GPS à économie d'énergie avec affichage E-Ink : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Chaque été, je fais de la randonnée dans des endroits reculés. Parfois, lorsque le sentier est faible ou même disparaît, je dois utiliser le GPS de mon téléphone pour obtenir mes coordonnées puis vérifier ma position sur une carte papier (je n'ai souvent pas de signal donc les cartes papier sont obligatoires). Afin d'économiser la batterie de mon téléphone, j'ai décidé de construire un appareil GPS à faible consommation basé sur Arduino et utilisant un écran E-Ink. Un écran E-Ink n'a besoin que d'énergie pour actualiser l'écran, il est donc bien adapté aux appareils économiseurs d'énergie.

Quel est le principe de ce GPS ?

Vous allumez le GPS en appuyant sur un bouton poussoir, l'écran actualise votre position, votre altitude et le nombre de satellites utilisés pour calculer votre position, puis s'éteint automatiquement pour économiser la batterie. Grâce à l'affichage E-Ink, votre position reste à l'écran même une fois le GPS éteint. Vous pouvez modifier le système de coordonnées utilisé par le GPS (longitude/latitude en degrés décimaux, système UTM et ses variantes…) à l'aide de boutons poussoirs, afin de pouvoir l'utiliser avec des cartes de nombreux pays différents.

J'ai appris tellement de choses au cours de ce petit projet et j'espère que vous vous amuserez autant que moi à le faire !

Clause de non-responsabilité:

Je suis assez confiant dans cette construction pour que je l'utilise lors de mes prochaines randonnées, cependant j'aurai toujours mon téléphone comme GPS de secours. Si vous n'êtes pas sûr de ce que vous faites, je vous conseille d'acheter un GPS commercial au lieu d'en construire un vous-même. Je vous encourage à vérifier le circuit et le code par vous-même et je ne peux être tenu responsable si le GPS que vous avez construit selon cette instructable vous échoue

Autre chose: ce GPS ne fonctionnera pas en Norvège et au Svalbard en mode UTM. En effet, la grille UTM n'est pas conçue de la même manière à ces endroits par rapport au reste du monde et je n'ai pas pu inclure cette spécificité dans l'arduino en raison de contraintes de mémoire…

Fournitures

- 1 x Arduino Nano

- 1 module GPS Ublox-6m

- 1 x écran E-Ink avec son module. J'ai utilisé celui-ci:

www.amazon.fr/gp/product/B072Q4WTWH/ref=pp…

- 1 batterie Li-Ion 18650 (environ 2000 mAh devraient suffire)

- 1 support de batterie 18650

- 1 x module de charge et protection pour batteries Li-Ion basé sur un TP4056 comme celui-ci:

www.amazon.fr/gp/product/B0798M12N8/ref=pp…

- 1 x interrupteur à deux positions (le type ON/OFF)

- 3 x petits boutons poussoirs

- 1 résistance de 1 MΩ

- 1 x mosfet à canal N à usage général (j'en ai récupéré un à partir d'une unité d'alimentation d'ordinateur)

- 1 x Stripboard

- Fils

- 1 x Breadboard pour le prototypage

Étape 1: Prototypage du GPS

Tout d'abord, vous devez assembler l'appareil sur une maquette pour tester les composants et le code arduino.

Alimentation du GPS

Pour alimenter l'appareil, j'ai utilisé une batterie Li-Ion 18650 de 2000 mAh. Ce type de batterie a besoin, tout comme les batteries Li-Po, d'être chargées et déchargées de manière contrôlée. Charger votre batterie dans le mauvais sens pourrait prendre feu ou même exploser comme un Li-Po ! Pour pouvoir le charger à l'aide d'un chargeur de téléphone classique, vous devez utiliser un module basé sur le TP4056.

Dans cette première étape, il vous suffit de souder le fil positif (rouge) du support de batterie à B+ sur le module et le fil négatif (noir) du support de batterie à B-. Ensuite, vous devez souder les fils à OUT+ et OUT- sur le module, ils se connecteront plus tard à l'appareil.

IMPORTANT: Une fois l'appareil terminé, nous devrons brancher l'arduino à l'ordinateur, ce faisant, il est VRAIMENT IMPORTANT DE RETIRER LA BATTERIE DE L'APPAREIL, sinon il y a un risque que l'arduino commence à charger la batterie dans un manière incorrecte et il y a, encore une fois, un risque qu'il prenne feu.

Câblage des choses sur la planche à pain

L'étape suivante peut être un peu délicate: vous devez tout câbler sur la maquette pour qu'il corresponde au schéma ci-dessus.

Un petit conseil: profitez au maximum de l'espace disponible sur votre breadboard, et… prenez votre temps;)

Étape 2: Télécharger le code

Il est maintenant temps de télécharger le code sur l'arduino !

Assurez-vous d'abord que la batterie est retirée du support de batterie, puis branchez l'arduino sur l'ordinateur, téléchargez le code arduino joint et débranchez l'arduino. Vous pouvez enfin mettre la batterie dans l'appareil.

