GPS Quectel l50 - модуль с антеной

Данный модуль представляет собой недорогое решение со встроенной антенной и предназначен для работы со спутниковой навигационной системой GPS.

Ниже будет дано описание характеристик модуля, устройства и схемы подключения.

О компании.

Компания Quectel была основана совсем недавно — в мае 2009 года, но за такое короткое время сумела стать одним из ведущих производителей с множеством дистрибьюторов по всему миру. Пока генеральная линия компании – производство GPS и GSM модулей, но в планах расширение линейки продуктов и в других областях беспроводных технологий. Штаб-квартира находится в Шанхае. Основатель компании Patrick Qian имеет степень магистра в области электроники и технологий связи Шанхайского Университета, работал на руководящих должностях в таких известных компаниях как UTStarcom, Motorola, Alcatel, ZTE, заместителем генерального директора компании Simcom.

В модулях Quectel используются чипсеты различных производителей, с разработчиками которых компания тесно сотрудничает.

Характеристики модуля Quectel L50.

Модуль GPS основан на чипсете семейства SIRFstar IV, разработанном компанией Cambridge Silicon Radio. Данный модуль может работать только с навигационной системой GPS. Краткие характеристики модуля Quectel L50:

• 48 спутниковых каналов
• Продолжительность «холодного старта» < 33 сек
• Продолжительность «горячего старта» < 1 сек
• Чувствительность в режиме поиска -148 dBm
• Чувствительность в режиме навигации -160 dBm
• Интерфейс UART 1200 — 115200 бит/сек (4800 по дефолту)
• Интерфейс I2C (master/slave) до 400 кбит/сек
• Напряжение питания 1.71 – 1.89V
• Ток потребления 48mA (поиск) и 38mA (навигация)
• Режимы энергосбережения
• Диапазон рабочих температур от -40 до +85 градусов Цельсия

Более подробно с характеристиками данного модуля можно ознакомиться в документации производителя, которую можно загрузить по ссылкам в конце статьи. Блок-схема модуля приведена на рисунке:

Следующий рисунок отображает расположение выводов модуля. Это вид с нижней стороны модуля (Bottom)!

Назначение выводов:

Выводы питания:

• VCC — напряжение питания модуля. V=1.71-1.89V, Vnom=1.8V. Источник питания должен обеспечивать ток не менее 100mA.
• VIO/RTC — напряжение питания RTC и портов ввода/вывода модуля. V=1.71-1.89V, Vnom=1.8V
• GND – общий вывод

Входы/выходы общего назначения:

• RESET — Внешний сброс, активный уровень – низкий. На вход можно подавать напряжение до 3.6V. В рабочем режиме должен быть подтянут через резистор к «+» напряжения питания.
• EINT0 — Вход внешнего прерывания. На вход можно подавать напряжение до 3.6V. Должен быть подключен напрямую к GND.
• ON_OFF — Управление режимом работы, перевод в режим энергосбережения. На вход можно подавать напряжение до 3.6V. Импульс низкого уровня длительностью не менее 1mS переключает модуль между режимами работы и энергосбережения («спящим» режимом)
• 1PPS — 1 импульс/сек. Выдает импульсы раз в секунду для установки времени

Последовательные интерфейсы:

