====== 簡易GPS時計V3(自動時刻同期+低消費電力) ======
===== 概要 =====
以前にも、GPS時計(調整不要)を製作しました。
それは、常にGPS受信モジュールを起動させておき、そこから送られてくるデータ(1秒周期)の中から、時刻データのみを抜き出し、LCDに表示するものでした。
しかし、GPS受信モジュールは、意外と電流(約200mA)を必要とするので、常時起動では乾電池の駆動には向きません。
そこで、基本的な時刻管理は、内部で通常の精度で行い、時刻の校正を必要とするときだけ、GPSモジュールを起動し、送られてくるデータを利用することにより、時刻の精度維持と低消費電力を図ってみました。
<仕様>
* 高精度のクリスタルオシレータを利用し、基本的な時刻管理は、内部(PIC単体)で行います。\\ ※最小単位は、0.1秒です。
* 手動または自動(毎時零分)で、GPSモ受信ジュールからのデータを受信し、時刻を校正します。
* 時刻校正の時のみ、GPS受信モジュールを起動し、低消費電力化を図ります。
* スイッチ(SW4)の押下により、時刻データをRS232C経由で送信します。\\ ※このデータを利用することにより、高精度な時計機能を実現することが出来ます。
===== 動作原理 =====
<基準時間(0.1sec)>
時刻管理をするための最小単位である、0.1secの基準時間を得ます。
* 精度の高い、クリスタルオシレータ(8.000000MHz)を使用します。
* CCPモジュールをコンペアモードで使用し、0.1secの割り込みを発生させます。
<時刻管理>
基準時間(0.1sec)でクロック変数(clock)を、インクリメント(+1)します。
クロック変数(clock)から、時分秒ミリ秒を求める式は、次のようになります。
hh = clock / 36000;
mm = (clock - (36000 * (long)hh)) / 600;
ss = (clock - (36000 * (long)hh) - (600 * (long)mm)) / 10;
ms = (clock - (36000 * (long)hh) - (600 * (long)mm)) - (10 * (long)ss);
<時刻同期>
手動(スイッチ(SW1)押下)または、自動(スイッチ(SW3)ONおよび毎時零分)により、GPS受信モジュールを起動し、受信した時刻データを元に、クロック変数(clock)を校正します。
GPS受信モジュールが、GPS衛星からの受信不可の場合(例えば、屋内などのGPS衛星からの、電波受信状況の悪い場所での本装置の使用時など)には、スイッチ(SW2)押下により、解除することが出来ます。
その時には、GPS受信モジュールが保持している、時刻データを元に、クロック変数(clock)を校正します。
※GPS受信モジュールは、時刻同期を実施するときのみ接続し、後は外していても構いません。
<時刻データの送信>
必要に応じて(スイッチ(SW4)の押下)、時刻データをRS232C経由で送信することが出来ます。
そのフォーマットは、次のようになります。(例、12時34分56秒、S:start、E:end)
S12:34:56E
===== 回路図 =====
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-133103.png}}
===== ソースコード =====
//**********************************************************************
/*
「ＧＰＳ時計（自動時刻同期＆低消費電力）」
*/
//**********************************************************************
#define SW1 PORTA.F4
#define SW2 PORTA.F5
#define SW3 PORTB.F0
#define SW4 PORTB.F1
#define GT720F PORTA.F6
#define CR 0x0D
#define LF 0x0A
#define FF 0x0C
#define LED PORTB.F3
#define ON 1
#define OFF 0
//**********************************************************************
static unsigned long clock;
void interrupt()
{
if (PIR1.CCP1IF == 1) {
PIR1.CCP1IF = 0;
//
clock++;
}
}
//**********************************************************************
static unsigned short flg, len;
static unsigned short hd[8], utc[12], latitude[12], longitude[12];
static unsigned short quality[4], satellites[4];
void gps_recv()
{
static unsigned short rd;
//
flg = 0;
len = 0;
//
while (flg != 8) {
if (Usart_Data_Ready() == 0)
continue;
rd = Usart_Read();
if (rd == LF) {
len = 0;
continue;
}
//
switch (flg) {
case 0:
hd[len] = rd;
len++;
if (len == 7) {
len = 0;
if (strncmp(hd, "$GPGGA,", 7) == 0) {
flg = 1;
}
}
break;
case 1:
if (rd == ',') {
utc[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 2;
} else {
utc[len] = rd;
len++;
}
break;
case 2:
if (rd == ',') {
latitude[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 3;
} else {
latitude[len] = rd;
len++;
}
break;
case 3:
if (rd == ',') {
len = 0;
flg = 4;
}
break;
case 4:
if (rd == ',') {
longitude[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 5;
} else {
longitude[len] = rd;
len++;
}
break;
case 5:
if (rd == ',') {
len = 0;
flg = 6;
}
break;
case 6:
if (rd == ',') {
quality[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 7;
} else {
quality[len] = rd;
len++;
}
break;
case 7:
if (rd == ',') {
satellites[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 8;
} else {
satellites[len] = rd;
len++;
}
break;
}
}
}
