GPS модуль EB-500

Давно хотел пообщаться с космосом и наконец решил прикупить соответствующее железо. После вдумчивого поиска выбрал EB-500. Почему именно его? Большое число каналов (66), дешевый (500р), можно легко купить, практически не нужна внешняя обвязка и вполне паябельный корпус.
Всю статью разделю на 2 части: железную, с описанием самого модуля и платы и софтовую, с описанием зачем нам этот модуль вообще нужен.

Железо

Есть 2 типа модуля EB-500 и EB-500L. Отличаются они тем, что в EB-500L отсутствует LNA (Low Noise Amplifiers) в результате чего этот модуль может работать только с активными антеннами.
Схема модуля взятая из его даташита:

Как видно для работы девайса достаточно всего 5 конденсаторов.На вход VIN_3V3 (13) подается напряжение питания от 3.0 до 4.2В. Светодиод служит для индикации фиксации положения. При поиске он горит, а после получения координат начинает мигать раз в секунду. Последовательные порты 0 и 1 равнозначны, можно использовать любой. На выходе PPS (3), после фиксации положения, появляются положительные импульсы с F=1Гц. На вход V_RTC_3V3 (12) подается резервное питание для ускорения теплого старта. Можно соединить его с ногой питания.
Внимание! Без подачи напряжения на этот вывод модуль не запустится!

Из этой схемы получилась такая плата:


Для тестирования сей агрегат был подключен к компу через max232n, по самой типовой и стандартнейшей схеме.

В качестве антенны использовалась активная антенна ANT-380. Тут я ступил и взял антенну с разъемом MCX-M, для которого задолбался искать ответный разъем. Да и качество фиксации разъемов осталось довольно посредственным. Лучше было брать с разъемом SMA, с закручивающимся креплением.

После выкидывания антенны на подоконник первого этажа и первого включения, поиск спутников занял минут 20. При последующих запусках спутники находились не более минуты. Так что не экономим на батарейках, тем более потребление от нее всего 1.5uA.

Тут лежит файл проекта платы для diptrace 2.0. Размер 16.92кБ. В архиве схема, плата и компонент EB-500.

Дополнение №1

Антенны

В комментариях часто появляются вопросы о антенне.
И так, активная антенна содержит в себе пассивную антенну + усилитель с низким уровнем шума для предварительного усиления, и все это запихнуто в небольшой корпус. С креплением или на железо (на магнитной основе) или на стекло и прочие ровные поверхности (на липучке). Сигнал выведен кабелем длиной 2-5м. Для нее соответственно требуется питание. Все модули питание подают самостоятельно, не требуя дополнительных телодвижений. При желании питание можно завести и отдельно, но для стандартных антенн смысла делать за микросхему ее работу особого нет. Бывают и бескорпусные активные антенны с коротким выходным проводком для размещения ее непосредственно в устройстве.
Пассивная антенна это такая бескорпусная хрень небольшого размера (длина стороны 10-50мм) для монтажа непосредственно на плату или с куском провода длиной сантиметров 5-15. Не имеет усилителя и очень не любит длинных проводов.
В общем, если устройство больших размеров или не желательно что бы оно мозолило глаза окружающим, то лучше использовать выносную активную антенну. Если делать небольшой законченный модуль, выдающий уже обработанные данные, то можно использовать и встроенную. Так же не забываем, что EB-500L может работать только с активной антенной.
В интернете проскакивали сообщения что пассивная антенна более чувствительна к наводкам и бывало пропадание сигнала при ее не удачном расположении или при расположении рядом с gsm/gprs модулями.
Для подключения антенны любого типа нужна линия с волновым сопротивлением 50ом. В 500 модулях специального согласования не требуется, но длина дорожки желательна как можно меньше. У меня в плате длина дорожки от ножки м/с до разъема 11мм. И с активной антенной, лежащей на подоконнике первого этажа, приемник использует 8 спутников из 13 найденных. Для сравнения приемник в HTC Desire ловит только 4-5 спутников.
Внимание! Закорачивание входа микросхемы может привести к выходу ее из строя.
Пассивная антенна:

Активная антенна:

Софт

Теперь расскажу что же мы можем поиметь от спутников. А поиметь мы может весьма много. Особенно лишнего и не нужного:)
И так спутники поймали, к компу подключили. Запускаем терминалку и выбираем нужный СОМ порт, выставляем скорость 9600, 1 стоп бит, без четности.
Внимание! По даташиту дефолтная скорость порта 9600, и у меня он заработал как раз с такой скоростью. Но в интернете есть много сообщений, что дефолтная скорость у модуля 115000. Так что если что-то не так, то меняйте скорость.

