Самодельный GPS приёмник для NAZA

Это перепост моей же статьи на паркфлаере
В статье я опишу изготовление самодельного ГПС приёмника к контроллерам серии NAZA, на основе комбо для контроллера АРМ. Хотя ничего не мешает изготовить девайс и из отдельных комплектующих.


Рис.1

Итак. Что понадобится?
1) APM GPS+compass combo. Другими словами ГПС приёмник с компасом. Такие используются в связке с APM, с MultiWii. Я брал такой. Сразу говорю - модуль ублох в нём фейковый. Но тем не менее, он очень хорошо ловит и держит спутники.
2) Arduino Pro Mini. Желательно, с дополнительными отверсиями с торца - земля и питание. Удобнее подключать разъём.
3) Преобразователь уровней I2C 5v-3.3v В принципе, на худой конец, можно обойтись и без него - но это делать крайне не рекомендуется. Преобразователь можно купить готовый, можно собрать на двух полевых транзисторах (или на 4 биполярных). Я собрал самодельный и запихал его в корпус приёмника (см. ниже)
4) Для удобства подключения можно присобачить разъём к ГПС комбу. Обычно комбы идут с разъёмами Микро JST 1.25.
5) FTDI или какой-нибудь подобный адаптер USB-UART, для прошивки ардуины и настройки ГПС модуля.
6) Руки от плеч и соображающая башка крайне необходимы, без них ничего не выйдет. Это НЕ пошаговое руководство, где я покажу, как провода залуживать и куда какой проводок тыкать! Минимальные знания электроники и основы работы с компьютером необходимы. Если у вас с этим не очень - купите готовый модуль от DJI и не занимайтесь экспериментами.

ДИСКЛАЙМЕР! Это альфа-версия разработки, основанная на обратном инжениринге оригинальных модулей от DJI! Это даже не бета, это самая первая версия для разработчиков.

Всё, что вы делаете, вы делаете на свой страх и риск.Если ГПС вам нужен для профессионального использования - купите оригинальный модуль! Это описание - для храбрых духом (и нетолстых кошельком =) ).

Ну, со страшилками закончил, перехожу к вкусняшкам.
Первое - конструкция работает! В частности, сегодня она прошла тестовый облёт, где показала себя вполне работоспособной.
Второе - цена. Комбо стоит около 20 долларов, ардуина ещё 3, конвертер - 1. Итого 24 доллара, вместо оригинальных 100.

Начинаем изготовление.


Рис.2 Модуль GPS со встроенным I2C конвертером.

Начать стоит с настройки модуля U-blox, установленного в комбе. Настройка такая - скорость 57600, частота 5 Гц, протокол - только UBX, включены пакеты - NAV-SOL, NAV-DOP, NAV-POSLLH, NAV-VELNED, NAV-TIMEUTC. Всё остальное выключено. При этой настройке не будут отображаться сигналы со спутников (NAV-SVINFO) - это нормально, они не нужны. Но для тестов можно включить, главное выключить не забыть.

Далее. Определяемся с ориентацией компаса, установленного в комбе. Нормальная ориентация - точкой вперёд по ходу движения, торцом вперед (не под 45 градусов). Перевёрнут (стоит на обратной стороне платы, там же, где все остальные детали, кроме антенны). В частности, на картинке выше - "нормальная" ориентация компаса, "вперёд" - это влево. Если ориентация не такая - придётся править код.

Соединяем все детали между собой.

Рис.3 Принципиальная схема.

Схема делалась для зарубежного сайта, поэтому все подписи - на английском. Если что непонятно - задавайте вопросы.
Если не хочется возиться с впиливанием конвертера в корпус приёмника - можно купить готовый модуль, типа как по ссылкам во введении. Там на плате уже установлен стабилизатор на 3 вольта, питать плату можно только от 5 вольт. Удобно, без гемора. Это по схеме выше будет "вариант 2" - но без подачи питания 3.3V с комбы (где его может и не быть в проводе). Я не искал лёгких путей, плюс, платы конвертера у меня не было (не доехала). Поэтому я сделал конвертер самостоятельно:


Рис.4 Плата конвертера

Плата сделана из кусочка текстолита, дорожки сделаны путём прорезки ножом по жирным белым линиям. Все резисторы - 10К, 0805. Транзисторы - BSS138 или TN2501, корпус SOT-23. Не самые общеупотребимые транзисторы, но найти можно. В принципе, как я понимаю, подойдут любые с низким напряжением насыщения (1,5-2V). Схема приведена выше, на общей схеме, на врезке ("Mosfet-based I2C level converter"). Подключена плата в разрыв проводов SDA и SCL, с учётом напряжения (Н-сторона - это 5-вольтовый I2C, L-сторона - соответственно, 3-вольтовый). Так как провода 3.3 вольта на разъёме не было - пришлось припаяться прямо к плате (см.рис.2).
В итоге - получилось так:


Рис.5 Готовый конвертер

Чтобы приёмник можно было подключать и отключать (например, для настройки) - к ардуине я припаял разъём (см.рис.1). В принципе, можно обойтись и без этого, но так удобнее. Чтобы ничего не замкнуть на плате ардуины, на плату был наклеен кусочек каптона, а к нему уже, в свою очередь, суперклеем приклеен разъём.

