Сделайте USB-адаптер с функционалом GPS

Журнал РАДИОЛОЦМАН, май 2014

Lee Ee, FTDI Chip

Electronic Design

Используя модуль GPS и несколько стандартных микросхем, вы можете сделать USB-адаптер, добавляющий к компьютеру с ОС Windows функциональность GPS, и получить возможность определения своих координат. Адаптер, выдающий данные в стандартном формате NMEA0183, может быть размещен в небольшом корпусе размером 60 × 20.3 × 12.3 мм, и работать под управлением легко доступных бесплатных драйверов, образуя законченную систему геопозиционирования.

Начиная с Windows 7 платформа Windows Sensor and Location стала неотъемлемой частью большинства широко используемых операционных систем последних поколений. Платформа позволяет, как самому компьютеру, так и различным используемым на нем приложениям, адаптироваться к текущей среде. С помощью датчиков местоположения (таких, как приемники GPS) вычислительное оборудование может точно определить, где оно находится, чтобы обеспечивать доступ к соответствующим функциям и контенту.

Описана схема адаптера, которую можно подключить к такому устройству и реализовать всевозможные сервисы, основанные на знании его положения (Рисунок 1). Показано, как с помощью микросхемы моста UART – USB, подобной FT230XQ компании FTDI Chip, можно подключить приемник GPS и создать датчик местоположения с интерфейсом USB. В качестве приемника здесь был использован малогабаритный GPS-модуль GP-2106 с встроенной антенной.

Рисунок 1.	Для связи модуля приемника GPS с портом USB в схеме используется микросхема моста USB-UART FT230XQ.

FT230XQ поддерживает полноскоростной режим USB 2.0, манипулируя данными на скоростях до 3 Мбит/с. Поддержка протокола USB реализована в микросхеме, поэтому разработки какого-либо специального ПО не потребуется. 48-канальный модуль GP-2106 отличается очень скромным потреблением энергии. Данные о местоположении он выдает в формате NMEA0183 v.3.01.

Схемная реализация устройства проста. Модуль GP-2106 (M1) принимает и формирует данные для вычисления местоположения, а микросхема FT230XQ (U1) выполняет преобразование UART – USB. Выход TXD микросхемы FT230XQ подключен к входу RXD GPS-приемника GP-2106. Вход RXD микросхемы FT230XQ подключен к выходу TXD модуля GP-2106. Эти подключения образуют простую и надежную линию связи между GPS-приемником адаптера и USB портом вычислительной системы. Линии RTS# и CTS# микросхемы FT230XQ соединены, чтобы запретить аппаратный контроль потока данных.

Для того чтобы правильно запустить приемник GPS, после включения питания на его вывод 4 необходимо подать импульс ON. Чтобы аккуратно выполнить это требование, используются ждущие мультивибраторы 74LVC1G123. Первый мультивибратор (U2) формирует задержку, необходимую FT230XQ для преобразования USB-сигналов хост контроллера и включения питания приемника GPS. Второй мультивибратор (U3) вырабатывает импульс ON, запускающий работу чипсета внутри модуля GPS приемника (Рисунок 2).

Рисунок 2.	Желтая осциллограмма (Канал 1) отображает сигнал на выводе 12 микросхемы U1, сконфигурированном как выход сигнала PWREN#, включающего GPS приемник. Синяя осциллограмма (Канал 2) соответствует выходу Q мультивибратора U2. Выход Q микросхемы U3 представлен фиолетовой осциллограммой (Канал 3).

Вывод PWREN# переключается в «0» во время преобразования формата USB и остается на таком уровне до завершения этого процесса в микросхеме U1, не позволяя хост-компьютеру перейти в режим сна. Низкий логический уровень на этом выводе также открывает MOSFET Q1, подключая напряжение V_BUS (+5 В) к входу стабилизатора U4, понижающего напряжение до 1.8 В, необходимых для питания GPS приемника.

Как только уровень сигнала PWREN# опускается, запускается мультивибратор U2, на выходе которого начинает формироваться положительный импульс. Спустя примерно 1.6 с выход U2 возвращается в «0». Этот перепад напряжения, в сою очередь, запускает мультивибратор U3, генерирующий импульс ON для входа ON/OFF GPS-приемника. На печатную плату адаптера был установлен синий светодиод индикации статуса (LED1). Светодиод будет мигать один раз в секунду, когда приемник получит координаты GPS. Светодиодом через MOSFET Q2 управляет выход 1PPS (1-pulse-per-second – один импульс в секунду) приемника GPS.

Чтобы использовать адаптер в качестве датчика местоположения, необходимо установить специальный драйвер, бесплатно скачав его в сети Интернет. Безусловное предпочтение автор отдает драйверу, который можно загрузить на сайте TurboIRC.com.