Registrador de Dados GPS Avançado: Rastreamento de Voo em Tempo Real, Monitoramento de Altitude e Velocidade Máximas

Componentes e Materiais

Ferramentas Necessárias

• Ferro de Solda (genérico)
• Solda Sem Chumbo
• Alicate Descascador e Cortador de Fios (18-10 AWG / 0.75-4mm²)

Sobre o Projeto

Introdução

Pratico aeromodelismo e gosto de saber a velocidade e altitude dos meus aviões. Infelizmente, registradores de dados GPS comerciais são muito caros.

Decidi construir meu próprio registrador de dados GPS baseado em Arduino por um custo inferior a 50€.

Meu primeiro protótipo utiliza um Arduino Uno R3 com uma tela ST7735 da Sainsmart (com slot para cartão SD integrado) e um módulo GPS NEO 6M V2.

No segundo projeto, pretendo usar um Arduino Nano com tela OLED SSD1306, o mesmo módulo GPS e um cartão micro SD. O peso total com caixa deve ser de cerca de 40 gramas, podendo ser facilmente integrado em uma aeronave de médio porte (dimensões: 50mm x 30mm x 22mm). Este será meu próximo projeto (estou aguardando os materiais).

Testes

Não é fácil filmar a tela do Arduino dentro de um carro, mas consegui e o resultado pode ser visto no vídeo.

O próximo teste será com o novo protótipo menor e mais leve em uma aeronave radiocontrolada. Continuará!

Código

Registrador de Dados GPS (sem SD)

#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_ST7735.h>
#define cs 10
#define dc 9
#define rst 8
#include <TinyGPS++.h>
#include <SoftwareSerial.h>

Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(cs, dc, rst);
static const int RXPin = 4, TXPin = 3;
static const uint32_t GPSBaud = 9600;
#define OLED_RESET 5

TinyGPSPlus gps;
SoftwareSerial ss(RXPin, TXPin);

int x = 80;
int xh = 80;
int maxhigh = 0;
int maxspeed = 0, speed1 = 0;
int high1 = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  ss.begin(GPSBaud);
  tft.initR(INITR_GREENTAB);
  tft.fillScreen(ST7735_BLACK);
  tft.setCursor(5, 58);
  tft.setTextSize(1);
  tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
  tft.print("inicializacao");
}

void loop() {
  tft.setTextSize(1);
  tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);

  while (ss.available() > 0) {
    gps.encode(ss.read());
    if (gps.location.isUpdated()) {
      desenhaMoldura();
      // Latitude
      tft.setCursor(5, 44);
      tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
      tft.print("Latitude: ");
      tft.setTextColor(ST7735_CYAN, ST7735_BLACK);
      tft.print(gps.location.lat(), 6);
      // Longitude
      tft.setCursor(5, 58);
      tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
      tft.print("Longitude: ");
      tft.setTextColor(ST7735_CYAN, ST7735_BLACK);
      tft.print(gps.location.lng(), 6);
      // Data
      tft.setCursor(5, 7);
      tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
      tft.print("data: ");
      tft.setTextColor(ST7735_CYAN, ST7735_BLACK);
      tft.print(gps.date.day()); tft.print(" ");
      tft.print(gps.date.month()); tft.print(" ");
      tft.print(gps.date.year());
      // Hora
      tft.setCursor(5, 20);
      tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
      tft.print("hora: ");
      tft.setTextColor(ST7735_CYAN, ST7735_BLACK);
      tft.print(gps.time.hour() + 1); tft.print(" ");
      tft.print(gps.time.minute()); tft.print(" ");
      tft.print(gps.time.second()); tft.print(" ");
      // Altitude atual
      tft.setCursor(5, 80);
      tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
      tft.print("H m: ");
      tft.setTextColor(ST7735_CYAN, ST7735_BLACK);
      tft.print(gps.altitude.meters(), 0); tft.print(" ");
      // Altitude máxima
      tft.setCursor(5, 95);
      tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
      atualizaAltitudeMaxima();
      tft.print("Hmax: ");
      tft.setTextColor(ST7735_CYAN, ST7735_BLACK);
      tft.print(maxhigh); tft.print(" ");
      desenhaGraficoAltitude();
      // Velocidade atual
      tft.setCursor(5, 115);
      tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
      tft.print("V act: ");
      tft.setTextColor(ST7735_CYAN, ST7735_BLACK);
      tft.print(gps.speed.kmph(), 0); tft.print(" ");
      // Velocidade máxima
      tft.setCursor(5, 130);
      tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
      atualizaVelocidadeMaxima();
      tft.print("vmax: ");
      tft.setTextColor(ST7735_CYAN, ST7735_BLACK);
      tft.print(maxspeed); tft.print(" ");
      desenhaGraficoVelocidade();
      // Satélites
      tft.setCursor(5, 147);
      tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
      tft.print("num Sat: ");
      tft.setTextColor(ST7735_CYAN, ST7735_BLACK);
      tft.print(gps.satellites.value()); tft.print(" ");
      // HDOP
      Serial.print("HDOP = "); Serial.println(gps.hdop.value());
      smartDelay(400);
    }
  }
}

