【得捷电子Follow me第1期】二狗子GNNS定位器

doudoubaba · 最新更新于2023-10-19 22:57

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本帖最后由 doudoubaba 于 2023-6-30 18:57 编辑

一、 3-5分钟短视频

6月30日

二、项目总结报告

（一）项目描述

1、引言

现在，二狗子已经成为我生活中不可或缺的一部分。然而，它经常乱跑。当它走失时，我通常会感到十分焦虑和担忧。为了解决这个问题，我决定利用手里的单片机和模块设计一个二狗子GNNS定位器。该项目旨在设计和开发一种能够追踪二狗子位置的系统，以帮助我快速找到丢失的二狗子。

2、目标

本项目的目标是实现一个具有以下功能的二狗子GNNS定位器：

实时追踪宠物的位置：通过使用GNNS技术，能够准确地追踪二狗子的位置。
安全围栏报警：通过设定安全区域边界，当二狗子跑到越过边界，蜂鸣器发报警声提醒二狗子。

3、技术实现

（1）硬件介绍

为了实现二狗子定位器，本项目主要选用了以下硬件：

① Raspberry Pi Pico W

Raspberry Pi Pico W是一款树莓派官方设计低成本但灵活的RP2040开发平台,其是Raspberry Pi Pico的无线升级版，具有Pico所有特性外还具有2.4GHz无线接口。

产品特性：

采用了 Raspberry Pi 官方自主设计的 RP2040 微控制器芯片
搭载了双核 ARM Cortex M0 + 处理器，运行频率高达 133MHz 灵活时钟
内置了 264KB 的 SRAM 和 2MB 的片上 Flash
板载2.4GHz无线接口芯片(802.11n或Wifi4)。
邮票孔设计，可直接焊接集成到用户自主设计的底板上
USB1.1 主机和设备支持
支持低功耗睡眠和休眠模式
可通过 USB 识别为大容量存储器进行拖放式下载程序
多达 26 个多功能的 GPIO 引脚
2 个 SPI，2 个 I2C，2 个 UART，3 个 12 位 ADC，16 个可控 PWM 通道
精确的片上时钟和定时器
温度传感器
片上加速浮点库
8 个可编程 I/O (PIO) 状态机，用于自定义外设支持

引脚分布：

② GNNS（全球导航卫星系统）模块Grove - GPS (Air530)

GNNS模块采用的是矽递科技的Grove - GPS (Air530)。Air530模块是一款高性能、高集成度的多模卫星定位导航模块，同时支持北斗、GPS、格洛纳斯等卫星导航系统。

技术参数：

Parameter	Value
Supply voltage	3.3V/5V
Working current	up to 60mA
Time of warm start	4s
Time of cold boot	30s

Wiki文档：

https://wiki.seeedstudio.com/Grove-GPS-Air530/

③ 无源蜂鸣器模块Grove - Buzzer

Grove Buzzer.jpg

无源蜂鸣器模块采用的是矽递科技的Grove - Buzzer模块。

技术参数：

Items	Specification
Operating Voltage	3.3V/5V
Sound Output	≥85dB
Resonant Frequency	2300±300Hz

Wiki文档：

https://wiki.seeedstudio.com/Grove-Buzzer/

④ 显示模块Grove OLED Display 0.96" (SSD1315)

Grove-OLED-Displey-0.96-SSD1315-wiki.jpg

Grove-OLED-Displey-0.96-SSD1315-pin.jpg

OLED模块采用的是矽递科技的Grove 0.96英寸OLED模块，采用SSD1315驱动芯片，128x64分辨率，I2C接口。

技术参数：

Parameter	Value
Input voltage	3.3V / 5V
Output voltage	0 ~ 2.3V
Pixels	128 x 64
Temperature Range	-40℃ ~ +85 ℃

wiki文档：

https://wiki.seeedstudio.com/Grove-OLED-Display-0.96-SSD1315/

（2）设计思路

① 主控：Raspberry Pi Pico W，负责从GNNS模块获取定位信息数据，并控制OLED模块显示，控制蜂鸣器模块发出报警声。

② 传感器：GNNS模块Grove - GPS (Air530)，负责与北斗导航卫星、GPS卫星通信，获取位置信息，并将其转化为经度和纬度坐标。

③ 输出模块：无源蜂鸣器模块Grove - Buzzer，负责发出报警声。

④ 显示模块：Grove OLED Display 0.96" (SSD1315)，负责显定位的经纬度值、卫星数、时间。

当系统上电后，Raspberry Pi Pico W对GNNS模块、蜂鸣器模块、OLED模块进行初始化。

初始化完成后，GNNS模块与导航卫星进行通信，获取经纬度值、卫星数量、时间数据，并发给Raspberry Pi Pico W。

Raspberry Pi Pico W将收到的这些信息，输出到OLED模块上显示。

（二）各功能对应的主要代码片段及说明

1、任务1：熟悉Mu Editor软件与micropython的基本语法

#blink
#导入库
import machine
import time

#初始化引脚
LED = 25
led = machine.Pin(LED, machine.Pin.OUT)
while(True):
    
    #点亮LED
    led.on()

    #延时1秒
    time.sleep(1)

    #熄灭LED
    led.off()

    #延时1秒
    time.sleep(1)

2、任务2：驱动外设

（1）驱动OLED

#【得捷电子Follow me第1期】任务2：驱动外设(1)OLED

#导入库
from machine import Pin, I2C
from ssd1306 import SSD1306_I2C    
import time

#初始化I2C
i2c = I2C(0,sda=Pin(8), scl=Pin(9))

#实例化SSD1306_I2C
oled = SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

#OLED清屏
oled.fill(0)
oled.show()