//**********************************************************************
static char buf[16], tmp[8];
static unsigned short hh, mm, ss, ms;
unsigned long gps_get_clock()
{
static unsigned long t;
//
while (1) {
gps_recv();
Lcd_Custom_Out(2, 1, utc);
Lcd_Custom_Out(2, 13, quality);
Lcd_Custom_Out(2, 15, satellites);
if ((quality[0] != '0') || (SW2 == 0))
break;
}
//
hh = ((utc[0] - '0') * 10) + (utc[1] - '0');
mm = ((utc[2] - '0') * 10) + (utc[3] - '0');
ss = ((utc[4] - '0') * 10) + (utc[5] - '0');
ms = ((utc[7] - '0') * 100) + ((utc[8] - '0') * 10) + (utc[8] - '0');
t = ((long)hh * 36000) + ((long)mm * 600) + ((long)ss * 10) + ((long)ms / 100);
return (t + (9 * 36000)); //UTC -> JST
}
//**********************************************************************
void Usart_Write_Str(unsigned short *pData)
{
while (*pData != 0x00) {
Usart_Write(*pData);
pData++;
Delay_ms(10);
}
}
//**********************************************************************
void ByteToStr2(unsigned short number, char *output)
{
ByteToStr(number, output);
output[0] = (output[1] == ' ') ? '0' : output[1];
output[1] = output[2];
output[2] = 0x00;
}
//**********************************************************************
void main()
{
//
// OSCCON = 0b01110000;
CMCON = 0b00000111;
ANSEL = 0b00000000;
TRISA = 0b10110000;
TRISB = 0b00000111;
//
LED = OFF;
GT720F = 1;
// TIMER1の設定
PIE1.TMR1IE = 0;
PIR1.TMR1IF = 0;
T1CON.T1CKPS0 = 1;
T1CON.T1CKPS1 = 1;
T1CON.TMR1ON = 0;
TMR1L = 0;
TMR1H = 0;
// CCPの設定
PIE1.CCP1IE = 1;
PIR1.CCP1IF = 0;
CCP1CON.CCP1M3 = 1;
CCP1CON.CCP1M2 = 0;
CCP1CON.CCP1M1 = 1;
CCP1CON.CCP1M0 = 1;
CCPR1L = 0xA8; // 0.1sec...(1÷8000000)*4*8*25000
CCPR1H = 0x61; //
//
Lcd_Custom_Config(&PORTA, 0, 1, 2, 3, &PORTB, 4, 6, 7);
Lcd_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR);
Lcd_Custom_Out(1, 1, "GpsClock v2");
Delay_ms(500);
Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR);
Lcd_Custom_Chr(1, 3, ':');
Lcd_Custom_Chr(1, 6, ':');
Lcd_Custom_Chr(1, 9, '.');
//
Usart_Init(9600);
//
clock = 0;
// 割り込みを許可する。
INTCON.PEIE = 1;
INTCON.GIE = 1;
//
T1CON.TMR1ON = 1;
//
while (1) {
//clock変数から、時、分、秒、ミリ秒を求める。
hh = clock / 36000;
mm = (clock - (36000 * (long)hh)) / 600;
ss = (clock - (36000 * (long)hh) - (600 * (long)mm)) / 10;
ms = (clock - (36000 * (long)hh) - (600 * (long)mm)) - (10 * (long)ss);
//時を表示する。
ByteToStr2(hh, buf);
Lcd_Custom_Out(1, 1, buf);
//分を表示する。
ByteToStr2(mm, buf);
Lcd_Custom_Out(1, 4, buf);
//秒を表示する。
ByteToStr2(ss, buf);
Lcd_Custom_Out(1, 7, buf);
//ミリ秒を表示する。
ByteToStr(ms, buf);
Lcd_Custom_Out(1, 10, &buf[2]);
//GPSと時刻同期する。（手動）
if (SW1 == 0) {
GT720F = 0;
clock = gps_get_clock();
GT720F = 1;
}
//GPSと時刻同期する。（自動：毎時０分０秒）
if ((SW3 == 0) && (mm == 0) && (ss == 0)) {
GT720F = 0;
clock = gps_get_clock();
GT720F = 1;
}
//ＲＳ２３２Ｃに時刻データを送信する。
if (SW4 == 0) {
while (SW4 == 0) {
Delay_ms(100);
}
LED = ON;
Usart_Write_Str("S");
ByteToStr2(hh, buf);
Usart_Write_Str(buf);
Usart_Write_Str(":");
ByteToStr2(mm, buf);
Usart_Write_Str(buf);
Usart_Write_Str(":");
ByteToStr2(ss, buf);
Usart_Write_Str(buf);
Usart_Write_Str("E");
LED = OFF;
}
}
}
//**********************************************************************
※日付表示を追加したバージョンです。(mikroC PRO版)
//**********************************************************************
/*
「ＧＰＳ時計（自動時刻同期＆低消費電力）V2.1」 ※日付表示を追加
*/
//**********************************************************************
