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Arduinoで遊ぼう - GPSを使った高精度な時計

Posted by arms22 on 2010年03月13日 12　 0

GPS衛星から発信される信号には、衛星に搭載された原子時計の時刻情報が入っている。GPS受信機はこの時刻情報をもとにGPS受信機に搭載されている時計の時刻を校正することで、高精度な時刻情報を得ている。この時刻情報を使って高精度なGPS時計を作った。

GPS受信機をArduinoに接続し、1秒周期で送られてくる時刻情報をLCDに表示している。赤く光っている部品がGPS受信機「LS20031」。このGPS時計は電池一本で何年も動かすことはできないし、屋内ではGPS衛星からの信号を受信することもできない。GPS受信機から送られてくる時刻情報は確かに正確だが、Arduino間の通信時間やArduinoの処理時間などでLCDに表示される時間は数100ms秒遅れる。


Arduinoと接続する

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キャラクタLCDとArduinoは次のように接続する。

RS→アナログ0番
R/W→GND
E→アナログ1番
DB4→アナログ2番
DB5→アナログ3番
DB6→アナログ4番
DB7→アナログ5番

GPS受信機とArduinoは次のように接続する。

VCC→3.3V
RX→（未接続）
TX→デジタル2番
GND→GND

バックライトLEDのアノード端子は基板上のJ3をショートさせてVCCと接続し、カソード端子は110Ω（R9）抵抗をかいしてGNDに接続している。


ライブラリのインストール

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GPS受信機からはNMEAフォーマットと呼ばれるテキスト形式のデータが送られてくる。

$GPGGA,125333.000,3444.4637,N,13532.4905,E,1,5,1.41,32.7,M,34.4,M,,*62
$GPRMC,125333.000,A,3444.4637,N,13532.4905,E,0.09,1.94,110310,,,A*63

NMEAフォーマットは人が理解するには都合が良いが、マイコンのプログラムで扱うには都合が悪い。そこでNMEAパーサー「TinyGPS」ライブラリを使ってNMEAフォーマットをプログラムで扱いやすい形に変換する。
次のURLからライブラリをダウンロードし、Arduinoのライブラリフォルダにコピーする。

TinyGPS | Arduiniana
http://arduiniana.org/libraries/tinygps/

GPS受信機との通信にソフトウェアシリアルを使うので、次のライブラリもダウンロードする。

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


サンプルスケッチ

---

#include <NewSoftSerial.h>
#include <TinyGPS.h>
#include <LiquidCrystal.h>

// NMEAパーサー TinyGPS
TinyGPS gps;

// ソフトウェアシリアル(RX=2, TX=3)
NewSoftSerial nss(2, 3);

// LCD(RS=14, E=15, DB4=16, DB5=17, DB6=18, DB7=19)
LiquidCrystal lcd(14, 15, 16, 17, 18, 19); // analog 0, 1, 2, 3, 4, 5

void setup()
{
  // LCD初期化(16文字、2行)
  lcd.begin(16,2);
  // PCとのシリアル通信初期化
  Serial.begin(115200);
  // 最初のメッセージ表示
  lcd.print("No GPS Signal.");
  // ソフトウェアシリアル初期化(9600bps)
  nss.begin(9600);
}

void loop()
{
  int year;
  byte month, day, hour, minute, second, hundredths;
  bool newdata = false;

  // GPS受信機から送られたデータがある間
  while(nss.available()){
    char c = nss.read();
    // シリアルモニタに受信した文字を送る
    Serial.print(c);
    // encode()で1文字ずつ解析
    if(gps.encode(c)){
      newdata = true;
    }
  }

  if(newdata){
    // 画面をクリア
    lcd.clear();

    // 日付、時間を取得
    gps.crack_datetime(&year, &month, &day, &hour, &minute, &second, &hundredths);

    // 1行目、1文字目にカーソルを移動
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print(static_cast<int>(year));
    lcd.print("/");
    lcd.print(static_cast<int>(month));
    lcd.print("/");
    lcd.print(static_cast<int>(day));

    // 2行目、3文字目にカーソルを移動
    lcd.setCursor(2, 1);
    // GPSの時間はUTC（協定世界時）なので+9時間してJSTにする
    lcd.print(static_cast<int>((hour + 9) % 24));
    lcd.print(":");
    lcd.print(static_cast<int>(minute)); 
    lcd.print(":");
    lcd.print(static_cast<int>(second)); 
    lcd.print(".");
    lcd.print(static_cast<int>(hundredths));
  }
}

Arduinoをはじめよう (Make:PROJECTS)

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