#OLED显示信息
oled.text("GPS:",0,0)
oled.text("Sate:",0,36)
oled.text("Time:",0,50)
oled.show()

（2）驱动蜂鸣器发出警报声

#【得捷电子Follow me第1期】任务2：驱动外设(2)无源蜂鸣器警笛
#导入库
from machine import Pin, I2C, PWM
import time

#初始化引脚
buzzer = PWM(machine.Pin(20))

while True:
    
    #设置频率freq
    for freq in range(500,1000,5):
        
        #蜂鸣器发声
        buzzer.freq(freq)
        
        #延时
        time.sleep(0.002)
    
    #设置频率freq
    for freq in range(1000,500,-5):

        #蜂鸣器发声
        buzzer.freq(freq)

        #延时
        time.sleep(0.002)

3、任务3：同步网络时间

任务3：同步网络时间
#导入库
from machine import RTC
import time
import network
import ntptime

#初始化网络
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect('xiaogui', '88888888')


#同步NT时间函数
def RTCdate(flag, timezone=8):
    #print("开始同步网络时间")
    try:
        rtc = RTC()
        now = time.time()
        now += timezone * 3600
        dt = time.localtime(now)   
        date_str = "{}年{}月{}日".format(dt[0], dt[1], dt[2])
        time_str = "{}:{}:{}".format(zero_str(dt[3]), zero_str(dt[4]), zero_str(dt[5]))
        if flag == 0:
            return date_str
        else:
            return time_str
    except Exception as e:
        print("同步NTP时间错误",repr(e))
        

# 补零函数
def zero_str(str_num):
    num=int(str_num)
    num_str=None
    if num>9:
        num_str=str_num
    else:
        num_str="0"+str(str_num)
    return num_str


#主程序，NTP校时
ntptime.host = 'ntp1.aliyun.com'
ntptime.settime()
print(RTCdate(0),RTCdate(1))

4、任务4：实现定位功能

#任务4：实现定位功能
#导入库
from machine import UART, Pin, PWM, I2C
from ssd1306 import SSD1306_I2C
from micropyGPS import MicropyGPS
import time
WIDTH  = 128                            
HEIGHT = 64

#初始化OLED
i2c = I2C(0,sda=Pin(8), scl=Pin(9))
oled = SSD1306_I2C(WIDTH, HEIGHT, i2c)

#初始化串口uart0
uart0 = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1))

time.sleep(0.1)
rxData = bytes()
my_gps = MicropyGPS(8)
my_gps.local_offset

def get_GPS_values():    
    #定义两个全局变量
    global gps_values,rtc 
    time.sleep(2)
    cc = uart0.readline()
    for x in cc:
        my_gps.update(chr(x))
    #获取经度、维度
    gps_values = str(my_gps.latitude[0] + (my_gps.latitude[1] / 60)) + ',' + str(my_gps.longitude[0] + (my_gps.longitude[1] / 60))
    #获取日期、时间
    date = my_gps.date
    timestamp = my_gps.timestamp
    hour = timestamp[0]
    rtc = str(int(timestamp[0]))+":"+str(int(timestamp[1]))+":"+str(int(timestamp[2])) 
    #返回经度、纬度值、RTC
    return gps_values,rtc



while True:
    time.sleep_ms(20)
    get_GPS_values()
    
    #OLED显示
    oled.fill(0)
    oled.show()
    oled.text("GPS:",0,0)
    oled.text(gps_values,0,16)
    oled.text("Sate:",0,36)
    oled.text(str(my_gps.satellites_in_use),64,36)
    oled.text("Time:",0,50)
    oled.text(rtc,64,50 )
    oled.show()     
    
    #串口打印输出
    print('Location:', gps_values)
    print('State:', my_gps.satellites_in_use)
    print('RTC:', rtc)

（三）功能展示及说明

1、Blink功能展示

如上图所示，板载LED灯1秒闪烁一次。

2、获取NTP网络时间功能演示

如上图所示，程序运行后，串口打印出通过NTP获得的日期与时间。

3、驱动外设及GNNS定位功能演示

如上图所示，程序运行后，OLED显示GNNS经维度坐标、卫星数、时间。

（四）对本活动的心得体会

1、改进目标

手机APP：开发一个APP，随时随地监控二狗子的位置、设置安全区域和接收警报通知。
物联网平台：物联网平台实时查看二狗子的位置。
警报通知：一旦二狗子离开安全区域，系统将立即发送警报通知我，以便我能够立即采取行动。
历史轨迹：系统能够存储和显示二狗子的历史轨迹记录，让我可以了解二狗子的活动范围和习惯。

三、可编译下载的代码

task04.py (1.52 KB, 下载次数: 0)

wangerxian

你这二狗子似乎有点调皮，给它再加个太阳能板，防止跑远了，定位器没电了。

laker2008

功能看着很使用啊，就是不知道最终的成品体积大不大，给二狗子带身上方不方便呢，

doudoubaba

wangerxian 发表于 2023-6-30 11:37 你这二狗子似乎有点调皮，给它再加个太阳能板，防止跑远了，定位器没电了。

是的，得给二狗子装一对太阳翼

wangerxian

doudoubaba 发表于 2023-6-30 16:20 是的，得给二狗子装一对太阳翼

成为全村最靓的仔！

lugl4313820

感谢楼主的分享，恭喜完成任务，这个开板可以深入研究，希望多来EEWORLD展示楼主的才华。楼主的题目很醒目呀！

lkh747566933

感谢楼主分享，功能看着很实用，就是不知道最终的成品体积大不大，耗电怎么样

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