#define SW1 PORTA.F4
#define SW2 PORTA.F5
#define SW3 PORTB.F0
#define SW4 PORTB.F1
#define GT720F PORTA.F6
#define CR 0x0D
#define LF 0x0A
#define FF 0x0C
#define LED PORTB.F3
#define ON 1
#define OFF 0
//**********************************************************************
static unsigned long clock;
void interrupt()
{
if (PIR1.CCP1IF == 1) {
PIR1.CCP1IF = 0;
//
clock++;
}
}
//**********************************************************************
//$GPRMC,015315.598,A,3456.7835,N,13511.2730,E,000.0,000.0,160310,,,A*60
static unsigned short flg, len;
static unsigned short hd[8], utc[12], stat[4], latitude[12], longitude[12], date[8];
void gps_recv()
{
static unsigned short rd;
//
flg = 0;
len = 0;
//
while (flg != 10) {
if (UART1_Data_Ready() == 0)
continue;
rd = UART1_Read();
if (rd == LF) {
len = 0;
continue;
}
//
switch (flg) {
case 0:
hd[len] = rd;
len++;
if (len == 7) {
len = 0;
if (strncmp(hd, "$GPRMC,", 7) == 0) {
flg = 1;
}
}
break;
case 1:
if (rd == ',') {
utc[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 2;
} else {
utc[len] = rd;
len++;
}
break;
case 2:
if (rd == ',') {
stat[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 3;
} else {
stat[len] = rd;
len++;
}
break;
case 3:
if (rd == ',') {
latitude[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 4;
} else {
latitude[len] = rd;
len++;
}
break;
case 4:
if (rd == ',') {
len = 0;
flg = 5;
}
break;
case 5:
if (rd == ',') {
longitude[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 6;
} else {
longitude[len] = rd;
len++;
}
break;
case 6:
if (rd == ',') {
len = 0;
flg = 7;
}
break;
case 7:
if (rd == ',') {
len = 0;
flg = 8;
}
break;
case 8:
if (rd == ',') {
len = 0;
flg = 9;
}
break;
case 9:
if (rd == ',') {
date[len] = 0x00;
len = 0;
flg = 10;
} else {
date[len] = rd;
len++;
}
break;
}
}
}
//**********************************************************************
static char buf[16], tmp[8];
static unsigned short hh, mm, ss, ms;
unsigned long gps_get_clock()
{
static unsigned long t;
//
while (1) {
gps_recv();
Lcd_Out(2, 1, utc);
date[4] = '/';
date[5] = date[0];
date[6] = date[1];
date[7] = 0x00;
memcpy(date, &date[2], 6);
Lcd_Out(1, 12, date);
Lcd_Out(2, 16, stat);
if ((stat[0] == 'A') || (SW2 == 0))
break;
}
//
hh = ((utc[0] - '0') * 10) + (utc[1] - '0');
mm = ((utc[2] - '0') * 10) + (utc[3] - '0');
ss = ((utc[4] - '0') * 10) + (utc[5] - '0');
ms = ((utc[7] - '0') * 100) + ((utc[8] - '0') * 10) + (utc[8] - '0');
t = ((long)hh * 36000) + ((long)mm * 600) + ((long)ss * 10) + ((long)ms / 100);
return (t + (9 * 36000)); //UTC -> JST
}
//**********************************************************************
void UART1_Write_Str(unsigned short *pData)
{
while (*pData != 0x00) {
UART1_Write(*pData);
pData++;
Delay_ms(10);
}
}
//**********************************************************************
void ByteToStr2(unsigned short number, char *output)
{
ByteToStr(number, output);
output[0] = (output[1] == ' ') ? '0' : output[1];
output[1] = output[2];
output[2] = 0x00;
}
//**********************************************************************
// Lcd pinout settings
sbit LCD_RS at RB4_bit;
sbit LCD_RW at RB6_bit;
sbit LCD_EN at RB7_bit;
sbit LCD_D7 at RA0_bit;
sbit LCD_D6 at RA1_bit;
sbit LCD_D5 at RA2_bit;
sbit LCD_D4 at RA3_bit;
// Pin direction
sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit;
