GPS Data logger

Rozhodl jsem se zveřejnit návod na výrobu praktického data loggeru, který zaznamenává GPS polohu, kterou následně ukládá ve 2 vteřinových intervalech na micro SD kartu i společně s teplotou, vlhkostí vzduchu a atmosférickým tlakem. Tyto hodnoty jsou dále i posílány po sériové lince do USB počítače, kde data můžeme načíst v programu Arduino-sériový monitor.

Na výrobu jsem zvolil desku Mega 2560, která se mi válela v šuplíku, GPS modul neo 6M, čidlo teploty BMP280 a čtečku micro SD karet.  Vše jsem zakoupil zde na  https://dratek.cz/

Zapojení:

CIDLO
PIN20SDA (DESKA) MODRA 
PIN21SCL (DESKA) ZLUTA
3,3 AZ 5V CERVENA
GND CERNA

GPS
TX ZLUTA PIN13 (DESKA)
RX MODRA PIN12 (DESKA)
5V CERVENA
GND CERNA

SD KARTA
CS (MODRA) PIN53 (DESKA)
SCK (ORANZOVA) PIN52 (DESKA)
MOSI (ZELENA) PIN51 (DESKA)
MOSO (BILA) PIN50 (DESKA)
3,3 AZ 5V CERVENA
GND CERNA

Program vznikl spojením a lehkou úpravou tří programů ze zdejších stránek s návody a tak by se dal zařadit ke článkům s teplotním snímačem BMP280, GPS a SD kartou. Zachoval jsem i doprovodné komentáře na vysvětlení. Vím, že by se asi našel někdo, kdo by tento program dokázal i třeba zkrátit a napsat úsporněji. Já jsem zatím lehce mírně pokročilý začátečník a tak se do toho raději nebudu pouštět. Na začátku jsou klasicky vloženy knihovny (viz dále v textu) a nastaveny patřičné vstupy. Ve smyčce setup nastavíme sériovou komunikaci a zkontrolujeme funkčnost pamětové karty. Na začátku smyčky loop vytvoříme dočasné proměnné, zkontrolujeme komunikaci s GPS modulem i teploměrem a jestli modul GPS komunikuje, začne po sériové lince posílat data. Dojde-li k odpojení jednoho z modulů, je opět po sériové lince poslána chybová hláška/y. Dále je vytvořena zpráva s meteo daty a polohou, která je zapsána na SD kartu. Proběhne-li uložení v pořádku, je opět po lince poslána hláška o úspěšném uložení.

//GPS data logger s teplomerem, tlakomerem a vlhkomerem
//Knihovny
//SD
#include <SD.h>
// nastavení pinu CS pro SD kartu - pevně dané shieldem
const int sd_CS = 53;

//GPS NEO-6M
#include <SoftwareSerial.h>
#include <TinyGPS.h>
// nastavení propojovacích pinů
#define TX 12
#define RX 13
// inicializace GPS a komunikace po softwarové sériové lince
TinyGPS gps;
SoftwareSerial swSerial(RX, TX);

//BME280
#include <Adafruit_BME280.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
// nastavení adresy senzoru
#define BME280_ADRESA (0x76)
// inicializace senzoru BME z knihovny
Adafruit_BME280 bme;

