google-site-verification: google3bd66dd162ef54c7.html
FC2ブログ

GPS(GNSS)モジュール u-blox M8N で正確な時刻信号を作る(セットアップ編)

◆まえがき
最近の GPSレシーバーの性能はすごく良くなっているらしいので、Aliexpress からモジュールを買ってみました。なお、以下の記事ではGPSではなく GNSS と呼ぶことにします。

▼u-blox m8n 搭載モジュール GG-1802
GG-1802
値段は送料込みで$7.38です。 Aliexpress の商品のページはこちら

GNSS モジュールはいろいろな物が売られていて、どれを買えばいいのか良いか良く判りません。とりあえず今が一番旬のような雰囲気がして、購入数が多い物(とセラー)を選びました。

u-blox 社の製品名の命名ルールがよく判っていないのですが、下位の階層から書くと、ジェネレーションは m8n、チップパッケージは M8030-KTで、基板モジュール名は GG-1802という感じではないかと思います。なお基板モジュール名はTOPGNSS社の製品名だと思います。

ちなみにジェネレーションが 6 の世代だと2ドルくらいの安値で売られています。それって昔はトラ技のGPS特集でメインに解説されていて、aitendo でも2000円以上の値段が付いていたので今昔の感があります。なお、テクノロジが 8 でも単なる 8 と m8 は違うようなのですが、そのあたりがどう違うのかよく判らないです。あと現在の最新版は9です。

ともかくドローンンの普及に合わせ、高性能化、小型化、廉価化が急速に進んでいるようです。

▼GNSS モジュール到着
u-blox m8n 搭載GNSSモジュール
本物かどうか判らないですが、ともかく届きました。

▼ケースに入れた
使い易いように配線
モジュールのままでは使い難いので、USBシリアルインターフェイスを付けて、電波の反射板と一緒に小さなケースに入れました。

▼インターフェイス
u8mモジュールにシリアルアダプタを接続
右側から来ている線がGNSS モジュールからの配線です。ピンソケットを経由してシリアルインターフェイスと、1PPS信号取り出し用のBNCコネクタに振り分けました。なお、1PPS信号はポートの保護のために 1kΩの抵抗を通して引き出しました。

▼最終的な状態
同軸ケーブルを用意して準備完了
GNSS モジュールは窓際、あるいは屋外に置かないといけません。一方で 1PPPS 信号は離れた場所で使うので、両者を接続するケーブルが必要になります。そこで、2m の BNCケーブル3本をアダプタで継ぎ足し、全長6mのケーブルにして 1PPS の信号を送るようにしました。そんなことで、モジュール自体はとても小さいのですが、使う時にはかなりの量のケーブルが必要になりました。

このモジュールは u-blox 社から提供されている u-center というソフトで動作確認や設定が出来ます。実際に GNSS を受信している様子が下の画面です。

▼u-center で動作確認 (図をクリックで別窓に拡大)
u-centerの画面
全天の半分しか見通せない状態(左上のSky view参照)なのですが、衛星を20個以上捕捉出来ています。EU のガリレオ、アメリカの GPS,、日本のみちびき (QZSS)、ロシアの GLONASS を同時受信出来ていてなかなか壮観です。

ちなみに設定を変えれば中国の北斗(beiDou)の受信も出来ますが、その場合はどれか(GLONASS?)の受信が出来なくなります。

ところで、こんなにたくさんのGNSS衛星が受信できるなら、日本のみちびきは無くても大丈夫な気がしてきます。位置の決定には受信ソフトが最適な位置関係にある衛星の組み合わせを自動的に選択するのですが、その様子を見ていると、みちびきが天頂付近にあっても選択されないことが結構あります。まあ無いよりはあった方が良いのは間違いありません。

あと、みちびきに関していろんな情報が公開されていますが、これを受信すれば数センチの測位精度がすぐにも得られるような書き方になっている資料がいっぱいあって、なんだかなーと思います。

◆GNSSモジュールの設定
このモジュールは買ったままの状態で u-center に接続すればすぐに GNSS の受信が出来ました。ただ、より多くの衛星を受信するためには設定の修正が必要です。

ということで修正のポイントを以下に書いておきます。なお、うろ覚えで書いた部分もあるので適宜修正していきます。あと、設定後はその内容を Send ボタンで書き込みます。また、次回起動時に有効にするためには、内部のフラッシュ?に書き込む操作が別途必要です。

1.シリアルのボーレート
View - Configration View (Ctrl + F9) - PRT の Baudrate の選定(プルダウン)を115200にする。

2.受信する衛星の種類
View - ConfigrationViwe (Ctrl + F9) - GNSSを選択
受信メッセージの選択
私の設定は上記の通りです。出来ない組み合わせを選ぶと自動的にチェックが外れます。

3.受信メッセージの設定
View - ConfigrationViwe (Ctrl + F9) - MSGを選択
受信衛星の選択
これをやらないと、2項で選択しても受信されない衛星があります。
追記:Message は 01-30 NAV-SVINFO に設定(上図は間違っているかも?)
なお、この設定を行うと、TeraTermで受信データーを見ると文字化けする部分があります。バイナリーデーターが流れているのかも知れません。

