Utilizza un modulo GNSS per aggiungere la navigazione al tuo prodotto

Creato: ottobre 20, 2020
Aggiornato: luglio 1, 2024

Ricordo quando ho comprato la mia prima auto e i miei genitori mi hanno regalato un'unità GPS aftermarket per il mio compleanno. L'oggetto era ingombrante e si attaccava al parabrezza con una ventosa, ed era più un pugno in un occhio che un'unità di navigazione usata frequentemente. Oggi, questi sistemi sono molto più piccoli e precisi, grazie a una maggiore integrazione a livello di scheda e componente.

Se vuoi aggiungere capacità di navigazione GPS precise al tuo nuovo prodotto, un modulo GNSS ti offre un posizionamento accurato in un piccolo pacchetto. Invece di usare componenti separati per costruire un modulo personalizzato e una catena di segnale sulla tua scheda, puoi usare un modulo preconfezionato per risparmiare sul numero di parti e sullo spazio sulla scheda. Questi moduli incorporano l'antenna richiesta, amplificatori, componenti di condizionamento del segnale e altri componenti in un pacchetto compatto.

Cosa c'è in un modulo GNSS?

Un modulo GNSS è progettato per fornire posizionamento globale utilizzando più costellazioni di satelliti. I prodotti mobili che attraverseranno i confini o che rischiano di viaggiare al di fuori delle aree accessibili al GPS dovrebbero usare un modulo GNSS per accedere a un diverso sistema regionale (GLONASS, Galileo, BeiDou e/o QZSS).

Un modulo GNSS è molto simile ad altri system-on-modules (SoMs) nel senso che integra più componenti in un piccolo PCB. Questo può poi essere facilmente aggiunto alla tua scheda principale tramite un connettore a bordo, una connessione surface-mount o un connettore coassiale. L'idea è di preconfezionare tutti i componenti richiesti necessari per l'acquisizione del segnale, l'amplificazione/filtraggio e l'output dei dati sulla posizione tramite un'interfaccia standard (SPI, UART, ecc.). Alcuni moduli GNSS includono un'antenna integrata, sia come antenna a patch stampata che come antenna a chip ceramico.

Questi moduli includono anche LNA integrati e filtri per catturare un segnale GNSS dall'antenna. L'input può o non può essere adattato in impedenza, quindi assicurati di controllare i tuoi fogli dati. Generalmente sarà necessario fornire un adattamento di impedenza, che dipenderà dall'antenna esatta utilizzata per catturare il segnale. Un ulteriore amplificatore RF nella catena di segnale non dovrebbe essere usato poiché ciò causerà la saturazione dell'amplificatore di ingresso e produrrà forti prodotti di intermodulazione.

Diagramma a blocchi tipico per un modulo GNSS.

Sia che tu usi un modulo GNSS integrato o che tu costruisca qualcosa di personalizzato, l'interfaccia digitale di output fornirà dati di posizione tramite un protocollo standard. UART e I2C sono i più comuni, ma è disponibile anche SPI. Alcuni moduli possono essere facilmente integrati in un sistema informatico tramite USB, consentendo un'interfaccia semplice con un'applicazione host o un'applicazione web. Usare un modulo GNSS preconfezionato con USB integrato rende anche lo sviluppo dell'applicazione più semplice prima di costruire un modulo personalizzato.

Opzioni del modulo GNSS

Invece di utilizzare componenti separati per costruire un modulo GPS personalizzato per il tuo nuovo prodotto, dai un'occhiata ad alcune delle opzioni di moduli GNSS qui sotto. Questi moduli GNSS preconfezionati possono fornire le stesse capacità insieme ad altre funzionalità integrate e con un ingombro minore.

I moduli mostrati qui sotto non includono un'antenna integrata e sono opzioni essenziali per l'integrazione in una scheda principale. I produttori mostrati qui sotto e altri produttori offrono moduli della stessa linea di prodotti che includono antenne o interfacce digitali aggiuntive.

