■ GPS受信モジュール AE-GYSFDMAXBのデータを表示する ■


　これまでGPSユニットについては、カーナビやGPSロガーなどの製品も多く出ており、自前で製作して使用する用途が無かったので、通販や製作記事を眺めているだけでした。
　秋月電子の、太陽誘電製モジュールGYSFDMAXBを搭載したGPS受信機キット 1PPS出力付き「みちびき」対応 AE-GYSFDMAXB（販売終了）の、「正確な1PPS(1秒）信号を出力します。」を見て興味をそそられ、価格も手頃だったので初めてGPSモジュールを試してみる事にしました。

　このモジュールは、初期状態（工場出荷状態）のボードに5V電源を加えるだけで、1秒間隔で測位したデータをどんどん送って来てくれます。
　基本の設定値でよければ、コマンドを送るような操作は必要ありません。
　衛星を4個以上見つけると、専用の1PPS出力から精度±10ns (10×10-9秒)の１Hz（1秒）信号が出てきます。
　この1Hz信号を使って、周波数カウンターの較正を行うのが一番の目的です。



パソコンとの接続テスト
GPSモジュール基板の裏面に、ボタン電池のホルダーを取り付けます。
ボタン電池を付けるとブレッドボードには刺さりにくくなりますので注意して下さい。
ボタン電池のバックアップにより、2度目の起動から測位が速くなります。
まずは、GPSモジュールとパソコンを接続し、専用の表示ソフトで計測データを見てみます。

ブレッドボードを使い、[USB-シリアル変換モジュール]と並べて差し込むだけで設置完了。
　
このモジュール同士は、ピンが並ぶように設計されています。
電源もUSBから供給されますから、別電源は不要です。
秋月電子のリンクにある「Mini GPS」
　
COM番号を選択して、ボーレートを9600にします。
簡易の表示ソフトなので、使い勝手がよくありません。
[Ctrl] ＋ [ALT] ＋ [S] キーを同時に押すなど、特殊な操作をしないと、細かい設定やデータが見られないのが不便です。
　
また、「MiniGPS_V1.7.1」の時点で、高度:(Altitude）が「地球楕円体」から「GPSアンテナ」までの高さの「楕円体高」を表示しているので、現地の高度と大きな相違が出ています。
（おそらく、プログラムのミスだと思われます）
LOCOSYS社製
「GPSFox V:0.79b」「GPSFox V:0.79w73_C」
　
COM番号を選択して、ボーレートを9600にします。
上記の「Mini GPS」よりも遥かに使いやすいソフトです。
受信位置からJST(日本標準時)の変換（9時間プラス）も行ってくれます。
こちらの高度のデータは、「海抜高度」を表示しているので、GPS特有の測定誤差は大きいですが、15分ほど測定を続けると現地高度に近い値が出ています。
　
室内の受信でもこれだけの衛星が見つかるほど、感度のいいモジュールです。
「みちびき」もいます。
　1号機 ： 衛星番号193番
　2号機 ： 衛星番号194番
　4号機 ： 衛星番号195番
　3号機 ： 衛星番号199番 （このモジュールでは受信不可）
1PPS (1Hz) 出力

電源を入れてから衛星を4個以上測位すると、専用の1PPS出力から精度±10ns (10×10-9秒)の１Hz（1秒）信号が出てきます。
　
小数点以下の周波数まで計れるレシプロ周波数カウンターでこの信号を測定すれば、カウンター内の基準となる水晶発振器を較正する事ができます。
当ページの「精度アップ AVR レシプロカル周波数カウンター[3]」の場合は、30分以上通電した後にモジュールの1PPS出力を測定し、カウンターの表示が1Hz(1sec)に近づくように、12.8MHzクリスタル発振モジュールのトリマー・コンデンサーを回して調整します。



AVRトレーニング・ボードでスタンドアローン表示
パソコンを使わずに、単独でGPSのデータを表示します。
当ページに掲載のAVR & BASCOM-AVR　トレーニング・ボードを使用ます。
もちろん、各種のAVRを選択することもできます。
　
トレーニング・ボードの5V電源と、AVR内蔵のUSARTを使用して通信を行います。
GPSモジュール側は3.3V電源で動作しているため、トレーニング・ボードからのTXD信号は、疑似オープンドレインで電圧レベル変換を行っています。

