U-blox ZED‑F9P - Parte II
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De fato, a ionosfera é a camada da atmosfera onde as moléculas de gás são ionizadas pelos raios UV provenientes do sol. Portanto, elétrons livres podem interagir com o sinal GNSS transmitido por satélites causando efeitos de atraso severos. Sabendo que as freqüências L1 e L2 não reagem da mesma maneira quando enfrentam esta perturbação atmosférica, atrasos podem ser virtualmente eliminados no lado do receptor GNSS, conseqüentemente aumentando a precisão da posição GNSS RTK.
Pontos principais
Recepção simultânea de GPS, GLONASS, Galileo e BeiDou
RTK multibanda com tempos de convergência rápidos e desempenho confiável
Alta taxa de atualização para aplicativos altamente dinâmicos
Precisão centimétrica em um módulo pequeno e eficiente em energia
Integração fácil do RTK por um tempo rápido de colocação no mercado
Aplicações
Quando o cara da UPS deixa algum novo componente eletrônico há muito esperado em sua porta, você pode ser atingido por dois pensamentos concorrentes:
- Empolgação do primeiro encontro sobre os recursos do novo componente e as possibilidades que ele abrirá para seus projetos
- Medo no nível do exame final do processo de descobrir como usar a coisa
# 2 pode ser especialmente pronunciado quando você é um dos primeiros a adotar e a Internet ainda não deu origem a muita documentação sobre o seu componente recém-adquirido.
Desde aquele dia fatídico no início de 2018, quando u-blox anunciou o receptor GNSS ZED-F9P L1 / L2 / L5, registrei uma contagem embaraçosa de visitas ao site deles antecipando cada nova informação que publicariam sobre o pequeno ZED .
Eventualmente, o u-blox anunciou que chamaria a placa de desenvolvimento oficial de C099-F9P . Como um crente da velha guarda na máxima de tecnologia de que você deve esperar até a 3ª iteração de algum novo produto antes de adotar, eu esperava que o u-blox liberasse rapidamente algumas atualizações para o kit de desenvolvimento para que eu pudesse me sentir um sábio velho sábio comprando o produto mais refinado, comprei dois:
A familiar caixa fina retangular branca com o belo logotipo u-blox desperta sentimentos latentes na manhã de Natal
Desempacotando o kit de desenvolvimento C099-F9P GNSS RTK de alta precisão
Ao desembalar seu C099-F9P, você encontrará o seguinte:
Historicamente, os preços dos componentes do hardware RTK têm sido astronômicos - até mesmo a antena GNSS multifrequência (escondida na caixa marrom indefinida no canto superior esquerdo) tem sido um componente de mil dólares até recentemente.
Conectar os componentes resulta em:
O ZED-F9P conectado e pronto para a ação. Observe que a antena GNSS está posicionada no plano de aterramento magnético circular prateado. O plano de aterramento de metal aumenta significativamente o desempenho da antena, reduzindo os problemas de multicaminho de sinal . Quase qualquer plano de terra de metal (ou seja, o teto do seu carro) fará o trabalho - em geral, quanto maior o avião, melhor.
Se você entrar em uma farra de wiki RTK GNSS tarde da noite, provavelmente terá seu cérebro entorpecido quando começar a descobrir as considerações envolvidas na destilação dos chilreios fracos de várias dezenas de satélites não homogêneos orbitando nosso planeta a 19.000 quilômetros de distância em um centímetro posição precisa em seu jardim da frente 20 vezes por segundo.
Vamos ser claros: esta postagem do blog não adicionará nada a esse corpo de conhecimento científico - em vez disso, estou assumindo que você é um leigo de algum campo diferente do RTK GNSS e que encontrou essa tecnologia inovadora, pois é efetivamente o único jogo na cidade para posicionamento externo repetível de nível centímetro absoluto.
Atalhos para GNSS de alta precisão com o revolucionário ZED-F9P (ou “Early Adopter Tax Evasion”)
Esta postagem do blog deve servir como um curso intensivo para colocar seu ZED-F9P em funcionamento. O sucesso da minha parte será medido em ajudá-lo a evitar grande parte do imposto de adoção inicial que eu tive que pagar obedientemente em meio à névoa usual de frustração e confusão que eventualmente deu lugar à emoção de usar um componente de mudança de jogo.
Neste ponto, vou sugerir algo pelo qual (eu acho) você acabará me agradecendo: Vá em frente e compre dois kits de desenvolvimento C099-F9P para que você possa montar sua própria estação base. Acredite em mim, em algum momento isso quase certamente parecerá o melhor investimento que você já fez.
Vamos configurar um dos C099-F9Ps como “Estação Base” (para fornecer “Correções”) e o outro como “Rover”. Você tem a opção de usar alguma fonte de correção local, se disponível, ou usar um serviço de correção de assinatura (ou seja, o kit dev vem com uma assinatura de teste gratuita para um serviço de correção remoto chamado HxGN SmartNet - eu não usei). Sua milhagem pode variar, mas nunca me arrependi de configurar minha própria estação base e retransmitir as correções RTCM em um link de rádio dedicado.