sbit LCD_RW_Direction at TRISB6_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISB7_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISA0_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISA1_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISA2_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISA3_bit;
void init_lcd()
{
LCD_RW_Direction = 0;
LCD_RW = 0;
Lcd_Init();
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
Lcd_Out(1, 1, "GpsClock v2.10");
Delay_ms(500);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
}
//**********************************************************************
void init_timer()
{
// TIMER1の設定
PIE1.TMR1IE = 0;
PIR1.TMR1IF = 0;
T1CON.T1CKPS0 = 1;
T1CON.T1CKPS1 = 1;
T1CON.TMR1ON = 0;
TMR1L = 0;
TMR1H = 0;
// CCPの設定
PIE1.CCP1IE = 1;
PIR1.CCP1IF = 0;
CCP1CON.CCP1M3 = 1;
CCP1CON.CCP1M2 = 0;
CCP1CON.CCP1M1 = 1;
CCP1CON.CCP1M0 = 1;
CCPR1L = 0xA8; // 0.1sec...(1÷8000000)*4*8*25000
CCPR1H = 0x61; //
}
//**********************************************************************
void main()
{
//
// OSCCON = 0b01110000;
CMCON = 0b00000111;
ANSEL = 0b00000000;
TRISA = 0b10110000;
TRISB = 0b00000111;
//
LED = OFF;
GT720F = 1;
//
init_lcd();
Lcd_Chr(1, 3, ':');
Lcd_Chr(1, 6, ':');
Lcd_Chr(1, 9, '.');
//
UART1_Init(9600);
//
clock = 0;
strcpy(date, "??/??");
//
init_timer();
// 割り込みを許可する。
INTCON.PEIE = 1;
INTCON.GIE = 1;
//
T1CON.TMR1ON = 1;
//
while (1) {
//clock変数から、時、分、秒、ミリ秒を求める。
hh = clock / 36000;
mm = (clock - (36000 * (long)hh)) / 600;
ss = (clock - (36000 * (long)hh) - (600 * (long)mm)) / 10;
ms = (clock - (36000 * (long)hh) - (600 * (long)mm)) - (10 * (long)ss);
//時を表示する。
ByteToStr2(hh, buf);
Lcd_Out(1, 1, buf);
//分を表示する。
ByteToStr2(mm, buf);
Lcd_Out(1, 4, buf);
//秒を表示する。
ByteToStr2(ss, buf);
Lcd_Out(1, 7, buf);
//ミリ秒を表示する。
ByteToStr(ms, buf);
Lcd_Out(1, 10, &buf[2]);
//GPSと時刻同期する。（手動）
if (SW1 == 0) {
GT720F = 0;
clock = gps_get_clock();
GT720F = 1;
}
//GPSと時刻同期する。（自動：毎時０分０秒）
if ((SW3 == 0) && (mm == 0) && (ss == 0)) {
GT720F = 0;
clock = gps_get_clock();
GT720F = 1;
}
//ＲＳ２３２Ｃに時刻データを送信する。
if (SW4 == 0) {
while (SW4 == 0) {
Delay_ms(100);
}
LED = ON;
UART1_Write_Str("S");
UART1_Write_Str(date);
UART1_Write_Str(" ");
ByteToStr2(hh, buf);
UART1_Write_Str(buf);
UART1_Write_Str(":");
ByteToStr2(mm, buf);
UART1_Write_Str(buf);
UART1_Write_Str(":");
ByteToStr2(ss, buf);
UART1_Write_Str(buf);
UART1_Write_Str("E");
LED = OFF;
}
}
}
//**********************************************************************
===== 動作確認 =====
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-133240.png?500}}
GT-720Fは、接続線が細く切れやすいので、基板に固定し、少し太めの線に変換します。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-133304.png?500}}
左側:起動直後(時刻同期前)です。(時刻データは、現在時刻とは全く無関係です)
右側:SW1を押下すると、時刻同期が行われ、正常な現在時刻を表示します。
上の行=JST(Japan Standard Time￫日本標準時)です。
下の行の左=UTC(Coordinated Universal Time￫協定世界時)です。
下の行の右=GPSのクオリティ(1)と受信衛星数(03)です。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-133356.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-133359.png}}
簡易GPS時計V3にLCDモニター(3.3V駆動)を接続しました。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-133408.png?500}}
SW4を押下すると、LCDモニターに、送信されてきた時刻データが表示されます。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-133423.png?500}}
如何ですか?
使用するクリスタルオシレータの精度によっては、毎時零分の時刻同期ではなく、一日1回の時刻同期でも十分
実用になると思います。
<参考>
消費電流は、
* 通常時(GPS受信モジュールOFF)￫約10mA
* 校正時(GPS受信モジュールON)￫約200mA
でした。
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