Si vous avez des questions sur le code, n'hésitez pas à les poser dans la section commentaire ci-dessous !:)

Étape 3: Faites-le fonctionner

Maintenant laissez-moi vous expliquer comment fonctionne réellement ce GPS:

Lorsque vous appuyez sur le bouton qui relie la masse et les broches +5V de l'arduino pendant environ 3 secondes, le GPS démarre.

Le GPS peut démarrer dans deux modes différents: le mode de configuration et le mode GPS proprement dit. Pour choisir le mode dans lequel vous démarrez, vous devez changer la position du commutateur à deux positions connecté entre A0 et la masse.

Mode de configuration: Dans ce mode, vous pouvez choisir si le GPS affiche votre position (latitude, longitude, altitude et nombre de satellites utilisés pour calculer votre position) en degrés décimaux ou si vous souhaitez qu'il affiche votre position (est, nord, altitude, zone et nombre de satellites utilisés pour calculer votre position) projetée sur la grille UTM (ou toute variante de celle-ci comme nous le verrons plus tard). Pour basculer entre les modes Est/Nord et Latitude/Longitude il suffit d'appuyer sur le bouton poussoir reliant A1 au sol jusqu'à ce que l'afficheur indique « MODE: E/N » (pour Est/Nord) ou « MODE: L/L » (pour Latitude /Longitude).

Si vous voulez vos coordonnées en degrés décimaux, sélectionnez le mode "L/L", puis remettez le commutateur à deux positions en mode GPS. Vos paramètres sont maintenant enregistrés dans la mémoire de l'arduino et l'appareil va maintenant se synchroniser avec les satellites et afficher votre position, l'altitude et le nombre de satellites utilisés pour calculer votre position. Attention: il faut être dehors ou près d'une fenêtre pour permettre au GPS d'entendre les satellites ! L'appareil s'éteint alors automatiquement pour économiser la batterie.

Pour trouver votre position sur une carte, vous devrez probablement utiliser vos coordonnées en termes d'abscisse et d'ordonnée. Ce système est en fait une projection de vos coordonnées GPS sur une grille. La plupart du temps la carte sera graduée dans le système UTM, mais certains pays utilisent une variante de ce système donc vous devez définir un autre paramètre afin de choisir entre le système UTM et la variante de votre carte.

Pour trouver le système de votre carte, vous devez souvent vérifier de minuscules écritures dans un coin de celle-ci. Si votre carte est en système UTM alors le paramétrage du GPS est simple: il suffit d'appuyer sur le bouton poussoir reliant A2 au sol pour que l'écran affiche "ZONE: AUTO".

Dans de nombreux pays, les cartes sont dans une variante locale du système UTM: par exemple, en Suède, les cartes sont souvent dans le système SWEREF 99 TM. Ce système utilise la même projection que le système UTM dans la zone 33 mais étendu à tout le pays ! Cela signifie que si vous utilisez une carte dans SWEREF 99 TM vous devrez fixer la zone du GPS à 33 manuellement. Pour cela appuyer sur le bouton poussoir reliant A2 à la terre jusqu'à ce que l'afficheur indique « ZONE: AUTO » puis appuyer sur le bouton poussoir reliant A1 à la terre jusqu'à ce que l'afficheur indique « ZONE: 33 ». De même, en Finlande, la plupart des cartes utilisent le système ETRS-TM35 qui est le système UTM dans la zone 35 étendu à l'ensemble du pays (vous devrez donc sélectionner ici "ZONE: 35"). De nombreux pays ont ce type de variantes du système UTM.

Une fois que vous avez correctement paramétré le GPS, remettez simplement le commutateur à deux positions en mode GPS, vos paramètres sont maintenant enregistrés et l'appareil va maintenant se synchroniser avec les satellites, afficher votre position et s'éteindre.

Mode GPS:

L'appareil démarrera et affichera directement vos positions en fonction des paramètres stockés dans sa mémoire. Une fois la position imprimée, l'appareil s'éteindra directement pour économiser la batterie.

Étape 4: souder les composants sur une carte à bande et assembler l'appareil

Maintenant que tout fonctionne, soudez les composants sur le stripboard selon le schéma. Vous pouvez commencer par la façon dont vous avez organisé les composants sur le stripboad comme point de départ pour la conception du stripboard. N'hésitez pas à gratter le cuivre de quelques rayures afin de faire un circuit plus compact.

Important: N'oubliez pas de retirer le cuivre en travers des broches de l'arduino;)

Enfin, collez l'écran, le support de batterie et l'antenne du module GPS sur le stripboard avec de la colle chaude. Utilisez du ruban isolant si nécessaire pour éviter les courts-circuits.

Afin de compléter l'appareil vous avez maintenant deux possibilités: vous pouvez soit rechercher en ligne une boîte en plastique qui conviendrait à la dimension de votre GPS fini (vous devrez découper des trous pour l'écran, les boutons poussoirs, l'interrupteur et le micro entrée chargeur USB) ou vous pouvez imprimer en 3D un boîtier en plastique qui conviendra parfaitement à votre construction.