Vamos começar com o caso de uso mais simples possível - conectar a saída das correções diretamente da placa “Base Station” à placa “Rover” (por meio de um fio de placa de ensaio macho para macho). Depois de ter a configuração funcionando com uma conexão RTCM com fio, você está apenas a um par de rádios 3DR de uma configuração RTK sem fio de longo alcance.
Sucesso do RTK com duas placas C099-F9P conectadas uma à outra
Aqui estão os itens de alto nível que realizaremos para colocar nosso sistema RTK autocontido em execução:
- Conecte-se ao seu ZED-F9P de dentro do u-center
- Atualize o firmware do receptor ZED-F9P em ambas as placas C099-F9P para o u-blox mais recente
- Configure uma placa C099-F9P como a Estação Base, uma placa C099-F9P como Rover e conecte a saída RTCM da Estação Base para o Rover
1. Conecte ao seu ZED-F9P de dentro do u-center
No Windows 10 (sem conhecimento se este procedimento funciona em outras versões do Windows), antes de conectar o C099-F9P, abra o Gerenciador de Dispositivos e expanda o item Portas. Agora conecte o C099-F9P e você verá 3 novas portas que aparecem - uma para o rádio ODIN-W2 (COM7 no exemplo abaixo), uma para o ZED-F9P (COM6 abaixo) e uma porta de dispositivo serial USB que é aparentemente, algum tipo de porta multifuncional onde você não precisa adivinhar as taxas de transmissão corretamente. É muito mais fácil usar esta porta (COM3 abaixo).
No Windows 10, parece que tenho o melhor sucesso ao conectar à porta “USB Serial Device” que aparece quando você conecta o C099-F9P
De dentro do u-center (estou usando o u-center 19.04, que é o mais recente em maio de 2019), clique na seta para baixo ao lado do ícone da porta no canto superior esquerdo e você verá um número de porta correspondente ao dispositivo USB serial você anotou acima (COM3 para mim). Selecione esta porta e agora estamos conectados à placa de desenvolvimento.
2. Atualização de firmware ZED-F9P
A atualização para o firmware mais recente pode não ser necessária , mas é rápida e fácil - então eu diria que vá em frente.
Aqui está um pequeno vídeo que fiz sobre a atualização do firmware ZED-F9P.
3. Configure um C099-F9P como a Estação Base, o outro C099-F9P como o Rover e conecte a saída RTCM da Estação Base ao Rover
Você precisará saber as coordenadas da antena da sua estação base para concluir esta seção. Se você não está familiarizado com a forma de obter essas coordenadas, verifique o Adendo 1 abaixo.
O procedimento de configuração que seguimos no vídeo abaixo configura o receptor para emitir NMEA PVT (Posição, Velocidade, Tempo) para o UART2 ( Atualização de junho de 2019: a saída no UART2 foi irregular - então estou apenas usando o UART1 para a saída PVT ) Porta UART1 Tx a 5 Hz (ou seja, uma nova leitura a cada 0,2 segundos) a 115k baud. Ele também configura a porta UART2 Rx para receber correções RTCM a 115k baud. Essas configurações são convenientes para o mower rover sobre o qual escrevemos no blog da última vez . Observe que você pode definir a taxa de saída em até 20 Hz, mas pode ser necessário aumentar o baud para algo maior que 115k (caso contrário, a linha pode ficar obstruída e as leituras serão atrasadas). No rover lento que estamos usando para cortar a grama, 5 Hz é suficiente e o Pixhawk 4 que estamos usando se comunica bem a 115k baud.
Se você seguiu as etapas acima, pode facilmente enviar dados de correção RTCM da estação base para o rover conectando a estação base UART1 Tx ao rover UART2 Rx com um cabo simples de breadboard.
Advertência: a abordagem de um fio funcionará se você estiver alimentando ambas as placas com uma fonte de eletricidade com um aterramento comum. Caso contrário, você pode apenas conectar os soquetes GND das duas placas (você encontrará vários soquetes GND na placa de desenvolvimento) com outro fio da placa de ensaio.
Não era óbvio para mim, pela documentação, quais soquetes na placa C099 mapeiam para UART1 e UART2 - talvez todos os outros humanos tenham nascido com esse conhecimento. Aqui está um pequeno diagrama de mapeamento que, com sorte, ajudará os futuros viajantes:
Você notará que isolamos o conector da antena de rádio ODIN (lembre-se de que não uso o rádio ODIN integrado). Isso me dá uma coisa a menos para lembrar ao conectar a antena GNSS à placa de desenvolvimento.