С железом закончили, приступаем к софту.
Для компиляции прошивки конвертера (ардуины) нужны будут следующие компоненты:
1) Собственно Arduino IDE
2) Библиотека AltSoftSerial
3) Библиотека I2CDevLib, из которой нужны будут только модули HMC5883L и I2CDev.
Все эти библиотеки есть в приложении, необходимо их скопировать в каталог C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries

Далее. Для проверки можно залить тестовые скетчи. Для проверки софтового последовательного порта, к которому прицеплен ГПС-приёмник, заливается скетч-пример из библиотеки AltSoftSerial, а для проверки компаса - пример из вложения.

Рабочая прошивка компилируется и заливается в ардуину штатным образом. Никаких настроек в прошивке нет.

После прошивки алгоритм работы примерно такой: когда ардуина получает пакет от U-blox-а, она мигает светодиодиком на плате и выплёвывает пакет с данными GPS в формате назы в "железный" последовательный порт. Плюс, каждые 30 мС ардуина опрашивает компас и посылает его данные. Ну и каждые 2 секунды посылается версия модуля.
Визуально работоспособность модуля проявляется в мигающем с частотой около 2.5 герц светодиоде.
При подключении ардуины к последовательному порту на скорости 115200 бод - должны валиться пакеты, начинающиеся (НЕХ) с "55 АА", и дальше 10 - ГПС, 20 - компас, 30 - версия.

Видео:
Включение модуля на подоконнике:


Тестовый полёт. К сожалению, видео некачественное(зато моё) - я не догадался снять по-нормальному, как коптер висит. ГПС режим включен с 10 секунды.


Зато есть видео от разработчика, там со съёмкой висения порядок:

(хорошо в Италии.....)

Ссылки.
Основная тема на rcgroups:
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=2331009
Сообщение, в котором выкладываются обновления прошивки и всё такое прочее:
http://www.rcgroups.com/forums/showpost.php?p=30567232&postcount=4
Тема, с которой всё началось:
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=2290346
Тут надо отметить отдельно. Pawelsky - это чел, который, собственно, и сломал протокол назы, за что ему большой респект. Его библиотека NazaDecoder используется, в частности, в проекте MinnazaOSD. Сейчас он запилил свой собственный конвертер APM combo - NAZA, но, по-видимому, не будет делиться прошивкой, поскольку планирует продавать платы. Хотя он и говорил, что может быть, выложит hex. Если выложит - однозначно рекомендуется заливать его хекс! Уж он-то точно наиболее стабильный и оттестированный. Напоминаю, программа, рассматриваемая в статье - это альфа-релиз, сырой и бажный.

Благодарности.
Хочу сказать большое спасибо разработчикам - Luketanti и pawelsky! Особенно второму =)
Очень жаль, что из-за некрасивых действий одного человека (ciskje), Павел, походу, раздумал делиться результатами своего труда.

Исходники
Всё, необходимое для повторения адаптера - схемы, плата, прошивки - в архиве в приложении.

 

Значит, в ближайших планах:
1) разобрать код адаптера, чтобы понимать, как он работает =)
2) поменять парсер U-Blox на парсер NMEA
3) понавставлять во все места защиты от повисонов

 

Первое сделано, и из первого получилось, что второе и третье малореализуемо на текущем железе.

 

На меге не хватает железных портов. И быстродействия для обработки софтового уарта.
Что будет дальше с проектом - не знаю. Изучаю STM32. Ацкое гомно, конечно...

 

Можно всё, наверное. Особенно, если на ассемблере писать. Но я для этого слишком ленивый, ну и плюс к тому - если есть за те же деньги процессор с 2 (3,4) портами - очевидно, что надо юзать его. С другой стороны - китайцы наклепали уже приличных копий по 50 баксов, с глонассом и прочим ололо.

 

Если честно - мне на эти вопли всегда было пох. Ну, не умеешь пользоваться девайсом - сам виноват.
А вот тестировать китайские модули - надо. Потому что прошивка закрытая и хз что там китайцы написали. Понятное дело, что пока всё хорошо - переходник и работает хорошо. Вопрос, что будет, когда спутники плохо ловиться будут, или пропадать, тудой-сюдой... Что при этом будет выдавать китайский приёмник - хз.
У меня, к сожалению, сейчас даже на Павловский адаптер денег нет, поэтому протестировать не могу ничего. По случаю заказал несколько STM-ок, но чую, не осилю. Если уж там пример из IDE не работает, херли ждать от этой платформы в целом...

 

Важный апдейт!
Павел выложил в открытый доступ свою прошивку для адаптера. Ту, которая работает только с NEO-6M (предыдущий релиз). Однозначно рекомендуется заливать именно эту прошивку!

(позже добавлю информацию и файлы в шапку)