Сразу после подключения повалит огромное количество сообщений по протоколу NMEA-0183. Все сообщения начинаются с символов $GP, затем идет 3 символа идентификатора формата сообщения. Данные в сообщении разделяются запятыми, нули не опускаются. В конце может стоять контрольная сумма после символа '*'. Контрольная сумма 8 битная (исключающее ИЛИ, XOR) всех символов сообщения, включая пробелы, расположенных между разделителями $ и *, не включая последних.

И так какие сообщения нам выдаст модуль и что в них есть интересного.
1. RMC самое полезное сообщение, содержит всю самую необходимую информацию. Содержит данные о времени, местоположении, курсе и скорости. Контрольная сумма обязательна для этого сообщения, интервалы передачи не должны превышать 2 секунды.
$GPRMC,181057.000,A,5542.2389,N,03741.6063,E,0.47,74.50,190311,,,A*51

• 181057.000 — время 18.10.57.
• A — данные достоверны, V — недостоверны..
• 5542.2389,N — широта («N» для северной или «S» для южной широты).
• 03741.60637,E — долгота («E» для восточной или «W» для западной долготы).
• 0.47 — скорость (узлов в час).
• 74.50 — путевой угол (направление скорости) в градусах. Число с плавающей точкой. Целая и дробная части переменной длины. Значение равное 0 соответствует движению на север, 90 — восток, 180 — юг, 270 — запад.
• 190311 — дата 19.03.2011.
• — магнитное склонение в градусах, рассчитанное по некоторой модели, отсутствует.
• — направление магнитного склонения, отсутствует.
• A — режим: «A» — автономный, «D» — дифференциальный, «E» — аппроксимация, «N» — недостоверные данные.
• *51 — контрольная сумма.

2. VTG содержит текущее истинное направление курса (COG) и скорость относительно земли (SOG).
$GPVTG,74.50,T,,M,0.47,N,0.87,K,A*07

• 74.50,T — Направление курса в градусах.
• ,M — Магнитное склонение в градусах, отсутствует.
• 0.47,N — скорость (узлов в час).
• 0.87,K — скорость (км в час).
• A — так и не нашел что это за параметр, возможно достоверность данных.
• *51 — контрольная сумма.

3. ZDA содержит информацию о времени по UTC, календарный день, месяц, год и локальный часовой пояс.
$GPZDA,181057.000,19,03,2011,,*55

• 181057.000 — время
• 19 — число
• 03 — месяц
• 2011 — год
• — Часовой пояс, смещение от GMT, от 00 до ± 13 часов, отсутствует.
• *55 — контрольная сумма.

4. GGA содержит GPS данные о местоположении, времени местоопределения, качестве данных, количестве использованных спутников.
$GPGGA,181058.000,5542.2389,N,03741.60637,E,1,8,1.34,115.0,M,14.6,M,,*54

• 181058.000 — время
• 5542.2389,N — широта
• 03741.60637,E — долгота
• 1 — GPS fix ( 0 = Данные не верны, 1 = Позиция зафиксирована, 2 = DGPS (повышенная точность))
• 8 — количество спутников
• 1.34 — HDOP, горизонтальная точность
• 115.0,M — высота над уровнем моря
• 14.6,M — Геоидальное различие — различие между земным эллипсоидом WGS-84 и уровнем моря(геоидом)
• — время с момента последнего обновления DGPS, отсутствует.
• *54 — КС

5. GLL содержит GPS–данные о географической широте, долготе и времени определения координат.
$GPGLL,5542.2389,N,03741.60637,E,181058.000,A,A*59

• 5542.2389,N — широта
• 03741.60637,E — долгота
• 181058.000 — гринвичское время на момент определения местоположения.
• А — данные верны
• *59 — КС

6. GSA содержит режим работы GPS приёмника, параметры спутников, используемых при решении навигационной задачи, результаты которой отображены в сообщении $GPGGA и значения факторов точности определения координат.
$GPGSA,A,3,27,17,26,18,09,28,15,08,,,,,2.35,1.34,1.93*0A

• A — режим (М — Manual, forced to operate in 2D or 3D, А — авто 3D/2D)
• 3 — режим (1 — нет фиксации, 2=2D, 3=3D)
• 3...14 — Идентификаторы SVs используется для фиксации позиции
• 2.35 — PDOP (снижение точности по местоположению)
• 1.34 — HDOP (снижение точности в горизонтальной плоскости)
• 1.93 — VDOP (снижение точности в вертикальной плоскости)

7. GSV указывает количество видимых спутников, их номера, возвышение, азимут, и значение отношения сигнал/шум для каждого из них. По этим данным можно сделать красивую картинку с информацией о положении спутников в небе и уровне сигнала от них.
$GPGSV,4,1,13,28,65,075,17,26,53,202,37,15,50,278,17,27,39,290,24*7D