• DR_I2C_DIO — Интерфейс I2C для связи с внешней EEPROM. На вывод можно подавать напряжение до 3.6V. Если не используется, можно оставить свободным
• DR_I2C_CLK — Интерфейс I2C для связи с внешней EEPROM. На вывод можно подавать напряжение до 3.6V. Если не используется, можно оставить свободным
• CFG0/SCK — Вывод конфигурации 0. На вывод можно подавать напряжение до 3.6V. При использовании интерфейса UART этот вывод должен быть подключен к «+» питания через резистор 10 кОм
• CFG1/SCS — Вывод конфигурации 1. На вывод можно подавать напряжение до 3.6V. При использовании интерфейса I2C этот вывод должен быть подключен к GND через резистор 10 кОм
• RXD/MOSI/SDA — Основной интерфейс, по которому выдаются все данные и принимаются управляющие команды. RXD UART или SDA I2C в зависимости от подключения выводов конфигурации CFG0 и CFG1 (SPI в данном модуле не поддерживается). На вывод можно подавать напряжение до 3.6V
• TXD/MISO/SCL — Основной интерфейс, по которому выдаются все данные и принимаются управляющие команды. TXD UART или SCL I2C в зависимости от подключения выводов конфигурации CFG0 и CFG1 (SPI в данном модуле не поддерживается). На вывод можно подавать напряжение до 3.6V
• Выводы 8, 16 не используются (зарезервированы)

Сразу после включения модуль находится в режиме гибернации («спящем» режиме). Для перевода его в рабочий режим необходимо подать импульс низкого уровня на вход ON_OFF. При этом необходимо выдержать минимальные временные интервалы: после подачи питания должно пройти не менее 400.4mS, а длительность переключающего импульса должна быть не менее 1mS. Чтобы снова перевести модуль в «спящий» режим надо опять подать такой же импульс на этот вход, при этом интервал между переключениями из одного режима в другой должен быть не чаще 1 секунды. На рисунке продемонстрированы все необходимые временные интервалы для переключений между режимами работы модуля:

А на следующем рисунке изображены возможные варианты переключений модуля между режимами работы после включения питания:

Подключение модуля.

Схема, по которой в дальнейшем была разведена плата, приведена ниже.

D1 – это довольно мощный регулируемый линейный стабилизатор в корпусе D2PAK, с максимальным выходным током до 1.5А. Можно применить другой стабилизатор, с максимальным выходным током не менее 100mA, а также не в таком габаритном корпусе. У меня под рукой оказался именно такой, поэтому привожу схему, как она есть. Транзистор VT1 установлен для того, чтобы при включении питания высокий уровень напряжения на входе ON_OFF появлялся одновременно с напряжением питания. Поскольку управляющий сигнал на выходе микроконтроллера установится не сразу в высокий уровень, а потребуется некоторое время для инициализации порта и установки на выходе высокого уровня. Возможно, эта задержка после подачи питания будет несущественной, я не проверял, перестраховался заранее. Обмен данными между модулем и микроконтроллером ведется по интерфейсу UART, поэтому конфигурационный вход CFG0 подтянут к «+» питания через резистор 10кОм. С остальными внешними компонентами, думаю, разъяснять особо не надо, достаточно посмотреть описание назначения выводов модуля, приведенное выше.

Управляющий микроконтроллер STM32, плата с модулем GPS была подключена к плате STM32L-DYSCOVERY, с нее же было взято напряжение 5V, приходящее с порта USB компьютера, которое подано на вход линейного стабилизатора D1 (поскольку этот стабилизатор не Lowdrop, то 3V с платы DISCOVERY оказалось недостаточно). Управляющий контроллер формирует импульс ON_OFF для перевода модуля GPS в рабочий режим после включения питания, а затем всего лишь работает ретранслятором между модулем GPS и компьютером. Для связи с модулем GPS в микроконтроллере задействован USART1, при приеме данных они тут же передаются через USART2 и преобразователь USB-USART в компьютер. Поскольку на моем ноутбуке нет COM-порта, для этой цели и используется преобразователь USB-USART на микросхеме FT232RL. В предыдущей статье есть фото, на котором видно все эти три платы, соединенные между собой.

Пока же я не привожу здесь общую схему подключения и пример программы. В следующих статьях будет описан протокол обмена, применяемый в данном модуле, а также обзор софта для работы с подобными модулями.

Документация:

Спецификация L50

L50 hardware design

Другие статьи:

• GPS модуль Quectel L50: первый опыт.
• GPS: протокол NMEA 0183
• Обзор некоторых программ для работы с модулями GPS