static void smartDelay(unsigned long ms) {
  unsigned long start = millis();
  do {
    while (ss.available()) gps.encode(ss.read());
  } while (millis() - start < ms);
}

void desenhaMoldura() {
  // Desenha linhas da moldura na tela
  tft.drawLine(0, 0, 130, 0, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 1, 130, 1, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 158, 130, 158, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 142, 130, 142, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 141, 130, 141, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 107, 130, 107, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 108, 130, 108, ST7735_RED);
  tft.drawLine(80, 108, 80, 140, ST7735_RED);
  tft.drawLine(81, 109, 81, 140, ST7735_RED);
  tft.drawLine(80, 70, 80, 108, ST7735_RED);
  tft.drawLine(81, 70, 81, 108, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 159, 130, 159, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 0, 0, 156, ST7735_RED);
  tft.drawLine(1, 1, 1, 157, ST7735_RED);
  tft.drawLine(127, 0, 127, 156, ST7735_RED);
  tft.drawLine(126, 0, 126, 156, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 35, 130, 35, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 36, 130, 36, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 70, 130, 70, ST7735_RED);
  tft.drawLine(0, 71, 130, 71, ST7735_RED);
}

void desenhaGraficoVelocidade() {
  int novaValor = map(gps.speed.kmph(), 0, 150, 137, 110);
  x++;
  tft.drawPixel(x, novaValor, ST7735_CYAN);
  if (x > 123) {
    x = 80;
    tft.fillRect(82, 110, 43, 30, ST7735_BLACK);
  }
}

void desenhaGraficoAltitude() {
  int novaValorh = map(gps.altitude.meters(), 0, 1000, 104, 72);
  xh++;
  tft.drawPixel(xh, novaValorh, ST7735_CYAN);
  if (xh > 123) {
    xh = 80;
    tft.fillRect(82, 72, 43, 35, ST7735_BLACK);
  }
}

void atualizaVelocidadeMaxima() {
  speed1 = gps.speed.kmph();
  if (speed1 > maxspeed) maxspeed = speed1;
}

void atualizaAltitudeMaxima() {
  high1 = gps.altitude.meters();
  if (high1 > maxhigh) maxhigh = high1;
}

Registrador de Dados GPS com Salvamento em SD

#include <SPI.h>
#include <SD.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_ST7735.h>
#define cs 10
#define dc 9
#define rst 8
#include <TinyGPS++.h>
#include <SoftwareSerial.h>

Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(cs, dc, rst);
static const int RXPin = 4, TXPin = 3;
static const uint32_t GPSBaud = 9600;
const int cs_sd = 4;
#define OLED_RESET 5

TinyGPSPlus gps;
SoftwareSerial ss(RXPin, TXPin);

int x = 80, xh = 80;
int maxhigh = 0, maxspeed = 0, speed1 = 0, high1 = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  ss.begin(GPSBaud);
  tft.initR(INITR_GREENTAB);
  tft.fillScreen(ST7735_BLACK);
  tft.setCursor(5, 58);
  tft.setTextSize(1);
  tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);
  tft.print("inicializacao");
  tft.setCursor(5, 70);
  tft.print("init SD");
  delay(1000);
  if (!SD.begin(cs_sd)) {
    tft.setCursor(5, 82);
    tft.print("Falha SD");
    return;
  }
  tft.setCursor(5, 82);
  tft.print("Cartao SD OK");
  delay(1000);
  tft.fillScreen(ST7735_BLACK);
  File data = SD.open("dados.txt", FILE_WRITE);
  data.println("");
  data.println("Inicio aquisicao");
  data.close();
}

void loop() {
  tft.setTextSize(1);
  tft.setTextColor(ST7735_GREEN, ST7735_BLACK);

  while (ss.available() > 0) {
    gps.encode(ss.read());
    if (gps.location.isUpdated()) {
      desenhaMoldura();
      // ... (mesma exibição da versão anterior) ...
      // Escrita no cartão SD
      String Data = String(gps.date.day()) + " " + gps.date.month() + " " + gps.date.year();
      String Tempo = String(gps.time.hour() + 1) + " " + gps.time.minute() + " " + gps.time.second();
      File data = SD.open("dados.txt", FILE_WRITE);
      data.println(Data + " " + Tempo + " " + String(gps.location.lat(), 6) + " " +
                   String(gps.location.lng(), 6) + " " + String(gps.altitude.meters(), 0) + " " +
                   String(maxhigh) + " " + String(gps.speed.kmph(), 0) + " " + String(maxspeed));
      data.close();
      smartDelay(400);
    }
  }
}
// Funções auxiliares (desenhaMoldura, desenhaGraficoVelocidade, desenhaGraficoAltitude,
// atualizaVelocidadeMaxima, atualizaAltitudeMaxima, smartDelay) são idênticas à versão anterior.

Esquemático

Consulte a imagem do esquemático de conexão (não incluída neste texto).