void setup() {
  // zahájení komunikace po sériové lince
  Serial.begin(9600);
  // zahájení komunikace s GPS modulem po softwarové sériové lince
  swSerial.begin(9600);
   // kontrola připojené SD karty
   if (!SD.begin(sd_CS)) {
    Serial.println("SD karta neni pripojena nebo je vadna!");
  }
}
void loop() {
 // vytvoření dočasných proměnných pro načtení dat z GPS modulu
  float zSirka, zDelka;
  unsigned long stariDat;
  int rok;
  byte mesic, den, hodina, minuta, sekunda, setinaSekundy;
 // vytvoření proměnné pro vytištění data a času
  char datumCas[32];
 // vytvoření dočasných proměnných pro načtení informací o komunikaci s GPS modulem
  bool novaData = false;
  unsigned long znaky;
  unsigned short slova, chyby;
  // po dobu jedné vteřiny budeme kontrolovat příjem dat z GPS
  for (unsigned long start = millis(); millis() - start < 1000;) {
    // kontrola aktivity softwarové komunikace
    while (swSerial.available()) {
      // vytvoření proměnné pro uložení načtených dat z GPS
      char c = swSerial.read();
      //Serial.write(c); // pro výpis přijatých dat odkomentujte tento řádek
      // dekódování přijaté zprávy s kontrolou platných dat
      if (gps.encode(c)) {
        // pokud jsou přijatá data platná, nastavíme proměnnou pro tištění dat
        novaData = true;
      }
    }
  }
    // pokud proběhl příjem nových dat, vytiskneme všechny dostupné informace
  if (novaData) {
    // načtení GPS pozice do proměnných
    gps.f_get_position(&zSirka, &zDelka, &stariDat);
    // vytištění informací po sériové lince
    Serial.println(" ::Dostupne GPS udaje:: ");
    // vytištění informací po sériové lince
    Serial.print(" Zemepisna sirka: ");
    // nejprve zkontrolujeme, jestli máme platné údaje
    // (zSirka == TinyGPS::GPS_INVALID_F_ANGLE),
    // pokud nejsou validní (platné), vytiskneme nulu,
    // v opačném případě vytiskneme obsah proměnné s přesností 6 desetinných míst,
    // podobným způsobem se pracuje i s ostatními údaji
    Serial.println(zSirka == TinyGPS::GPS_INVALID_F_ANGLE ? 0.0 : zSirka, 6);
    Serial.print(" Zemepisna delka: ");
    Serial.println(zDelka == TinyGPS::GPS_INVALID_F_ANGLE ? 0.0 : zDelka, 6);
    Serial.print(" Pocet satelitu: ");
    Serial.print(gps.satellites() == TinyGPS::GPS_INVALID_SATELLITES ? 0 : gps.satellites());
    Serial.print(" Presnost: ");
    Serial.print(gps.hdop() == TinyGPS::GPS_INVALID_HDOP ? 0 : gps.hdop());
    Serial.print(" Stari dat: ");
    Serial.println(stariDat == TinyGPS::GPS_INVALID_AGE ? 0 : stariDat);
    Serial.print(" Nadmorska vyska m.n.m: ");
    Serial.println(gps.f_altitude() == TinyGPS::GPS_INVALID_F_ALTITUDE ? 0 : gps.f_altitude());
    Serial.print(" Rychlost v km/h: ");
    Serial.println(gps.f_speed_kmph() == TinyGPS::GPS_INVALID_F_SPEED ? 0 : gps.f_speed_kmph());
    // načtení data a času z GPS modulu do proměnných
    gps.crack_datetime(&rok, &mesic, &den, &hodina, &minuta, &sekunda, &setinaSekundy, &stariDat);
    // kontrola platnosti dat
    if (stariDat == TinyGPS::GPS_INVALID_AGE) {
      Serial.println("Nelze nacist datum a cas.");
      Serial.println();
    } else {
      Serial.print("Datum a cas: "); 
      // poskládání celé zprávy do proměnné datumCas a poté její vytištění,
      // %02d znamená desetinné číslo uvedené za uvozovkami s přesností na 2 číslice
      sprintf(datumCas, "%02d/%02d/%02d %02d:%02d:%02d", mesic, den, rok, hodina, minuta, sekunda);
