Arduino and Neo-6M For GPS Navigation

Hoy en día no se puede imaginar el mundo sin el GPS. 

Millones de personas utilizan a diario el GPS para desplazarse de un lugar a otro. 

El GPS también desempeña un papel vital en las aplicaciones de defensa y espaciales. Los satélites de órbita terrestre baja (LEO) utilizados para la comunicación con los medios de comunicación y la previsión meteorológica dependen del GPS para su funcionamiento. 

El GPS también es útil para localizar paquetes, mascotas, niños e incluso excursionistas perdidos.

Este tutorial construirá un proyecto de módulo GPS Arduino utilizando el módulo Neo-6M de u-Blox. 

Le he proporcionado una guía completa paso a paso, diagramas de conexión y código de ejemplo de Arduino para construir un proyecto en el que también puede seguir la posición y la velocidad de cualquier objeto. 

Al final del artículo, encontrarás una recopilación de las preguntas más frecuentes sobre los módulos GPS con sus respuestas.

Comencemos.

Componentes necesarios para construir el proyecto GPS Arduino Neo-6M

Componentes de hardware

• Arduino Uno Rev3 x 1
• GY-NEO6MV2 Módulo controlador de vuelo GPS NEO-6M x 1

• Alambre Dupont x 1 juego
• Cable USB Arduino (para alimentar Arduino y programar) x 1

Software

• Arduino IDE

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Fundamentos del módulo GPS Neo-6M

En esta sección, veremos los detalles del pinout, las características y algunas herramientas útiles para completar los proyectos de GPS.

Veamos las características del módulo GPS Neo-6M.

¿Cuáles son las características del módulo GPS Neo-6M?

El módulo GPS Neo-6M es una variante de los receptores GPS suministrados por u-Blox. El receptor Neo-6M tiene las siguientes características.

• Funciona de 2,7 V a 3,6 V
• Ofrece varias opciones de interfaz serie (SPI, UART, USB, etc.)
• Admite la función RTC con cristal RTC incorporado
• Admite la función de activación externa
• Calificación AEC-Q100 
• Admite 50 canales
• Soporta GPS en la banda L1
• El tiempo para la primera fijación es de unos 27 segundos (arranque en frío)
• La mejor sensibilidad del sector, -161 dBm
• Admite una frecuencia de actualización de la posición de 5 Hz (5 veces por segundo)
• Precisión
  1. Posición horizontal - 2,5 m
  2. Velocidad - 0,1 m/s

-> Lea nuestra guía sobre lo que puede construir con Adruino.

Diagrama de bloques del módulo GPS

Puede encontrar un filtro SAW (un componente crítico en el enlace de RF para los receptores GPS), un frontal de RF con LNA (amplificador de bajo ruido) integrado y un procesador de banda base para procesar las señales.

Aquí está el pinout del chip Neo-6.

Puede encontrar los detalles de los pines del Neo-6M IC aquí. 

No	Módulo	Nombre	E/S	Descripción
1	Todo	Reservado	I	Reservado
2	Todo	SS_N	I	Selección de esclavo SPI
3	Todo	TIMEPULSE	O	Pulso de tiempo (1PPS)
4	Todo	EXTINT0	I	Pin de Interrupción Externa
5	Todo	USB_DM	E/S	Datos USB
6	Todo	USB_DP	E/S	Datos USB
7	Todo	VDDUSB	I	Suministro USB
8	Todo	Reservado		Véase el manual de integración del hardware Los pines 8 y 9 deben estar conectados.
9	Todo	VCC_RF	O	Tensión de salida Sección RF Las clavijas 8 y 9 deben estar conectadas entre sí.
10	Todo	GND	I	Tierra
11	Todo	RF_IN	I	Entrada de señal GPS
12	Todo	GND	I	Tierra
13	Todo	GND	I	Tierra
14	Todo	MOSI/CFG_COM0	O/I	SPI MOSI / Pin de configuración. Dejar abierto si no se utiliza.
15	Todo	MISO/CFG_COM1	I	SPI MISO / Pin de configuración. Dejar abierto si no se utiliza.
16	Todo	CFG_GPS0/SCK	I	Pin de configuración del modo de alimentación / Reloj SPI. Dejar abierto si no se utiliza.
17	Todo	Reservado	I	Reservado
18	Todo	SDA2	E/S	Datos DDC
19	Todo	SCL2	E/S	Reloj DDC
20	Todo	TxD1	O	Puerto serie 1
21	Todo	RxD1	I	Puerto serie 1
No	Módulo	Nombre	E/S	Descripción
22	Todo	V_BCKP	I	Suministro de tensión de reserva
23	Todo	VCC	I	Tensión de alimentación

Estamos utilizando el módulo que viene con el chip ya montado.