回 路 図 PDF版　Atb_AE-GYSFDMAXB_Cir.pdf

　
● プログラム
　
・GPSモジュールに5V電源が入ると、衛星の測位が開始されます。
・GPSモジュールの初期値（工場出荷状態）では、1秒間隔で測位したデータがASCII文字列でシリアル送信されてきますので、単純に受信を繰り返します。
・通信の設定は、9,600ボー、パリティー無し、データ・ビット 8、ストップビット 1。
・シリアルデータをAVR内蔵のUSARTの割り込みで受信します。
・行の末尾にはチェックサムが添えられているので、受信内容を計算してエラーのチェックを行います。
・センテンスという行単位で、時刻、位置、高度、対地移動方向、対地移動速度、衛星の測位状態などの情報が得られます。
・受信データ例。
 $GPGGA,094848.000,35xx.xxxx,N,136xx.xxxx,E,1,9,0.96,8.3,M,36.4,M,,*56
 $GPGLL,35xx.xxxx,N,136xx.xxxx,E,094848.000,A,A*5F
 $GPGSA,A,3,01,11,16,08,07,28,27,30,10,,,,1.25,0.96,0.81*06
 $GPGSV,4,1,13,11,77,284,29,01,66,220,23,08,54,044,34,07,40,245,28*7F
 $GPGSV,4,2,13,193,37,167,16,30,36,284,23,22,28,150,,27,27,071,20*46
 $GPGSV,4,3,13,28,18,316,19,16,16,130,17,10,14,047,34,03,10,173,*70
 $GPGSV,4,4,13,40,05,259,*44
 $GPRMC,094848.000,A,35xx.xxxx,N,136xx.xxxx,E,0.23,170.70,020516,,,A*68
 $GPVTG,170.70,T,,M,0.23,N,0.42,K,A*3B
 $GPZDA,094848.000,02,05,2016,,*5D
　
・センテンス文字列の内容に付いては、「NMEA 0183プロトコル仕様書」や「NMEA-0183」でネット検索すると、詳しい解説のページを見つける事ができます。
・受信したセンテンス行ごとにデータを解析してLCDに表示します。
・トレーニング・ボードのスイッチにより、表示項目が変更できます。（下記の操作方法を参照）
・時刻表示については、GPSが正確な時刻を受信してもシリアル送信に時間がかかるため、LCDに秒が表示されるときには数百msの遅れが生じます。
　
プログラム 　テキスト形式 ソースファイル 　ATB_AE-GYSFDMAXB_001.TXT
　ＢＡＳＣＯＭ用 ソースファイル
　（BASCOM-AVR（製品版）が必要です）		 　ATB_AE-GYSFDMAXB_001.bas
　インテルHEX形式 ファイル 　ATB_AE-GYSFDMAXB_001.HEX
　
注意！　著作権は放棄しておりませんので、販売や配布目的での使用は絶対にしないで下さい。
　　　　　　　（記事の無断転載を除き、個人での使用は可能です。 改変、自作品の掲載、展示、リンクもご自由に。）

　
● 操作方法
　
・[SW4]を押したまま電源を入れる、または[リセット]ボタンを押すと、GPSモジュールを初期値（工場出荷状態）に戻します。
・[SW1]と[SW2]はTXDとRXDにつながっていますから、押さないで下さい。



 　GPSの測位情報
　[*]： 定期間隔（初期値は1秒）のデータを受信完了時に
　　　　マークを表示します。
　上段の2文字目は、測位している衛星の数。
　下段の1,2文字目は、2D：2次元モード , 3D：3次元モード。
　　　　　　　　　　　　　　[--]の場合は、未測位状態。
　下段の3文字目は、測位の品質、[-]：未測位。
　　　　　　　　　　　　　[S]：単独測位 - 誤差10m程度。
　　　　　　　　　　　　　[D]：DGPS - 誤差2m程度。

・[SW3]を押すと、表示モードが変わります。
　時刻表示。 JST （日本標準時）
　　上段： 年／月／日 , 曜日。
　　下段： 時：分：秒。
　位置表示。
　　上段： 緯度。
　　下段： 経度。
　方向・速度・高度 表示。
　　上段： 真北に対する進行方向 ／ 高度。
　　下段： 対地速度。

・[SW4]を押すと、表示項目が変わります。
　時刻表示　24時間制 表示
　時刻表示　12時間制 表示

　位置表示。
　　上段： 緯度。　[度°分’]　表示
　　下段： 経度。　[度°分’]　表示
　位置表示。
　　上段： 緯度。　[度°分’　秒”]　表示
　　下段： 経度。　[度°分’　秒”]　表示
　位置表示。
　　上段： 緯度。　[度°（10進）]　表示
　　下段： 経度。　[度°（10進）]　表示

　方向（真北が0°で時計回りの角度）・速度 表示。
　　上段： 真北に対する進行方向。
　　下段： 対地速度 （km/h）。
　方向（真北が0°で時計回りの角度）・速度 表示。
　　上段： 真北に対する進行方向。
　　下段： 対地速度 （ノット）。
　高度・速度 表示。
　　上段： 海抜高度。
　　下段： 速度 （km/h）。







■ GPS AE-GYSFDMAXB　高精度1Hz出力 ＆ 周波数カウンターの製作 ■

この製作では、GPSから送られてくる位置などの各種情報をLCDに表示する機能に加えて、同じくGPSモジュールから出力される正確な1Hz（1秒）信号を用いた周波数カウンターを搭載します。




　　 電子工作の部屋 Top へ 前のページへ戻る