Módulo GNSS CanSat NeXT

O módulo GNSS CanSat NeXT estende o CanSat NeXT com capacidades de rastreamento de localização e relógio de tempo real preciso. O módulo é baseado no receptor GNSS U-Blox SAM-M10Q da U-Blox.

Hardware

O módulo conecta o receptor GNSS ao CanSat NeXT através do UART no cabeçalho de extensão. O dispositivo usa os pinos 16 e 17 do cabeçalho de extensão para UART RX e TX, e também obtém a fonte de alimentação da linha +3V3 no cabeçalho de extensão.

Por padrão, os registros de backup do módulo GNSS são alimentados pela linha +3V3. Embora isso torne o módulo fácil de usar, significa que o módulo sempre tem que começar do zero ao tentar encontrar uma posição fixa. Para mitigar isso, é possível fornecer uma fonte de alimentação externa através da linha de tensão de backup através dos cabeçalhos J103. A tensão fornecida ao pino V_BCK deve ser de 2-6,5 volts, e o consumo de corrente é constante de 65 microamperes, mesmo quando a alimentação principal está desligada. Fornecer a tensão de backup permite que o receptor GNSS mantenha todas as configurações, mas também, crucialmente, os dados de almanaque e efemérides - reduzindo o tempo para obter uma posição fixa de ~30 segundos para 1-2 segundos se o dispositivo não tiver se movido significativamente entre as trocas de energia.

Existem muitos outros módulos e breakouts GNSS disponíveis de empresas como Sparkfun e Adafruit, entre outros. Estes podem ser conectados ao CanSat NeXT através da mesma interface UART, ou usando SPI e I2C, dependendo do módulo. A biblioteca CanSat NeXT também deve suportar outros breakouts que usam módulos U-blox. Ao procurar por breakouts GNSS, tente encontrar um onde a PCB base seja o maior possível - a maioria apresenta PCBs muito pequenas, o que torna o desempenho da antena muito fraco em comparação com módulos com PCBs maiores. Qualquer tamanho menor que 50x50 mm começará a prejudicar o desempenho e a capacidade de encontrar e manter uma posição fixa.

Para mais informações sobre o módulo GNSS e o grande número de configurações e recursos disponíveis, consulte a ficha técnica do receptor GNSS no site da U-Blox.

A integração de hardware do módulo ao CanSat NeXT é realmente simples - após adicionar espaçadores aos furos de parafuso, insira cuidadosamente os pinos do cabeçalho nos soquetes de pinos. Se você pretende fazer uma pilha eletrônica de várias camadas, certifique-se de colocar o GNSS como o módulo mais superior para permitir

Software

A maneira mais fácil de começar a usar o CanSat NeXT GNSS é com nossa própria biblioteca Arduino, que você pode encontrar no gerenciador de bibliotecas Arduino. Para instruções sobre como instalar a biblioteca, consulte a página de introdução.

A biblioteca inclui exemplos de como ler a posição e a hora atual, bem como como transmitir os dados com o CanSat NeXT.

Uma nota rápida sobre as configurações - o módulo precisa ser informado sobre o tipo de ambiente em que será usado, para que possa melhor aproximar a posição do usuário. Normalmente, a suposição é que o usuário estará ao nível do solo, e embora possa estar se movendo, a aceleração provavelmente não é muito alta. Este não é o caso com CanSats, que podem ser lançados com foguetes ou atingir o solo com velocidades bastante altas. Portanto, a biblioteca define por padrão que a posição deve ser calculada assumindo um ambiente de alta dinâmica, o que permite que a posição fixa seja mantida pelo menos um pouco durante a aceleração rápida, mas também torna a posição no solo notavelmente menos precisa. Se, em vez disso, uma alta precisão após o pouso for mais desejável, você pode inicializar o módulo GNSS com o comando GNSS_init(DYNAMIC_MODEL_GROUND), substituindo o padrão GNSS_init(DYNAMIC_MODEL_ROCKET) = GNSS_init(). Além disso, há DYNAMIC_MODEL_AIRBORNE, que é ligeiramente mais preciso do que o modelo de foguete, mas assume apenas uma aceleração modesta.

Esta biblioteca prioriza a facilidade de uso e possui apenas funcionalidades básicas, como obter localização e hora do GNSS. Para usuários que procuram recursos GNSS mais avançados, a excelente SparkFun_u-blox_GNSS_Arduino_Library pode ser uma escolha melhor.

Especificação da Biblioteca

Aqui estão os comandos disponíveis da biblioteca CanSat GNSS.

GNSS_Init

Função	uint8_t GNSS_Init(uint8_t dynamic_model)
Tipo de Retorno	uint8_t
Valor de Retorno	Retorna 1 se a inicialização foi bem-sucedida, ou 0 se houve um erro.
Parâmetros
	uint8_t dynamic_model
	Isso escolhe o modelo dinâmico, ou o ambiente que o módulo GNSS assume. As escolhas possíveis são DYNAMIC_MODEL_GROUND, DYNAMIC_MODEL_AIRBORNE e DYNAMIC_MODEL_ROCKET.
Descrição	Este comando inicializa o módulo GNSS, e você deve chamá-lo na função de configuração.

readPosition

Função	uint8_t readPosition(float &x, float &y, float &z)
Tipo de Retorno	uint8_t
Valor de Retorno	Retorna 0 se a medição foi bem-sucedida.
Parâmetros
	float &latitude, float &longitude, float &altitude
	float &x: Endereço de uma variável float onde os dados serão armazenados.
Usado no exemplo de esboço	Todos
Descrição	Esta função pode ser usada para ler a posição do dispositivo como coordenadas. Os valores serão semi-aleatórios antes que a posição fixa seja obtida. A altitude é em metros acima do nível do mar, embora não seja muito precisa.

getSIV

Função	uint8_t getSIV()
Tipo de Retorno	uint8_t
Valor de Retorno	Número de satélites à vista
Usado no exemplo de esboço	AdditionalFunctions
Descrição	Retorna o número de satélites à vista. Tipicamente, valores abaixo de 3 indicam nenhuma posição fixa.

getTime

Função	uint32_t getTime()
Tipo de Retorno	uint32_t
Valor de Retorno	Tempo Epoch atual
Usado no exemplo de esboço	AdditionalFunctions
Descrição	Retorna o tempo epoch atual, conforme indicado pelos sinais dos satélites GNSS. Em outras palavras, este é o número de segundos decorridos desde 00:00:00 UTC, quinta-feira, primeiro de janeiro de 1970.