• 4 — Полное число сообщений, от 1 до 9.
• 1 — Номер сообщения, от 1 до 9.
• 13 — Полное число видимых спутников.
• 28 — PRN номер спутника.
• 65 — Высота, градусы, (90° — максимум).
• 075 — Азимут истинный, градусы, от 000° до 359°
• 17 — Отношение сигнал/шум от 00 до 99 дБ, ноль — когда нет сигнала.
• 26,53,202,37, то же самое для 2 спутника
• 15,50,278,17, то же самое для 3 спутника
• 27,39,290,24, то же самое для 4 спутника
• *7D — КС

Так же приведу значения параметра снижения точности DOP (HDOP, VDOP, PDOP), исключительно для ознакомления:

• 1 (Идеальная) — Рекомендуется к использованию в системах, требующих максимально возможную точность во всё время их работы
• 2-3 (Отличная) — Достаточная точность для использования результатов измерений в достаточно чувствительной аппаратуре и программах
• 4-6 (Хорошая) — Рекомендуемый минимум для принятия решений по полученным результатам. Результаты могут быть использованы для достаточно точных навигационных указаний.
• 7-8 (Средняя) Результаты можно использовать в вычислениях, однако рекомендуется озаботиться повышением точности, например, выйти на более открытое место.
• 9-20 (Ниже среднего) — Результаты могут использоваться только для грубого приближения местоположения
• 21-50 (Плохая) — Выходная точность ниже половины футбольного поля. Обычно такие результаты должны быть отброшены.

И в заключении формула для перевода координат полученных от приемника для ввода их, например в google maps:
Полученные 5542.2389 — значит 55 градусов 42.2389 минуты. Для гугла надо вычислить 55 + 42.2389/60. И заменить запятую точкой.
Для гугла первой указывается широта, затем долгота. Для яндекс карт наоборот.

Дополнение №2

Настройка модуля

В комментариях были вопросы о возможности настройке модуля. Попробую ответить на некоторые.
Главное — настраивать его можно:) Для этого ему надо отправить соответствующую команду. Полный список команд можно взять тут — команды MTK NMEA.
Все команды выглядят следующим образом:
$PMTK — префикс команды.
103 — код команды от 000 до 999.
Затем через запятую идут параметры команды. Завершается команда всегда символом *, за которым идет контрольная сумма и символы CR+LF.
Внимание! Команда обязательна должна заканчиваться CR+LF. Без них она не будет исполнена.

Например самые простые команды перезагрузки:
$PMTK101*32 — Горячий рестарт.
$PMTK102*31 — Теплый рестарт.
$PMTK103*30 — Холодный рестарт.
Комрад Fantomas интересовался как увеличить частоту обновления данных:
$PMTK300,200,0,0,0,0*2F — Обновление с F=5Hz
$PMTK300,1000,0,0,0,0*1C — Обновление с F=1Hz
Где 200 (1000) — интервал обновления в миллисекундах. У EB-500 должен быть не меньше 200.
Но тут нужно учесть, что при увеличении скорости обновления данных может не хватить скорости самого порта для передачи всех данных. Для разгрузки порта можно сделать 2 вещи:
1. Самое простое — увеличить скорость порта:
$PMTK251,115200*1F
$PMTK251,57600*2C
$PMTK251,38400*27
$PMTK251,19200*22
$PMTK251,14400*29
$PMTK251,9600*17
$PMTK251,4800*14
Настроить скорость порта от 115200 до 4800.
2. Отключить выдачу не нужных сообщений:
$PMTK314,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,0*29 — Разрешение вывода только VTG, GGA, ZDA
Где параметры могут изменятся от 0 до 5.
0, не выдавать данное сообщение.
1, выдавать сообщение каждый цикл.
2, выдавать сообщение каждый второй цикл.
…
5, выдавать сообщение каждый пятый цикл.
Порядок сообщений для фильтрации:
GLL,RMC,VTG,GGA,GSA,GSV,GRS,GST,MALM,MEPH,MDGP,MDBG,ZDA,MCHN

Теперь о не приятном — все настройки хранятся в RAM и сбрасываются при отключении основного и резервного питания. Так что надо делать инициализацию при каждом включении. Гораздо большая неприятность — в конце команды должна быть контрольная сумма. Хорошо, что создавать их на лету скорее всего не понадобится, а один раз ее можно посчитать и через отладчик, например следующим образом:

  unsigned char kc=0;i=1;
  while(s[i] != '*') {kc ^=s[i];i++;}

На входе должна быть строка типа s="$PMTK251,14400*", символы после '*' игнорируются, на выходе в kc будет контрольная сумма.
И напоследок как выдать команду в модуль? Тут все просто — нужно выдать в порт всю строку сразу, без задержек. У меня поначалу команды как раз и не работали из-за того, что я пытался вводить их в терминалке с клавиатуры. Если все же нужно что-то отправить с терминала, то отправлять их нужно в режиме отправки файла.