GPS受信モジュールの感度を安定させる(グランドプレーンにゃ)






昨年から始めたカヤックフィッシングで利用しようと開発継続中の装置があります。




まだまだ試行錯誤中で、全容をお見せするところまで到達していません。




でも、内蔵するGPSモジュールの実装方法で大きく影響を受ける経験をしたのでその記事です。




装置にはラズベリーパイ3(以下 rpi3)を使って制御をしています。




このrpi3とGPS受信機モジュールを組み合わせてナビゲーションをしようと考えていたのですが、GPSがなかなか衛星情報を捉えてくれません。




GPSモジュールは秋月電子で購入した、GPS受信機キット 1PPS出力付き 「みちびき」対応 です。




セラミック部品などでも有名な太陽誘電のGPSモジュールで、付随する回路、ピン配列もrpi3にピッタリで、配線も簡単です。




GPSならこの場所もわかるの?





これをrpi3の上に拡張基板をおいて、GPSを取り付けてみました。




実際に広い海原の上においても、測位が安定しません。。。。なんで?? 




GPSは宇宙にあるGPS衛星の電波を捉える受信機です。つまりラジオ。




ラジオを作って受信がうまくできない場合、受けている電波が弱いか、周りの機器からのノイズが影響を受けてGPSからの信号がかき消されているかのいずれかでしょう。




rpi3の発するノイズなどの影響を受けているのではないか? と考えその対策を検討しました。




周りの機器からのノイズ影響を減らすには、距離を離すのが効果的。距離の2乗に反比例してノイズが減ります。




でも狭い場所に実装する場合には限りがあります。




最初はrpi3が発するEMIノイズ(電磁波妨害)を減らしてやろうとファラデーケージに基づくシールドボックスを作ろうと考えました。




が、しかし。rpi3には内蔵するWifi,ブルートゥースモジュールがありますからシールドしてしまうとその機能が使えなくなってしまいます。




うーむ。それでは衛星から受信する電波を安定して受ける方法を考え、ではモジュールの下にグランドプレーンを設けることとしました。




グランドプレーンは、電磁波的に仮想の地球の地面を設けたのと類似の効果を得ることができるものです。




グランドプレーンは導体(金属)の板を単純に配置するだけで実装完了です。 他の装置と電気的に接続することも不要です。




ただし、静電気破壊、安全性などの配慮から他の回路と電気的接続する場合が多いでしょう。




今回の場合はそんな配慮も不要なシステムと思われるので、銅板を単純に配置しただけです。




GPSの受信感度はおおよそ1500MHzです。 波長は20cm。4分の1波長以上の平面を用意してあげれば行けそう。




GPS受信機のアンテナを中心として5cmの半径を確保すればなんとかなりそうですが現実面ではそれほど大きな板を置く場所がないのと、




ホームセンターで手頃な価格で加工しやすそうな薄い銅板は5cmx10cmのものでした。




グランドプレーンは端っこを少し曲げてもその効果は維持されると聞いた記憶があるので、装置に入るように端は曲げてしまいます。




で、完成状態は以下のようなものです。




銅板の上にはモジュール基板を両面テープで止めてあるだけです。














効果は絶大。 衛星の天空位置にもよると思いますが、庭においてあっても捕捉までに何分もかかるケースがあったものが、モジュールの仕様である、41秒過ぎには捕捉できるようになりました。




SNR(信号雑音比)などを数値で測定していませんので、効果はあくまでも個人の感想です。(笑)




私のプロジェクトではGPS受信機をバッテリでバックアップすることを考えていませんので、コイン電池ホルダーはモジュールにつけていません。




ですから、グランドプレーンにモジュールを密着(絶縁は両面テープ。汗)させることができています。 コイン電池を必須とされる方の場合は実装方法に工夫が必要かもしれません。




GPSをこのツメで。。。





今シーズン初のカヤックフィッシング(疲れたー。でも夕食は最高)






昨日は今シーズン最初のカヤックフィッシングに「家人」とともにでかけました。




夢は大タイ。これまで準備したカヤック装備のテストも兼ねます。




実際に出てみると、二人共体力低下? 昨年やっていたことをすっかり忘れていて貧果に泣きました。




以下の映像は、カヤックに搭載した海図ナビ、映像録画装置が撮影した映像を編集したものです。









取り付けたカメラは本命のロジテックC930eは使わず、手持ちの古いカメラロジクールC525(ロジテックとロジクールは同じ会社の米国と日本でのブランドです。あえて使い分けています。)を使いました。