Veamos de cerca el módulo, las partes críticas y los detalles del conector de la placa GPS Neo-6M.

El conector del host tiene cuatro pines. Aquí están los detalles de los cuatro pines. Necesitarás estos pines para completar la conexión con el Arduino.

Pin	Etiqueta	Función
1	VCC	Pin de alimentación de entrada. Conecta 5 V de Arduino al pin VCC
2	RX	Pin UART Rx del módulo GPS. Conectar al pin Tx del Arduino
3	TX	Pin UART Tx del módulo GPS. Conectar al pin Rx del Arduino
4	GND	Conexión a tierra

Buenos recursos para entender el GPS y el formato NEMA

• Acerca de NEMA - https://www.gpsworld.com/what-exactly-is-gps-nmea-data/
• Principio de funcionamiento básico del GPS - https://trakkitgps.com/how-gps-works/

En la siguiente sección, conectaremos el Arduino UNO al módulo GPS.

Instrucciones paso a paso para conectar el Neo-6M con Arduino UNO

En esta sección, construiremos un proyecto utilizando Arduino UNO y el módulo receptor GPS de u-Blox.

Las conexiones son fáciles de realizar y llevan mucho menos tiempo.

Empecemos con las conexiones de hardware.

¿Cómo conectar el módulo GPS Neo6M al Arduino UNO?

A continuación se muestra la guía de conexión paso a paso para completar el Arduino y el módulo GPS Neo-6M u-Blox, y a continuación he proporcionado un código de ejemplo para que lo utilices también.

En este proyecto, interconectarás el módulo GPS Neo-6M a través del puerto serie con el Arduino UNO.

Paso 1: Empezar con las conexiones GND

Puedes elegir cualquier pin GND del Arduino para completar las conexiones GND.

Es una buena práctica conectar primero los pines GND. 

Paso 2: Conectar el pin UART Tx

Conecta el pin de transmisión UART (Tx) del módulo GPS al pin 5 del Arduino UNO.

Puedes elegir cualquier pin del Arduino utilizando el software de serie.

Por favor, actualiza el sketch de Arduino para reflejar los mismos pines en ambos códigos y las conexiones. 

Paso 3: Conectar el pin Rx de la UART.

Conecta el pin de recepción UART del módulo GPS (Rx) al pin 4 del Arduino UNO. Puedes elegir cualquier pin del Arduino utilizando el software de serie.

Por favor, actualiza el sketch de Arduino para reflejar los mismos pines en ambos códigos y las conexiones. 

Paso 4: Conecte la clavija de alimentación.

Conecta el VCC del módulo GPS al pin de 5 V del Arduino UNO. Esto completa la conexión necesaria.

Paso 5: La conexión completa

¡Enhorabuena! Has completado todas las conexiones esenciales necesarias para el proyecto de Arduino y el módulo GPS Neo-6M. 

En la siguiente sección, programaremos el Arduino UNO con el sketch necesario para comunicarse con el módulo Neo-6M.

Ejemplo de código Arduino para el módulo GPS Neo-6M

En esta sección encontrarás el sketch de Arduino que necesita el Arduino para comunicarse 

Con el módulo GPS Neo-6M. 

Vamos a utilizar la biblioteca TinyGPSPlus para el proyecto. Para instalar el módulo TinyGPSPlus, siga las siguientes instrucciones. 

1. Abra el IDE de Arduino

2. Haga clic en Herramientas y seleccione Gestionar Bibliotecas.

3. Introduzca TinyGPSPlus en la barra de búsqueda y pulse Enter

Una vez que encuentre la biblioteca TinyGPSPlus, haga clic en el botón Instalar para instalar la biblioteca en su PC.

Ahora está listo para cargar el código de ejemplo de abajo y probar las conexiones.