      Serial.println(datumCas);
      Serial.println();
    }
  }
  // načtení a vytištění informací o komunikaci s GPS modulem
  gps.stats(&znaky, &slova, &chyby);
  Serial.print("Detekovane znaky: ");
  Serial.print(znaky);
  Serial.print(", slova: ");
  Serial.print(slova);
  Serial.print(", chyby pri kontrole dat: ");
  Serial.print(chyby);
  Serial.println();
  // kontrola chyb při komunikaci skrze detekci přijatých znaků
  if (znaky == 0) {
    Serial.println(); // vytištění prázdného řádku
    Serial.println("Chyba pri prijmu dat z GPS, zkontrolujte zapojeni!");
    Serial.println();
  }
  // oddeli mezi sebou text z GPS modulu a teplomeru BMP
  Serial.println();
   // v případě chyby senzoru je vypsána hláška po sériové lince
   if (!bme.begin(BME280_ADRESA)) {
    Serial.println("BME280 senzor nenalezen, zkontrolujte zapojeni!");
    Serial.println(); // vytištění prázdného řádku
    }
  // výpis všech dostupných informací ze senzoru BMP
  // výpis teploty
  Serial.println("::Dostupne meteorologicke udaje::");
  // výpis teploty
  Serial.print("Teplota °C: ");
  Serial.println(bme.readTemperature());
  // výpis relativní vlhkosti
  Serial.print("Relativni vlhkost %: ");
  Serial.println(bme.readHumidity());
  // výpis tlaku s přepočtem na hektoPascaly
  Serial.print("Tlak hPa.: ");
  Serial.println(bme.readPressure() / 100.0F);
  // vytištění prázdného řádku
  Serial.println();
  // otevření souboru na SD kartě s názvem mereni.txt
  File zapisDat = SD.open("mereni.txt", FILE_WRITE);
  // vytvoreni zpravy
        String dataString("::Dostupne GPS udaje:: ");
               dataString += (" Zemepisna sirka: ");
               dataString += String(zSirka == TinyGPS::GPS_INVALID_F_ANGLE ? 0.0 : zSirka, 6);
               dataString += (" Zemepisna delka: ");
               dataString += String(zDelka == TinyGPS::GPS_INVALID_F_ANGLE ? 0.0 : zDelka, 6);
               dataString += (" Pocet satelitu: ");
               dataString += String(gps.satellites() == TinyGPS::GPS_INVALID_SATELLITES ? 0 : gps.satellites());
               dataString += (" Nadmorska vyska m.n.n: ");
               dataString += String(gps.f_altitude() == TinyGPS::GPS_INVALID_F_ALTITUDE ? 0 : gps.f_altitude());
               dataString += (" Rychlost v km/h: ");
               dataString += String(gps.f_speed_kmph() == TinyGPS::GPS_INVALID_F_SPEED ? 0 : gps.f_speed_kmph());
               dataString += (" Datum a cas: ");
               dataString += String(datumCas);
               dataString += String(" ::Dostupne meteorologicke udaje:: ");
               dataString += (" Teplota ve stupnich C: ");
               dataString += String(bme.readTemperature());
               dataString += (" Relativni vlhkost %: ");
               dataString += String(bme.readHumidity());
               dataString += (" Tlak v hPa.: ");
               dataString += String(bme.readPressure() / 100.0F);
  // v případě, že je soubor bez problémů vytvořen (pokud neexistuje),
  // nebo otevřen (pokud existuje), zapiš do něj dataString a ukonči zápis
  if (zapisDat) {
    zapisDat.println(dataString);
    zapisDat.close();
    Serial.println(" Zapis na kartu uspesny. ");
    Serial.println();
  }
    // v případě chyby při otevírání souboru vypiš chybu
    else {
          Serial.println(" Chyba pri otevreni souboru mereni.txt ! ");
          Serial.println();
     }
delay(2000);
}