4.パルス出力の設定
View - ConfigrationViwe (Ctrl + F9) - TP5を選択
Timepulse Settings から設定が可能。とりあえず以下の設定で使用しています。
TP5
アンロックの時は8Hz/50%の出力にしておくと、LEDが高速で点滅するので判り易いと思います。

ロックした時は1Hzで100msだけ消灯するようになります。なおコネクタに出ている信号はLEDが消灯している期間がHighレベルです。Rising Edge on TOS にチェックが入っているので、パルスの立ち上がりタイミングが秒の時刻の開始タイミングになるのだと思います。

なお、ここに高い周波数を設定することも可能なようで、100kHz くらいまではちゃんとパルスが出ていました。10MHz が出せると面白いのでそのうちやってみたいと思います。現在の状態ではケーブルの負荷が重く、さらに1KΩが入っているので、充分にドライブ出来ていない感じです。

◆まとめ
これで現在の(ほぼ)最新のGNSSレシーバーが動くようになりました。測位がとても早く、また 1PPS信号のジッタが 30ns とすごく小さくなっているのが嬉しい進歩です。

使い道はいろいろありますが、久しぶりにルビジウムオシレーターの確度確認でもやってみたいと思います。あとは、高精度RTCのDS3231の精度確認なども短時間に出来そうです。

そんなことでやりたいことはいっぱいあるのですが、おもちゃ病院で持ち帰ったものがいくつかあるので、そちらの処理が先です。

真空保存容器 (フォーサ) で高度計の動作確認

台所に面白そうなものがあったので遊んでみました。それは、フォーサ (FOSA) という名前で売られている食品用真空保存容器です。

▼フォーサと自作高度計
電動真空保存容器
いろいろなサイズの容器がセットになっているのですが、これは中間のサイズの容器です。左側の釣鐘型の物が乾電池で動く電動ポンプで、これで減圧して食品の貯蔵期間を延ばすというものです。

写真の手前に置いてある物は自作の高度計です。この組み合わせを見ると、これからやろうとしていることが想像出来るかと思いますが、高度計を使って容器内の真空度がどれくらいになっているのか確かめてみます。

▼容器内に高度計をセット
高度計を容器の中に入れる

▼減圧中
減圧中
フタを閉めてポンプを上に置き、ボタンを押すと自動的に設定圧力(真空度)まで減圧されてポンプが停止します。容器の蓋には逆止弁が付いているので、ポンプを取り外しても真空が維持出来るようになっています。

▼減圧完了
高度4500m
高度は 4553.4m、気圧は 562.29hPa でした。大雑把に言うと絶対圧で 0.56 気圧まで減圧されていました。ちなみにこの高度計は、マウナケアの山頂に持って行って、それっぽい標高が表示されるのを確認しています。

もっと減圧している(真空度が高い)と思っていたのですが、それほどでも無かったです。この程度の圧力でどれくらいの効果があるんでしょうね。まあ酸素分圧はおよそ半分になるので、酸化速度が半分にはなるのでしょう。

◆まとめ
これまで、気圧計や気圧高度計はいろいろ作ったのですが、その動作確認となるとうまい方法がありませんでした。せいぜい、天候変化による気圧変化を待つ、あるいは標高の高い所へ持って行くくらいしか確認の方法がありませんでした。そんなことで、こういう容器があると、減圧側の動作確認が簡単に出来るようになって便利です。

あと、容器自体のリークやポンプの到達真空度の確認も出来るので、双方にメリットがありそうです。

◆おまけ
フォーサには大きなサイズの容器もあるので、これを使うともう少し大きな物のテストが出来ます。圧力センサでモーターを停止させているようで、容器のサイズが変わっても到達圧力は変わりませんでした。

▼アナログ表示の高度計のテスト
アナログ高度計
高度4450mと出て、およそ合っている感じです。実は、この気圧計の針をここまで振らせたことはこれまで一度も無かったです。ただ、針を延々と回さないといけないので、かなりの時間が掛かりました。
この高度計のセンサーはLPS331で関連記事はこちら

▼iPhone の高度計のテスト
iPhone
高度計のアプリを走らせておいて減圧しているところです。なお、減圧速度が速くて液晶にダメージを与えそうな気がするので、ほどほど(2秒くらい)の減圧でやめておきました。なおフルに減圧しても、気圧の絶対値としては問題無いと思うのですが、急減圧なので、液晶パネルに大きな応力がかかりそうで心配です。

▼フォーサ (FOSA) の電池など
真空ポンプの内部
ついでに、ポンプの内部写真です。逆止弁らしき物が見えます。
カレンダー
07 | 2019/08 | 09
- - - - 1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31
プロフィール

ラジオペンチ

Author:ラジオペンチ
電子工作を中心としたブログです。たまに近所(東京都稲城市)の話題など。60過ぎて視力や器用さの衰えを感じつつ日々挑戦!
コメントを入れる時にメールアドレスの記入は不要です。なお、非公開コメントは受け付けていません。

記事が気に入ったらクリックを!
最新記事
カテゴリ
最新コメント
リンク
FC2カウンター
検索フォーム
月別アーカイブ
RSSリンクの表示
QRコード
QRコード