ESP8266 ArduinoとGPSモジュールでGPSロガーを作る

ESP8266 ArduinoとGPSモジュールで位置情報付きのデーターを取得し、Ambientに送信して地図上にプロットしました。

GPSモジュール

GPSモジュールは秋月電子さんの「GPS受信機キット 1PPS出力付き『みちびき』対応」を使いました。このGPSモジュールは、受信したGPSデーターをシリアルで送出します。

マイコンはESP8266を搭載したスイッチサイエンスさんのESPr Developerを使いました。ESPr DeveloperとGPSモジュールとは次のように接続します。

ESPr Developer	GPSモジュール
Vout	5V
GND	GND
IO4	TXD
IO5	RXD

GPSの1PPSピンは使わないので何もつなぎません。

ESPr Developerでソフトシリアル通信

ESPr Developerのシリアル通信ポートは開発環境との通信に使われているので、GPSモジュールと通信するにはGPIOピン(今回はIO4とIO5)を使い、ソフトシリアルで通信します。

ソフトシリアルのライブラリーはEspSoftwareSerialを使いました。インストールは簡単で、Githubのページ右上の「Clone or download」から「Download ZIP」を選んでZIPファイルをダウンロードし、Arduino IDEを立ち上げて、「スケッチ」メニューの「ライブラリをインクルード」→「.ZIP形式のライブラリをインストール…」でダウンロードしたZIPファイルを選択すれば完了です。

ArduinoでGPSデーターを扱うライブラリー

GPSモジュールはGPS衛星からの信号を受信し、時刻、緯度、経度、海抜高度、測位に利用した衛星の数やID、それぞれの衛星の位置(方位角と仰角)などの情報をNMEA-0183フォーマットというフォーマットの文字列として送出します。この文字列データーをプログラムで扱いやすいデーターに変換するArduinoライブラリーがあります。

「Raspberry Pi3のPythonでGPSを扱う」というブログではPythonでGPSデーターを扱うｍicropyGPSというライブラリーを紹介しました。このmicropyGPSがモデルにしているArduinoのライブラリーがTinyGPSで、今回はその後継にあたるTinyGPS++というライブラリーを使いました。

インストールはソフトシリアルと同様でTinyGPS++のサイトのダウンロードアイコンの先の最新のZIPファイルをダウンロードし、Arduino IDEで「.ZIP形式のライブラリをインストール…」でZIPファイルをインストールします。

シリアルから読んだGPSデーターを1文字づつライブラリーに渡すと、それを解析し、GPSオブジェクトに追加、更新します。
解析中はfalseが返り、1行処理して解析が成功するとtrueが返されます。シリアルからGPSデーターを読んでGPSオブジェクトにする部分は次のようなプログラムになります。

    while (ss.available() > 0) {
        if (gps.encode(ss.read())) {
            break;
        }
     }

プログラム

Arduinoのプログラムを示します。

ESPr DeveloperのIO16にスイッチを付けて、スイッチが押されていたらその時の緯度経度と標高をAmbientに送信しています。while文でスイッチが押されている時間を見ているのはチャタリング(スイッチの機械的なバタつき)防止です。

Ambientには位置情報付きのデーターを受信し、地図上に表示する機能があります。通常のd1からd8のデーターに加えて、緯度をデーター9、経度をデーター10として送ると位置情報付きデーターになります。

 #include <ESP8266WiFi.h>
 #include <SoftwareSerial.h>
 #include <TinyGPS++.h>
 #include "Ambient.h"

 extern "C" {
 #include "user_interface.h"
 }

 unsigned int channelId = 100;
 const char* writeKey = "ライトキー";

 const char* ssid = "...ssid...";
 const char* password = "...password...";

 static const int RXPin = 4, TXPin = 5;
 SoftwareSerial ss(RXPin, TXPin, false, 256);
 TinyGPSPlus gps;
 void sendInfo2Ambient();
 static const int sw = 16;
 static const unsigned long PUSH_SHORT = 100;

 WiFiClient client;
 Ambient ambient;

 void setup()
 {
     Serial.begin(115200);
     delay(20);
     Serial.println(F("Start"));

     wifi_set_sleep_type(LIGHT_SLEEP_T);

     WiFi.begin(ssid, password); // Wi-Fi APに接続
     while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { // Wi-Fi AP接続待ち
         delay(100);
     }

     Serial.print("WiFi connected\r\nIP address: ");
     Serial.println(WiFi.localIP());

     ss.begin(9600);
     pinMode(sw, INPUT);

     ambient.begin(channelId, writeKey, &client);
 }

 void loop()
 {
     unsigned long gauge = 0;

     while (digitalRead(sw) == 0) {
         gauge++;
         delay(0);
     }
     if (gauge > PUSH_SHORT) {
         if (gps.location.isValid()) {
             sendInfo2Ambient();
         }
     }
     while (ss.available() > 0) {
         if (gps.encode(ss.read())) {
             break;
         }
     }
 }

 void sendInfo2Ambient()
 {
     char buf[16];

     if (gps.location.isValid()) {
         dtostrf(gps.altitude.meters(), 4, 2, buf);
         Serial.println(buf);
         ambient.set(1, buf);
         dtostrf(gps.location.lat(), 12, 8, buf);
         Serial.println(buf);
         ambient.set(9, buf);
         dtostrf(gps.location.lng(), 12, 8, buf);
         Serial.println(buf);
         ambient.set(10, buf);

         ambient.send();
     }
 }

Ambientでデーターを確認する

作ったGPSロガーを持ち、歩きながら所々でスイッチを押してデーターを取得し、スマホでテザリングしてAmbientにデーターを送信しました。

Ambientで位置情報付きのデーターを地図上に表示するには、チャート設定でグラフ種類として「地図」を選択します。

データーはこんな感じで地図上に表示されます。データーはGPSから取得した海抜高度です。緯度経度は非常に正確な値が取得できていますが、海抜高度は非常にばらつきが大きいようです。

位置情報付きデーターは車両の運行管理など実務的な応用もありますし、サイクルコンピューターのデーターなどを蓄積、可視化できたら面白いと思います。