もっとカメラを離して、画角を広く取らないと二人分の姿を撮影するのは難しいと理解しました。




発進基地としている三浦半島 和田長浜は連休のファミリー連れで大賑わい。 砂浜中、バーベキューの香りが満ちていました。




前日からテントで宿泊している人たちもいました。




朝はベタ凪。でも曇で気温も低くて寒かったです。 9時過ぎには日も差し始めて暖かくなりました。




昨シーズンにカヤックのスカッパーホールに亀裂が入ってしまい、それを知らずに出艇したもんで危うく遭難しかけた経験を元に、カヤック内の浸水を検知するブザーも追加。




今回は修理の結果も順調で、このブザーのお世話になることもありませんでした。




体力低下であまり沖に行くのは危険と思い、浅場での釣りに。




海図ナビはGPSの衛星補足の時間がかかりましたが、現在地の捕捉には問題なし。




問題は、1秒毎の現在地更新が早すぎるようで、Kindleの電池消耗が意外に早かったことです。




ゆっくり移動するカヤックですから、2秒あるいは3秒に一回程度の更新間隔で、十分な気がします。




あとは利用する海図のデータですね。インターネットで拾った釣りのポイント画像を地図に貼り付けましたが、画像の精度が今ひとつ。




正確な状況を掌握するのは困難でした。




良い海底地形図を手に入れて見たいと思います。




そちらの画像を撮影する余裕もありませんでしたが、実用化をめざし今後報告したいと思います。




一方釣りの方は不調でした。 




わずかに釣れた魚(カサゴ27cm)と、帰りに立ち寄った産地直売の三浦野菜を使ってみんなで夕食を作りました。




産直のおばさんのおすすめ。サラダ用ほうれん草のサラダ。




ごま油を熱してかけまわします。香ばしいサラダです。





ポテトサラダ。





ポテトと玉ねぎ、セロリを使ったビシソワーズ(冷製スープ)





定番アクアパッツア。甘海老がやすかったのとシーフードミックスもたっぷり入れました。(今日は白ワインの代わりに日本酒利用)





先日、甲府に遊びに行った家人が買ってきたおみやげの甲州ワイン。おいしそう





こちらは手作りピザ。





ピザ、アップ写真。トマトとモッツァレラチーズ。厚めの生地で周りをバーナーで焦がしました。





並んだも一枚のアップ写真。





他にもシーフード、ジェノベーゼソース、たけのこときのこ いろいろ手作りピザを楽しみました。(食べ始めたら写真撮影忘れました。)




美味しい甲州ワイン(超さっぱり味)で口をゆすぎながらの楽しい夕食の一時でした。




疲れきってバタンキューと寝たら今日は全身筋肉痛です。とほほ。

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カヤックフィッシングの準備 その1(便利な道具を作る 海図・映像録画)






昨年(2016年)からカヤックフィッシングを始めたんです。









より自由にいろんな魚を釣りたいという考えから。。。




自由=自分でなんでもやらなくちゃ。




魚のいる場所を的確にポイントしないと魚は釣れません。




最近はスマホでいろいろとできることはわかっているんですが、水没したりコストも高いし、操作も面倒です。




やりたいことをするのに揺れるカヤックの上でスマホを見つめていたら間違いなく船酔いモードです。




実用性が高いシンプルなものを自作することにしました。以下は検討した内容です。




1.ディスプレイの部









ディスプレイはE-Ink。太陽光の下でも視認性が高く、消費電力が小さいのでグッド。 でもE-Inkディスプレイだけを購入したり細かい配線をしたりはしたくありません。




幸い、アマゾンのKindle(キンドル)がE-Inkを採用しています。ここにいろいろとアプリを導入することも調べてみましたが、 そんなにプログラム開発に時間もかけていられないこと、GPSレシーバー機能も入っていないし、USBメモリも外付けするのは難しそうです。




キンドルにはWifi接続機能があるのと、試験的(Experimental)なWEBブラウザが組み込まれています。 GPSと地図情報を保持したサーバを準備すれば、ディスプレイ部分としてワイヤレスで手元に表示させておくことができそうです。




我が家のadmin君がプレミアムアカウントを持っていたので、格安8000円台でKindleをゲット(PaperWhiteではありません)




海にでている間はずっと海図を表示し続けることになるので、触らない間にスクリーンセーバーが働かないように、KindleをJailBreakしてスクリーンセーバーを禁止できるようにしておきます。




もちろん防水ではないので、防水バッグも作っておきます。




2.地図サーバ、GPS、ロガー









これまでにも使い慣れている、ラズベリーパイを使ってこの部分を作成することにしました。




最新のラズベリーパイ3が大幅に高性能になっているのと、Wifi機能が実装済みなのでこれをゲット。




Raspbianという標準のOSを最小限のパッケージでインストールします。デスクトップ機能はもちろん使いません。




地図サーバはWEBサーバ形式で提供します。 サーバソフトそのものは使い慣れているApache、PHPを使いますが、地図サーバ部分はOpenlayersを利用します。