El código completo de Arduino para el módulo GPS Neo-6M

//Source: https://www.electronicwings.com/arduino/gps-module-interfacing-with-arduino-uno
 
 
#include "TinyGPS++.h"
#include "SoftwareSerial.h"

/* Create object named bt of the class SoftwareSerial */
SoftwareSerial GPS_SoftSerial(5, 4);/* (Rx, Tx) */
/* Create an object named gps of the class TinyGPSPlus */
TinyGPSPlus gps;
 
volatile float minutes, seconds;
volatile int degree, secs, mins;
 
void setup() {
  Serial.begin(9600); /* Define baud rate for serial communication */
  GPS_SoftSerial.begin(9600); /* Define baud rate for software serial communication */
}
 
void loop() {
  smartDelay(1000); /* Generate precise delay of 1ms */
  unsigned long start;
  double lat_val, lng_val, alt_m_val;
  uint8_t hr_val, min_val, sec_val;
  bool loc_valid, alt_valid, time_valid;
  lat_val = gps.location.lat(); /* Get latitude data */
  loc_valid = gps.location.isValid(); /* Check if valid location data is available */
  lng_val = gps.location.lng(); /* Get longtitude data */
  alt_m_val = gps.altitude.meters();  /* Get altitude data in meters */
  alt_valid = gps.altitude.isValid(); /* Check if valid altitude data is available */
  hr_val = gps.time.hour(); /* Get hour */
  min_val = gps.time.minute();  /* Get minutes */
  sec_val = gps.time.second();  /* Get seconds */
  time_valid = gps.time.isValid();  /* Check if valid time data is available */
  if (!loc_valid)
  {
    Serial.print("Latitude : ");
    Serial.println("*****");
    Serial.print("Longitude : ");
    Serial.println("*****");
  }
  else
  {
    DegMinSec(lat_val);
    Serial.print("Latitude in Decimal Degrees : ");
    Serial.println(lat_val, 6);
    Serial.print("Latitude in Degrees Minutes Seconds : ");
    Serial.print(degree);
    Serial.print("\t");
    Serial.print(mins);
    Serial.print("\t");
    Serial.println(secs);
    DegMinSec(lng_val); /* Convert the decimal degree value into degrees minutes seconds form */
    Serial.print("Longitude in Decimal Degrees : ");
    Serial.println(lng_val, 6);
    Serial.print("Longitude in Degrees Minutes Seconds : ");
    Serial.print(degree);
    Serial.print("\t");
    Serial.print(mins);
    Serial.print("\t");
    Serial.println(secs);
  }
  if (!alt_valid)
  {
    Serial.print("Altitude : ");
    Serial.println("*****");
  }
  else
  {
    Serial.print("Altitude : ");
    Serial.println(alt_m_val, 6);
  }
  if (!time_valid)
  {
    Serial.print("Time : ");
    Serial.println("*****");
  }
  else
  {
    char time_string[32];
    sprintf(time_string, "Time : %02d/%02d/%02d \n", hr_val, min_val, sec_val);
    Serial.print(time_string);
  }
}
 
static void smartDelay(unsigned long ms)
{
  unsigned long start = millis();
  do
  {
    while (GPS_SoftSerial.available())  /* Encode data read from GPS while data is available on serial port */
      gps.encode(GPS_SoftSerial.read());
    /* Encode basically is used to parse the string received by the GPS and to store it in a buffer so that information can be extracted from it */
  } while (millis() - start < ms);
}
 
void DegMinSec( double tot_val)   /* Convert data in decimal degrees into degrees minutes seconds form */
{
  degree = (int)tot_val;
  minutes = tot_val - degree;
  seconds = 60 * minutes;
  minutes = (int)seconds;
  mins = (int)minutes;
  seconds = seconds - minutes;
  seconds = 60 * seconds;
  secs = (int)seconds;
}

Las líneas siguientes establecen los pines serie del software.

Si tienes que conectar los pines de la UART a otros pines del Arduino UNO, por favor cambia la línea de abajo en consecuencia.

En nuestro ejemplo, hemos utilizado los pines 5 y 4 para la comunicación UART.

