Elektronik: Projekte

Allgemeines

Seit meinem Maturaprojekt bin ich fasziniert davon GPS Daten aufzuzeichnen und anzusehen. Mit den neuen Möglichkeiten von Openstreetmap und GoogleEarth wurde mein Wunsch nach einem funktionierendem GPS Logger immer größer. Die käuflichen Geräte waren mir alle zu teuer, vorallem wenn ich mir sowas selbst bauen kann. Außerdem wollte ich schon länger mal wieder etwas mit Mikrocontrollern machen, somit war dieses Projekt der ideale Einstieg für mich. Als Mikrocontroller wählte ich dann einen Typ von Atmel, hauptsächlich weil es für die Atmel Controller eine sehr gute Linux Unterstützung gibt und weil diese bei Bastlern weit verbreitet sind.

Mögliche Erweiterungsmodule:

  • Display Modul für die Live anzeige der Daten → Verwendung des Loggers für Geocaching als normales GPS Gerät → dann Logging auch abschaltbar
    Bei Verwendung eines Moduls mit LCD Anzeige wäre es möglich, das LCD in ein seperates Gehäuse einzubauen. Dann kann das Basismodul z. B. im Rucksack getragen werden und das LCD läßt sich an einer anderen, gut sichtbaren Stelle, befestigen.
  • Erweiterungsmodul mit ansteckbaren Sensoren (Drehzahl, Temperatur, Beschleunigung, Anstellwinkel, etc.) → für den Einsatz im Modellbau
  • Erweiterungsmodul nur mit Beschleunigungssensor
  • Erweiterungsmodul für Kommunikation mit dem Jeti Duplex System
  • Erweiterungsmodul mit direkt integriertem TTL GPS Modul statt einer ansteckbaren GPS Maus → kompakter, weniger Platzbedarf und Gewicht

Mögliche Änderungen für eine neue Version:

  • Fuse Einstellungen vom μC dokumentieren
  • Richtiger Pegelumsetzer für die SD Karte
  • Mini-DIN Stecker (hat sich als sehr unpraktisch erwiesen) der GPS Maus durch einen kleineren (Pinleiste?) ersetzen
  • Diode für Verpolungsschutz beim Akku und Sicherung
  • Eine automatische Unterscheidung der Zusatzmodule kann erreicht werden, in dem bei jedem Zusatzmodul ein anderer (nicht verwendeter) Pin des ADC auf „HIGH“ gelegt wird. Dadurch kann die Software das angeschlossene Zusatzmodul erkennen und die notwendigen Funktionen können in der Software integriert sein → es wird nicht für jedes Zusatzmodul eine eigene Software benötigt.
  • Datenstrom einer alten Jetibox (ohne Speicherfunktion) aufzeichnen → Änderung der Software und Hardware

Entsprechend der Open Source Hardware Philosophie stehen alle Projektdaten unter einer CC-BY-SA und die Software unter GPL Lizenz.

Auf Anfrage stelle ich gerne einen Bausatz dieser Schaltung für Sie zusammen.

Für Fragen, Anregungen, Erfahrungsaustausch, Probleme, Beschwerden, um über das Projekt zu diskutieren, etc. schreiben Sie doch in mein Forum oder eine E-Mail direkt an mich.

Für dieses Projekt suche ich jemanden, der Lust hat an der Microcontroller Programmierung (ATmega8 in C) mitzuarbeiten. Aber natürlich ist auch jede Hilfe in anderer Form (Hardware Entwurf, Latex Dokumentation, etc.) willkommen. Falls Sie Interesse haben kontaktieren Sie mich bitte, dann erhalten Sie Zugriff auf das Subversion Projektarchiv.

Hardware Basismodul

Das Herzstück der Schaltung ist ein Mikrocontroller ATmega8. Die von der GPS Maus (Navilock NL-303P) erzeugten seriellen Daten werden mit einem MAX232 auf TTL Pegel gebracht und anschließend vom μC auf einer SD Karte gespeichert. Für die SD Karte steht ein eigener 3,3 V Spannungsregler zur Verfügung, da der μC und die GPS Maus mit 5 V betrieben werden, die SD Karte aber nur 3,3 V verträgt. Die Pegelumsetzung des SPI Signals von 5 V auf 3,3 V (für die SD Karte) erfolgt über einen einfachen Spannungsteiler. Nicht gerade die beste Lösung, aber sie funktioniert. Ich habe den Spannungsteiler gewählt, da er zu diesem Zeitpunkt die einfachste und vorallem schnellste Lösung für mich war.

Die Stromaufnahme der Schaltung beträgt 100 mA (bei Datenaufzeichnung), was mit dem eingebauten Akku für 8 Stunden Aufzeichnung ausreicht. Die verwendete SD Karte ist ebenfalls groß genug um diese Aufzeichnungsdauer zu ermöglich.

Prototyp

GPS Logger PrototypDer erste Prototyp, noch am Entwicklungsboard. Eingebaut in einen einfachen Karton zeichnete ich damit schon meine ersten GPS Tracks auf.