Demonstração de desempenho do mundo real ZED-F9P
Aqui está um pequeno vídeo mostrando por que este pequeno receptor RTK é tão importante:
Rolando nosso próprio link de correções de longo alcance
Se você tem usado componentes gnss de alta precisão u-blox desde o NEO-M8P, você pode ter usado anteriormente o kit de desenvolvimento C94-M8P incrivelmente fácil de usar e capaz para esse módulo ( somente L1) [ 4 ] . O C94-M8P basicamente fez tudo certo do ponto de vista de facilidade de uso para um construtor que deseja testar a funcionalidade do módulo gnss. Por exemplo, o kit de desenvolvimento foi vendido como um par de módulos (ou seja, para que você não ficasse tentado a pular a configuração de sua própria estação base local), o rádio foi baseado na telemetria SiK alcançando grande alcance e o procedimento para configuração um sistema de estação base / rover era muito simples e bem documentado.
Passei várias horas irrecuperáveis tentando fazer com que dois C099-F9Ps se comunicassem um com o outro através do rádio ODIN-W260 de bordo. Os esforços tentados incluem o download de várias versões do software de avaliação de rádio s-center , pesquisando febrilmente por qualquer tipo de história de sucesso documentada configurando o link, configurando jumpers e atualizando vários firmwares e configurações para a placa de desenvolvimento. Não tenho certeza se você descreveria meus esforços como fracasso total ou fracasso absoluto, mas nunca vi qualquer sinal de que estava perto de realmente fazer o link de comunicação funcionar.
Felizmente, os rádios de longo alcance se tornaram muito baratos nos últimos anos, então pegue um par do eBay , Amazon ou SparkFun e você terá um link de correções RTCM de longo alcance entre a Estação Base e o Rover com o mínimo de esforço.
Configuração de rádio 3DR
O Mission Planner possui funcionalidade incorporada para configurar os rádios.
2 rádios SiK conectados ao Mac (rodando Windows via VM). Observe que alguns rádios SiK não têm portas micro-usb - você os conecta ao USB do seu PC através de um adaptador USB para serial .
Aqui está um close-up da tela relevante no Mission Planner, junto com as configurações dos rádios que estou usando para o link:
Agora que os rádios estão se comunicando, é hora de remover o fio RTCM que conecta os ZED-F9Ps entre si e, em vez disso, conectá-los sem fio por meio dos rádios.
Placas de desenvolvimento C099-F9P alimentando rádios 3DR para correções RTCM de longo alcance sem fio.
Isso é tudo que há para fazer! Observe que a luz amarela sólida no Rover indica que ele tem uma correção RTK - adoro ver essa luz.
Atenciosamente,
Roby
Adendo 1: Encontrando Latitude / Longitude / Elevação para sua Antena de Estação Base local
A precisão absoluta da posição do seu rover está diretamente ligada à precisão da longitude / latitude / elevação que você fornece à sua estação base como a localização da antena. Para descobrir a longitude / latitude / elevação de sua antena de estação base, você tem várias opções, incluindo:
- Suposição aproximada usando um site como este: https://www.maps.ie/coordinates.html
- Encaminhe correções de alguma fonte de correção RTCM à qual você tem acesso em seu Rover C099-F9P (ou seja, com seu Rover C099-F9P conectado à antena da estação base) e, assumindo que você obtenha uma correção RTK, observe a Lat / Long / Altitude no centro-u.
- No ZED-F9P que está conectado à antena da estação base, execute o procedimento U-blox Survey In (a ublox-C099_F9P-uCS/zed-f9p at master · u-blox/ublox-C099_F9P-uCS (github.com) tem instruções para executar o Survey In, mas eu não consegui fazer com que parecesse trabalhos).
- Pague um topógrafo profissional para inspecionar a localização da antena da sua estação base.
Se as opções de 2 a 4 na lista acima não fizerem sentido imediatamente, basta obter a longitude / latitude / elevação aproximada por meio do site (ou qualquer site semelhante) em # 1, ou seja:
Portanto, como exemplo, supondo que a localização do mapa acima seja ampliada na antena da sua estação base, você simplesmente puxaria as coordenadas fornecidas:
Latitude: 31.61680344280341
Longitude: -88,00395727135766
Elevação: 66m * (não tenho certeza de quão precisa é a elevação do site, mas você deve se lembrar de adicionar a altura que sua antena está acima do solo a este número).
- Utilizando 2 WISOL LOM204 configurados como P2P (LoRa)
P2P LORA (p2p-lora-wisol.blogspot.com) - Utilizando 2 NINA B112 como BLE Extended Mode
blog & FAQ - familia NINA u-blox WiFi BLE - SmartCore - one stop shop para fabricantes de soluções em IoT, rastreamento, telemetria e conectividade - Utilizando Radio
Modem 900MHz Mesh 1W com gabinete - P900-ENC - SmartCore - one stop shop para fabricantes de soluções em IoT, rastreamento, telemetria e conectividade - Utilizando 2 NINA W102/106 com o Protocolo ESP-NOW
ESP-NOW no NINA W102: ESP-NOW no NINA W102 (esp-now-nina-w102.blogspot.com) - NTRIP
Em breve!
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