OpenStreetMapというオープンソースの地図データを使う地域分ダウンロードして、このサーバの中に保存します。




インターネットにある、荒崎付近の釣りポイント図も地図に重ねて表示できるようにします。




釣りをしているときにはもっぱら自分の位置が海図上のどこにいるのかがわかれば良いように思うので、GPSで測定した現在地を地図の中心に据えて表示することにしました。




1秒ごとにGPSのデータに基づき、地図の表示場所を更新するようにします。




GPSデータは、秋月電子で売っているGPS受信式を使います。ラズベリーパイ3に直結できるので配線するだけで簡単です。




GPS受信機はラズベリーパイのシリアルポートに直結。デフォルト状態で使うようにしています。




gpsdという大変便利なgpsデータ処理サーバソフトがあるのでこれを使ってGPSデータを受信しておきます。




* 地図表示の現在地確認
* GPSロガーのデータ保存
* NTPによりOSの時刻データを同期





この3つの非同期プロセスを処理するにはgpsdが一番良いだろうと考えました。




3.映像撮影と保存









もともとあまりこの機能を盛り込むことは考えていなかったのですが、ラズベリーパイ3で高性能になったので組み込むことにしました。




装置にスイッチをつけて、魚が釣れたときのGPSデータや魚種を記録しておくことはとても重要ですが、操作が面倒です。




それなら釣っている人と魚種が分かりそうな程度の解像度と画角で1日分まるごと録画してしまえば、家に帰ってから正確に場所と魚種、釣れた時刻がわかることになり、反省の材料になります。




カメラは使い慣れているUSBカメラを利用します。




LogitechC920を以前は使っていましたが画角の広いC930eを入手。




これが間違いのもとで、なかなか計画通りに高画質録画ができません。(苦労談は別途)




カメラは座席の後ろのフラグ用のマストの途中に取り付けて、タンデムの釣座を眺めるように撮影するつもりです。




以下はその概要を示す図です。










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エソはすり身がおいしい(釣り報告)






以前に釣行していた写真です。




このときは、なかなか釣れなくてやっと釣り上げた魚たち。




おかずとしておいしくいただきました。




定番のカサゴ、めずらしく大きなアナゴ。 そしてエソです。




IMGP9013




どれも30㎝近い大物で、アナゴは全長60㎝ぐらいあります。




エソがとっても大きくて、引きもなかなかでした。




で、料理です。




こちらも定番のカサゴのアクアパッツア IMGP9019




カサゴのお刺身。大きかったのでたっぷりあります。 IMGP9021




アナゴは味を楽しむために白焼きに。 IMGP9028




アナゴはまな板に乗りきらないので、先に半分にしてから背開きにするのが定番です。




が、その情報をつかむ前に作業を始めてしまいました。 苦労して背開きにしました。




半分にしたら、串を刺します。皮と身の間にうまく刺しましょう。竹串なので露出すると焦げてしまいます。




まずはお酒に浸して、簡単に蒸してから、グリルで白焼きに。




これは抜群のおいしさ。




こちらはエソ2匹を使ってすり身の吸い物に。 IMGP9018




うろこを取ります。




はらわた、頭を取って中を丁寧に洗います。




3枚におろしてから、皮を取ります。




皮をまな板に当てて、皮を引っ張りながら包丁を動かして引いていきます。




中骨以外の骨は柔らかいので、そのままに包丁で丁寧にたたいていきます。




丁寧にたたきます。




次に、すり鉢にすり身を入れて、塩少々でさらにすり身を仕上げていきます。




卵白を2個分加えてさらにスリマス。 さらに片栗粉を加えます。




白だしなどを使ってあっさりと仕上げただし汁を温めます。




練りあがったすり身を適当な大きさにしてだし汁に落とします。




仕上げに三つ葉なんぞを入れたら最高ですね。




これは至福の味。 こんなにおいしいとは思いませんでした。 エソ最高。




おまけのトマト。 IMGP9022




釣りを終えて魚を処理していると、おすそ分けを狙うねこがいます。




我が家のねこたちは、カリカリキャットフード、カツオ缶程度しか味をしらないのですが、




新鮮な魚の破片をあげたら、信奉者になってしまいました。




マー君とピート君です。




毛刈り前のマー君。 IMGP8997




ピート。KYないつもの顔です。 IMGP8033R




釣りから帰ると、キッチンで喜んで迎えてくれるようになりました。





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