старт: 4 с.
Антенны: В комплект входит внешняя патч-антенна.
Точность:
- Точность горизонтального положения GPS 2,5 м
Применение продукта:
- Мобильные устройства с батарейным питанием.
- GPS трекер.
- GPS-навигатор.
SIM28ML
SIM28ML (купить на AliExpress) — небольшой, высокопроизводительный и надежный GPS-модуль. Это автономный GPS-модуль с частотой L1 типа SMT, оснащенный высокочувствительным навигационным механизмом MTK, который позволяет достичь самых высоких в отрасли уровней чувствительности, точности и времени до первого определения местоположения (TTFF). Самое низкое энергопотребление.
Размер: 10,1*9,7*2,5 мм
Частота обновления: до 10 Гц, по умолчанию 1 Гц.
Требования к питанию:
- Напряжение источника питания: 2,8 ~ 4,3 В
- Потребляемая мощность
- Регистрация 17мА
- Отслеживание 16 мА
- Резервное копирование 8uA
Скорость передачи данных: регулируемая 4800–115 200 бит/с. По умолчанию: 9600 бит/с.
Интерфейс связи: UART
Чувствительность: -165 дБм
Количество каналов: 22 (отслеживание)/ 66 (поиск)
Время первого исправления:
- Холодный старт: 32 с.
- Теплый старт: 3 с.
- Горячий старт: <1 с
Антенны: Встроенная патч-антенна: 15,0 мм × 15,0 мм × 4,0 мм.
Точность:
- Точность горизонтального положения GPS 2,5 м
Применение продукта:
- Мобильные устройства с батарейным питанием.
- GPS трекер.
- GPS-навигатор.
Quectel L80
GPS-модуль L80 (купить на AliExpress) со встроенной патч-антенной и малошумящим усилителем (LNA) обеспечивает высокую производительность механизма позиционирования MTK в промышленных приложениях. Он способен достичь высочайшего в отрасли уровня чувствительности, точности и TTFF при минимальном энергопотреблении в малогабаритном безвыводном корпусе. Благодаря 66 каналам поиска и 22 каналам одновременного слежения он обнаруживает и отслеживает спутники в кратчайшие сроки, даже на уровне сигнала внутри помещения. Встроенная флэш-память позволяет пользователям хранить некоторые полезные навигационные данные и позволяет осуществлять будущие обновления.
Размер: 16,0 мм × 16,0 мм × 6,45 мм
Частота обновления: до 10 Гц, по умолчанию 1 Гц.
Требования к питанию:
- Напряжение источника питания: 3,0–4,3 В. Типичное напряжение: 3,3 В.
Скорость передачи данных: регулируемая 4800–115 200 бит/с. По умолчанию: 9600 бит/с.
Интерфейс связи: UART
Чувствительность: -165 дБм
Количество каналов: 22 (отслеживание)/ 66 (поиск)
Время первого исправления:
- Холодный старт: 35 с.
- Теплый старт: 30 с.
- Горячий старт: 1 с
Антенны: Встроенная патч-антенна: 15,0 мм × 15,0 мм × 4,0 мм.
Точность:
- Точность горизонтального положения GPS 2,5 м
Применение продукта:
- Мобильные устройства с батарейным питанием.
- GPS трекер.
- GPS-навигатор.
Beitian BN-220
BN-220 (купить на AliExpress) — небольшой модуль GPS-приемника с флэш-памятью 4 МБайт для сохранения конфигурации. Чаще всего используется с дронами.
Размер: 16,0 мм × 16,0 мм × 6,45 мм
Частота обновления: 1–10 Гц, по умолчанию 1 Гц.
Требования к питанию:
- Напряжение источника питания: 3,0–5,5 В. Типичное напряжение: 5 В.
Скорость передачи данных: регулируемая 4800–921600 бит/с. По умолчанию: 9600 бит/с.
Интерфейс связи: UART
Протокол интерфейса: NMEA-0183 или UBX, по умолчанию NMEA-0183
Чувствительность: -167 дБм
Количество каналов: 72 канала (поиск)
Время первого исправления:
- Холодный старт: 26 с.
- Теплый старт: 25 с.
- Горячий старт: 1 с
Антенны: встроенная патч-антенна.
Точность:
- Точность горизонтального положения GPS 2 м
Применение продукта:
- Дроны
Grove – GPS
Модуль Grove – GPS — это экономичная версия GPS-приемника Seeed, программируемая на месте. Он оснащен SIM28 и конфигурацией последовательной связи.
Размер: 40 мм х 20 мм х 13 мм
Частота обновления: 1 Гц, максимум 10 Гц
Требования к питанию: 3,3/5 В
Скорость передачи данных: 9600–115 200
Интерфейс связи: UART
Чувствительность: -160 дБм
Количество каналов: 22 канала отслеживания/66 каналов сбора данных.
Время первого исправления:
- Холодный запуск с EASY: 13 с.
- Теплый старт с EASY: 1–2 с.
- Горячие старты: <1 с
*EASY — это самогенерируемая защита орбиты.
Антенны: Антенна входит в комплект поставки.
Точность: Точность горизонтального положения GPS 2,5 м
Применение продукта:
- GPS трекер.
- GPS-навигация.
- Измерение расстояния.
Другие особенности продукта:
- Низкое энергопотребление.
- Скорость передачи данных настраивается.
- Grove-совместимый интерфейс.
Grove – GPS (Air530)
Далее у нас есть Grove – GPS (Air530) (купить на AliExpress). Это высокопроизводительный, высокоинтегрированный многорежимный модуль спутникового позиционирования и навигации. Он поддерживает GPS / Beidou / Glonass / Galileo / QZSS / SBAS, что делает его пригодным для приложений GNSS-позиционирования, таких как автомобильная навигация, интеллектуальная одежда и дроны.
Если ваш GPS не работает должным образом в городских условиях или на открытом воздухе только с одним или несколькими спутниковыми модулями, вам обязательно стоит проверить этот модуль GPS. Между тем, этот модуль способен принимать более 6 спутников одновременно и способен отлично работать даже при очень плохом сигнале.
В этом GPS реализована интегрированная конструкция базовой радиочастотной полосы, которая объединяет DC/DC, LDO, LNA, RF-интерфейс, обработку основной полосы, 32-битный чип на базе RISC, ОЗУ, флэш-память, RTC и функции управления питанием.
Размер: 40 мм х 20 мм х 13 мм
Требования к питанию: 3,3/5 В
Скорость передачи данных: 9600–921600
Интерфейс связи: UART
Чувствительность: – 166 дБм
Время первого исправления:
- Холодный старт: 30 секунд
- Теплый старт: 4 секунды
Антенны: Антенна входит в комплект поставки.
Точность: Точность горизонтального позиционирования 2,5 м..
Применение продукта:
- GPS трекер.
- GPS-навигация.
- Измерение расстояния.
Другие особенности продукта:
- Высокоинтегрированное многорежимное спутниковое позиционирование и навигация.
- Grove-совместимый интерфейс.
