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Arduinoで遊ぼう - GPSで現在位置を取得する

Posted by arms22 on 2010年02月04日 18　 0

SparkFun Electronicsの32 Channel LS20031 GPS 5Hz Receiverはアンテナ内蔵型の32チャンネルGPSモジュールで秒間最大5回、位置情報を出力する。消費電流が3.3V動作時に41mAと少なくバッテリー動作に最適のGPSモジュールだ。サイズも30x30mmとかなり小さい。

このモジュールの仕様は次の通り。

• MediaTek MT3318チップ搭載
  
• シリアルインターフェース
  
• 32チャンネル対応
  
• 秒間最大5回更新
  
• ホットスタート2秒
  
• コールドスタート32秒
  
• 動作電圧3V～4.2V、消費電流41mA
  
• 外形30x30mm

今回、このGPSモジュールから送られてくる位置情報をArduino経由して、パソコンに取り込んでみるよ。

※LS20031はスイッチサイエンスで取り寄せてもらいました。入荷までに少し時間がかかるけど、送料が気になる人は取り寄せてもらうといいよ。

LS20031のピンアサイン

---

このGPSモジュールはワイヤが接続されていませんが、パッドの間隔が2.54mmなので十分手で半田付けできます。

Arduinoに接続する

---

GPSモジュールとArduinoは次のように接続する。

3.3V --> VCC端子
2番 <-- TX端子
3番 --> RX端子
GND --> GND端子

例によって5V動作のArduinoと接続する時は、3番 --> RX端子の間に抵抗（R1=1.8KΩ、R2=3.3KΩ）を入れて接続する。

ライブラリをインストールする

---

GPSモジュールとの通信にはソフトウェアシリアルを利用する。その為、次のURLからソフトウェアシリアルライブラリをダウンロードしてください。Arduinoのハードウェアシリアル（0番、1番）はパソコンとの通信に使用する。

Arduiniana - NewSoftSerial
http://arduiniana.org/libraries/newsoftserial/

ダウンロードして解凍したフォルダを~/Documents/Arduino/librariesフォルダにコピーしてください。librariesフォルダがない場合は新しく作成してください。

サンプルスケッチ

---

#include <NewSoftSerial.h>
#include <ctype.h>

NewSoftSerial gps(2,3);

void setup()
{
  Serial.begin(9600);

  delay(2000);

  auto_detect_baud_rate();

  send_pmtk_packet("PMTK220,1000");
  send_pmtk_packet("PMTK314,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0");
  send_pmtk_packet("PMTK251,9600");

  auto_detect_baud_rate();
}

void loop()
{
  if(gps.available()){
    Serial.print((char)gps.read());
  }
}

void auto_detect_baud_rate(void)
{
  const unsigned int bauds[] = { 
    57600, 38400, 28800, 14400, 9600, 4800 };

  Serial.print("auto detect... ");

  for(int i=0; i<(sizeof(bauds)/sizeof(bauds[0]));i++){
    int p = 0;
    int r = 0;
    gps.begin(bauds[i]);
    gps.flush();
    do{
      if(gps.available()){
        if(isprint(gps.read())){
          p++;
        }
        r++;
      }
    }
    while(r < 20);
    if(p > 15){
      Serial.print(bauds[i]);
      Serial.println(" ok");
      return;
    }
    delay(100);
  }

  Serial.println("fail");
  while(1);
}

void send_pmtk_packet(char *p)
{
  uint8_t checksum = 0;
  gps.print('$');
  do {
    char c = *p++;
    if(c){
      checksum ^= (uint8_t)c;
      gps.print(c);
    }
    else{
      break;
    }
  }
  while(1);
  gps.print('*');
  gps.println(checksum,HEX);
}

setup()でGPSモジュールにいくつかのコマンドを送信します。
位置情報の出力間隔をミリ秒で指定します。

PMTK220,1000

出力する位置情報の種類を設定します。RMC(Recommended Minimum Specific GNSS Data)とGGA(Global Positioning System Fix Data)。

PMTK314,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

ボーレートを設定します。

PMTK251,9600

※注意※
このスケッチではgpsとのシリアル通信のボーレートを自動検出しています。このGPSモジュールのデフォルトのボーレートは9600bpsとデーターシートに書かれていますが、実際には57600bpsでした。他にも38400bpsだったりすることもあるみたいなので、自動検出できるようにしています。時々、間違ったボーレートにしてしまうので、予めボーレートが分かっている場合は、自動検出を使わず、直接ボーレートを指定してください。

loop()でgpsが出力したデータをパソコン側に送信します。シリアルモニタを開くと次のような文字列が送られてきます。これらの文字列はNMEA-0186フォーマットと呼ばれています。カンマで区切られた数値が測位時刻、経度、緯度、対地速度、進行方向などの情報です。詳しくは下記、URLを参照してください。

NMEA-0183フォーマット
http://bg66.soc.i.kyoto-u.ac.jp/forestgps/nmea.html

$GPRMC,145059.000,V,3445.7660,N,13531.3476,E,0.00,0.00,030210,,,N*78
$GPGGA,145100.000,3445.7663,N,13531.3474,E,0,1,,41.5,M,34.3,M,,*74
$GPRMC,145100.000,V,3445.7663,N,13531.3474,E,0.00,0.00,030210,,,N*74
$GPGGA,145101.000,3445.7655,N,13531.3480,E,0,1,,41.5,M,34.3,M,,*7B
$GPRMC,145101.000,V,3445.7655,N,13531.3480,E,0.00,0.00,030210,,,N*7B
$GPGGA,145102.000,3445.7656,N,13531.3479,E,0,1,,41.5,M,34.3,M,,*7D
$GPRMC,145102.000,V,3445.7656,N,13531.3479,E,0.00,0.00,030210,,,N*7D
$GPGGA,145103.000,3445.7653,N,13531.3481,E,0,1,,41.5,M,34.3,M,,*7E
$GPRMC,145103.000,V,3445.7653,N,13531.3481,E,0.00,0.00,030210,,,N*7E
$GPGGA,145104.000,3445.7660,N,13531.3476,E,0,1,,41.5,M,34.3,M,,*71

この文字列をGoogle Mapコンバータに入力するとGoogle Map上にその位置が表示されるよ。

GPS NMEA data to Google Map converter
http://www.gonmad.co.uk/nmea.php

電源投入直後、GPSモジュールから有効な位置情報が送られてくるまでに30秒以上かかります。空が見えるベランダにモジュールを出してしばらく待ちましょう。モジュールが衛星を補足し、有効な位置情報を送りだすとモジュール上のLEDが1秒間隔で点滅します。



SparkFun Electronics - 32 Channel LS20031 GPS 5Hz Receiver
http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=8975

Leadtek NMEA Protocol Manual for MTK
ftp://ftp.leadtek.com.tw/gps/9023/LeadtekNMEAProtocolManualforMTKV1.0.pdf

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