/* Crear un objeto llamado bt de la clase SoftwareSerial */
SoftwareSerial GPS_SoftSerial(5, 4);/* (Rx, Tx) */

Si las conexiones y la programación fueron exitosas, encontrará parámetros GPS en el terminal serial, como latitud, longitud y hora. 

Es posible que no recibas los datos pronto si trabajas en interiores. Le sugiero que se acerque a una ventana donde pueda ver el cielo abierto. 

Empezarás a ver la información de localización poco después de tener la posición bloqueada por el módulo GPS. 

En la siguiente sección, encontrarás respuestas a una serie de preguntas sobre el módulo GPS y Arduino.

Preguntas frecuentes sobre el módulo GPS Neo-6M y los proyectos Arduino

He incluido una lista de las preguntas más frecuentes sobre los proyectos realizados con Arduino y los módulos GPS Neo-6M de u-Blox.

Si tiene más preguntas, por favor publíquelas en la sección de comentarios.

Estaré encantado de responderles. 

1. ¿Cómo conecto mi Neo 6M a mi Arduino?

El Neo-6M es un módulo GPS que puede rastrear hasta 22 satélites a la vista. El módulo consume una potencia típica de unos 25 mA mientras proporciona la mejor sensibilidad para adquirir y rastrear señales GPS. 

El módulo Neo-6M puede comunicarse con Arduino a través de UART.

Puedes utilizar un puerto serie dedicado o crear un puerto serie por software para que Neo 6M y Arduino se comuniquen entre sí. 

2. ¿Cómo funciona el GPS neo 6M?

El módulo GPS Ne0-6M rastrea los satélites GPS en la banda L1. El receptor GPS puede rastrear hasta 50 canales.

Las señales recibidas de los satélites GPS se procesan y los datos extraídos son datos de efemérides y datos de almanaque.

Estos datos se utilizan para saber la hora y la distancia a la que se encuentra un determinado satélite. 

Una vez que tenga al menos tres satélites a la vista, el módulo hará una triangulación y encontrará la posición del propio módulo.

3. ¿Qué precisión tiene el GPS de Arduino?

La precisión de los módulos GPS depende de muchos factores. Por ejemplo, un primer vehículo en movimiento en una zona suburbana necesita una posición más rápida que una precisión de centímetros. 

La precisión es fundamental cuando se realizan trabajos específicos con robots en logística.

La precisión del Neo-6M también depende del número de satélites que rastrea.

La precisión horizontal es de 2,5 m, y la precisión de la velocidad es de 0,1 m/s. 

4. ¿Es preciso el GPS del Neo-6M?

Los módulos Neo-6 de u-Blox son precisos. Las especificaciones de la hoja de datos son una de las mejores del sector.

La precisión relacionada con la velocidad, la posición y el tiempo es la siguiente.

5. ¿Cómo puedo añadir la biblioteca TinyGPS a Arduino?

La biblioteca TinyGPS es una herramienta versátil para analizar los mensajes NMEA de los módulos GPS. 

Para instalar la biblioteca TinyGPS en su PC, siga los siguientes pasos.

1. Abra el IDE de Arduino. Haz clic en Herramientas. Seleccione la opción Gestionar Bibliotecas. 
2. Ahora se encuentra en la ventana de opciones de la biblioteca
3. Escribe "tinyGPS" en la barra de búsqueda y pulsa 'Enter'
4. Seleccione la biblioteca TinyGPS de los resultados
5. Haga clic en el botón Instalar .

La librería ya está lista para ser utilizada en tus futuros proyectos de GPS en Arduino.

Conclusión

En este artículo, hemos cubierto los fundamentos del uso del GPS con Arduino. 

Hemos examinado las principales características del módulo receptor GPS Neo-6M de u-Blox, y también hemos tratado algunas terminologías y herramientas que ayudan a procesar los datos GPS.

Tengo una buena experiencia trabajando con receptores GPS para vehículos comerciales y aplicaciones espaciales (satélites, misiles, etc.).

Estaré encantada de responder a sus preguntas si quiere saber más. 

Si tienes alguna opinión para mejorar el artículo, compártela en la sección de comentarios.

Su valiosa aportación me ayuda a mejorar la calidad del artículo y a aportar más contenido útil en el futuro. 

Por favor, recuerda compartir el artículo sobre el GPS Neo-6M con tus compañeros entusiastas de Arduino.