U-blox, NEO-M8P-2

Il modulo GNSS NEO-M8P-2 di U-blox è una delle opzioni più comuni per i nuovi prodotti IoT. Questo ricevitore GNSS consente la ricezione e il tracciamento contemporanei su più sistemi GNSS. Questi ricevitori sono configurati per la ricezione contemporanea di GPS e GLONASS di default, o può essere utilizzata una combinazione di BeiDou e GPS. Questo componente a montaggio superficiale è facile da posizionare su una PCB e include tutto tranne un'antenna e un MCU host. I dati sono forniti tramite UART, SPI, un'interfaccia DCC conforme a I2C, o tramite un PHY USB 2.0 integrato.

Il modulo GNSS U-blox NEO-M8P-2 supporta una modalità di funzionamento rover tra due moduli differenti. Un modulo fisso e un modulo rover possono comunicare utilizzando una serie di messaggi RTCM 3. Un'altra configurazione è impostare il NEO-M8P-2 come una stazione base statica o mobile. Questi moduli includono anche il supporto integrato per applicazioni come il geofencing e il rilevamento dell'atteggiamento.

Diagramma a blocchi del modulo GNSS NEO-M8P-2. Dal datasheet NEO-M8P-2.

STMicroelectronics, TESEO-LIV3R

Il TESEO-LIV3R di STMicroelectronics è un modulo GNSS a montaggio superficiale a basso consumo, con alta sensibilità e supporto multi-costellazione (GPS/Glonass/BeiDou/QZSS). Questo modulo ha un ingombro minore rispetto ad altri prodotti GNSS, sebbene non includa un'antenna integrata, reti di adattamento o condizionamento di potenza. Tuttavia, include un orologio a basso rumore integrato.

I dati di posizionamento sono forniti da questo componente tramite I2C o UART. Questo modulo include il supporto per applicazioni come il geofencing, odometri, GPS differenziale e prodotti IoT. Se la comunicazione USB 2.0 integrata non è necessaria, questo modulo GNSS fornisce un posizionamento e una navigazione accurati con un costo inferiore e un ingombro minore rispetto al precedente modulo U-blox.

Modulo GNSS TESEO LIV3R di STMicroelectronics. Dal datasheet TESEO LIV3R.

mikroElectronica, MIKROE-2670

Se stai cercando una soluzione preconfezionata per lo sviluppo o la produzione, il modulo GNSS MIKROE-2670 di mikroElectronica è un modulo compatto che può agire come soluzione di tracciamento GPS in concerto con un MCU ospite. I dati di posizionamento possono essere catturati dal modulo dall'MCU ospite tramite un cavo micro USB 2.0, I2C o UART. Basta aggiungere un'antenna attiva compatibile con GPS e una batteria ricaricabile, e confezionare il modulo con una scheda MCU per creare una soluzione GNSS completa.

Modulo GNSS completo alimentato a batteria di mikroElectronica.

Altri Componenti per Supportare i Moduli GNSS

I prodotti mostrati sopra non includono un'antenna integrata, sebbene siano disponibili altri moduli che includono un'antenna patch integrata o un'antenna a chip ceramico. Qualsiasi prodotto con un modulo GNSS avrà bisogno di altri componenti per il pieno funzionamento del sistema. Ecco alcuni degli altri componenti di cui avrai bisogno per il tuo sistema di posizionamento e navigazione:

Sempre più prodotti includono capacità di posizionamento e navigazione, che vanno dai prodotti IoT alla robotica e ai veicoli autonomi. Quando devi selezionare un modulo GNSS per il tuo prodotto, prova a utilizzare le funzionalità avanzate di ricerca e filtraggio in Octopart. Utilizzando Octopart, avrai una soluzione completa per l'approvvigionamento e la gestione della catena di fornitura. Dai un'occhiata alla nostra pagina sui circuiti integrati per iniziare a cercare i componenti di cui hai bisogno.

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