Z těchto dat uložených na kartě v dokumentu mereni.txt lze pak v Excelu sestavit třeba pěkný graf o teplotě, tlaku, nadmořské výšce apod. Prostě co se komu hodí. Program vypisuje tyto hodnoty: Zeměpisná délka, šířka na šest desetiných míst,  Počet satelitů, Nadmořská výška, Rychlost v Km/h, Datum a čas, Teplotu, Vlhkost vzduch a Tlak v Hektopascalech. Pouze na začátku meření je vypsáno několik řádků nul, než dojde k inicializaci GPS modulu, ale teploměr již data ukládá.

V budoucnu se pokusím tento logger připojit k GSM modulu, aby mi i naměřená data posílal třeba v SMS zprávě.

Ukázka ukládaných dat do souboru mereni.txt (u GPS souřadnic je záměrně jedna číslice nahrazena hvězdičkou):

::Dostupne GPS udaje::Zemepisna sirka: 0.000000 delka: 0.000000 Pocet satelitu: 0 Nadmorska vyska m.n.n: 0.00 Rychlost v km/h: 0.00Datum a cas: żńUÖ|ŻŇcô_[×vOýÚ׸ř/źÍ{˛Óű¬©×Úä	::Dostupne meteorologicke udaje::Teplota °C: 23.55Relativni vlhkost %: 62.55Tlak hPa.: 956.46
::Dostupne GPS udaje::Zemepisna sirka: 0.000000 delka: 0.000000 Pocet satelitu: 0 Nadmorska vyska m.n.n: 0.00 Rychlost v km/h: 0.00Datum a cas: żńUÖ|ŻŇcô_[×vOýÚ׸ř/źÍ{˛Óű¬©×Úä	::Dostupne meteorologicke udaje::Teplota °C: 23.88Relativni vlhkost %: 62.05Tlak hPa.: 956.46
::Dostupne GPS udaje::Zemepisna sirka: 0.000000 delka: 0.000000 Pocet satelitu: 0 Nadmorska vyska m.n.n: 0.00 Rychlost v km/h: 0.00Datum a cas: żńUÖ|ŻŇcô_[×vOýÚ׸ř/źÍ{˛Óű¬©×Úä	::Dostupne meteorologicke udaje::Teplota °C: 23.91Relativni vlhkost %: 61.64Tlak hPa.: 956.42
::Dostupne GPS udaje::Zemepisna sirka: 0.000000 delka: 0.000000 Pocet satelitu: 0 Nadmorska vyska m.n.n: 0.00 Rychlost v km/h: 0.00Datum a cas: żńUÖ|ŻŇcô_[×vOýÚ׸ř/źÍ{˛Óű¬©×Úä	::Dostupne meteorologicke udaje::Teplota °C: 23.94Relativni vlhkost %: 61.29Tlak hPa.: 956.48
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 0.000000 delka: 0.000000 Pocet satelitu: 0 Nadmorska vyska m.n.n: 0.00 Rychlost v km/h: 0.00 Datum a cas: 
 ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 24.01 Relativni vlhkost %: 60.44 Tlak hPa.: 956.47
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 0.000000 delka: 0.000000 Pocet satelitu: 0 Nadmorska vyska m.n.n: 0.00 Rychlost v km/h: 0.00 Datum a cas: 
 ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 24.03 Relativni vlhkost %: 60.32 Tlak hPa.: 956.44
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 0.000000 delka: 0.000000 Pocet satelitu: 0 Nadmorska vyska m.n.n: 0.00 Rychlost v km/h: 0.00 Datum a cas: 
 ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 24.04 Relativni vlhkost %: 60.21 Tlak hPa.: 956.46
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 0.000000 delka: 0.000000 Pocet satelitu: 0 Nadmorska vyska m.n.n: 0.00 Rychlost v km/h: 0.00 Datum a cas: żđUÖüŻŇkô[×VOýZǸ¸/źÍ{˛Óű®©×Ú1
’ ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 13.70 Relativni vlhkost %: 32.39 Tlak hPa.: 956.42
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 0.000000 delka: 0.000000 Pocet satelitu: 0 Nadmorska vyska m.n.n: 0.00 Rychlost v km/h: 0.00 Datum a cas: żđUÖüŻŇkô[×VOýZǸ¸/źÍ{˛Óű®©×Ú1
’ ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 13.34 Relativni vlhkost %: 32.44 Tlak hPa.: 956.44
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 49.1*2778 delka: 14.997972 Pocet satelitu: 5 Nadmorska vyska m.n.n: 505.90 Rychlost v km/h: 0.11 Datum a cas: 02/20/2018 17:06:46 ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 12.92 Relativni vlhkost %: 33.99 Tlak hPa.: 956.48
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 49.1*2793 delka: 14.998005 Pocet satelitu: 5 Nadmorska vyska m.n.n: 505.30 Rychlost v km/h: 3.15 Datum a cas: 02/20/2018 17:06:49 ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 12.39 Relativni vlhkost %: 34.32 Tlak hPa.: 956.47
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 49.1*2801 delka: 14.998020 Pocet satelitu: 5 Nadmorska vyska m.n.n: 504.50 Rychlost v km/h: 0.31 Datum a cas: 02/20/2018 17:06:53 ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 12.00 Relativni vlhkost %: 34.44 Tlak hPa.: 956.47
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 49.1*2801 delka: 14.998027 Pocet satelitu: 5 Nadmorska vyska m.n.n: 503.80 Rychlost v km/h: 0.30 Datum a cas: 02/20/2018 17:06:56 ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 11.70 Relativni vlhkost %: 34.71 Tlak hPa.: 956.51
::Dostupne GPS udaje:: Zemepisna sirka: 49.1*2801 delka: 14.998038 Pocet satelitu: 5 Nadmorska vyska m.n.n: 503.60 Rychlost v km/h: 0.06 Datum a cas: 02/20/2018 17:06:59 ::Dostupne meteorologicke udaje:: Teplota stupne C: 11.35 Relativni vlhkost %: 35.58 Tlak hPa.: 956.48