Rev A

GPS Logger RevADer ganze Logger, mit selbst geätzter Platine und LiPo Akku, in ein Gehäuse eingebaut.

Das Gehäuse des hier abgebildeten Prototypen hat eine Größe von 170 x 85 x 34 mm (L x B x H) und mit einem Gewicht von ca. 200 g kann der ganze Logger auch einfach mitgenommen werden.

Rev B

Bei dieser neuen Version des Loggers handelt es sich um ein komplett neues Design der Schaltung. Zur Verkleinerung des gesamten Aufbaus sind nur SMD Bauteile verwendet worden. Schaltungstechnisch sind einige Verbesserungen aus Atmel App Notes und Erfahrungen eingeflossen.

GPS Logger RevBFertige Platine

GPS Logger RevB

GPS Logger RevBDer komplette Logger mit Basismodul, Akku und GPS Maus

Technische Daten:

  • Abmessungen der Platine: ca. 51 x 37 mm
  • Masse: 20 g Basismodul, 70 g GPS Maus (mit Kabel und Gehäuse), 50 g LiPo Akku (2S 910 mAh)
  • komplett in SMD Technik aufgebaut, Bauteile in 0805 Größe
  • Leiterbahnbreiten 0,4 mm, Leiterbahnabstände 0,3 mm
  • Durchkontaktierung außen 1 mm und Bohrung 0,5 mm
  • getrennte Masseflächen für Quarz, Analog- und Digitalteil
  • Spannungsversorgung 5,7 bis 10 V
  • Überwachung der Akku Spannung → GPS Modul und Versorgung des Zusatzboard bei leerem Akku vom μC abschaltbar

Extra für diesen GPS Logger habe ich mit Hilfe eines 3D CAD Programms ein passendes Gehäuse entworfen. Der Gehäusedeckel wird über zwei Haken im Gehäuse eingeklipst und kann daher auch einfach ohne Werkzeug entfernt werden. Die CAD Daten sind in der KiCAD Projekt Daten Datei zu finden. Somit kann man das Gehäuse leicht auf eigene Befürfnisse anpassen und nachbauen oder selber auf einem 3D Drucker ausdrucken.

GPS Logger RevB

GPS Logger RevB

Gehäuse für externe Batterie:

  • Masse: 11 g (3D gedrucktes ABS)
  • Abmessungen: 53 x 40 x 22 mm (LxBxH)

GPS Logger RevB

Gehäuse für interne Batterie:

  • Masse: ?? g (3D gedrucktes ABS)
  • Abmessungen: 124 x 40 x 22 mm (LxBxH)

Software Basismodul

Die Software ist in C geschrieben und steht unter der GPL. Die aktuelle Version (20131018) ist geeignet für die Hardware Versionen Rev. A und Rev. B. Weitere Details zur Software erfahren Sie in der Software Dokumentation.

An dieser Stelle einen großen Dank an Martin Matysiak von dem die Software stammt (mit kleinen Änderungen von mir).

Downloads

Dokumentation:

Hardware:

Software:

Links

  • gLogger von Martin Matysiak
  • gLogger Mini von Martin Matysiak
  • gpsbabel.org - Freie Software für GPS Datenumwandlung und Übertragung
  • DataExplorer - Freie Software um Informationen (Höhe, Geschwindigkeit, etc.) aus den NMEA Daten zu extrahieren
  • Marble - Virtueller Globus und Welt Atlas

Versionsgeschichte

  • Hardware Basismodul (Rev A):
    - Erste veröffentlichte Version mit Bauteilen für Durchsteckmontage
  • Hardware Basismodul (Rev B - 20130624):
    - Komplettes Neudesign der Platine mit SMD Bauteilen
    - MAX 232 durch MAX233A ersetzt (benötigt keine Kondensatoren)
    - Versorgungen vom GPS Modul und vom Zusatzboard sind jetzt komplett abschaltbar
    - Allgemeine Verbesserung des Schaltungsdesigns
  • Hardware Basismodul (Rev B - 20130809):
    - Unnötige Durchkontaktierung entfernt
    - Update der Fertigungsunterlagen
  • Software Basismodul (20131018):
    - Ursprünglich veröffentlichte Version (fast identisch mit der gLogger Software von Martin Matysiak)
  • Dokumentation Basismodul (20140622):
    - Dokumentation mit LaTeX erstellt anstatt eines Spreadsheets
  • Hardware Zusatzmodul Vorlage (Rev B - 20140826):
    - Bohrung eingefügt, damit Status LEDs nicht durch das Zusatzmodul verdeckt werden
    - Bemaßungen eingefügt und verbessert
  • Dokumentation Basismodul (20141026):
    - Dokumentation für Zusatzmodul eingefügt
    - Gehäuse erwähnt und Bilder eingefügt
    - Fehler in Tabellenbeschriftung korrigiert
    - In der Einkaufsliste Links zu den Bauteilen eingefügt
  • Hardware Gehäuse (Rev A - 20141026):
    - Erste veröffentlichte Version