GPSモジュール選定ガイド
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近年、さまざまな種類のGPSモジュールをリリースしてきました。それらを詳しく見て、あなたに最適なものを見つけましょう！
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GPSとGPSモジュールの紹介
グローバルポジショニングシステム（GPS）デバイスの1つは、衛星からのデータを利用して地球上の特定の地点を特定する「三辺測量」と呼ばれるプロセスを使用します。一方、GPS受信機は、無線信号を使用して衛星までの距離を測定し、三辺測量を行います。三辺測量は角度を測定する三角測量に似ており、以下の図で説明されています（Tim Gunther, 2020）。GPSモジュールには小型プロセッサとアンテナが含まれており、専用のRF周波数を介して衛星から送信されるデータを直接受信します。これにより、モジュールは各可視衛星からタイムスタンプを受信し、その他のデータも受信します。モジュールのアンテナが4つ以上の衛星を検出できる場合、位置と時間を正確に計算することができます。
よく知られている4つのグローバルナビゲーション衛星システムには、GPS、BDS（北斗）、GLONASS、GALILEOがあります。最も早く登場したのはアメリカのGPS（グローバルポジショニングシステム）で、現時点で最も完成された技術です。BDS、GLONASS、GALILEOは世界の他の主要な衛星ナビゲーションシステムとなり、現在近代化が進行中です。
以下の2つのGPSモジュールを紹介し、比較します：
これらのGPSモジュールはArduinoおよびRaspberry Piと互換性があり、簡単に試してみることができます。Grove - GPS(Air530)に搭載されているAir530モジュールは、高性能で高度に統合されたマルチモード衛星測位およびナビゲーションモジュールです。GPS / 北斗 / GLONASS / Galileo / QZSS / SBASをサポートしており、車のナビゲーション、スマートウェア、ドローンなどのGNSS測位アプリケーションに適しています。また、Air530モジュールはNMEA 0183 V4.1プロトコルをサポートしており、以前のバージョンとも互換性があります。
一方、Grove - GPSモジュールのE-1612-UBモジュールシリーズは、高性能なu-blox 5測位エンジンを搭載したスタンドアロンGPS受信機のファミリーです。50チャンネルのu-blox 5測位エンジンは、1秒未満のTime-To-First-Fix（TTFF）を誇ります。専用の取得エンジンは100万以上の相関器を備えており、大規模な並列時間/周波数空間検索を可能にし、衛星を瞬時に見つけることができます。
動作原理
GPSモジュールの原理を理解することは、購入前に重要です。以下の表は関連情報を提供しています。
適用分野
GPSモジュールには多くの利用方法があります。特に、これらのGPSモジュールの応用によって多くの社会活動が展開可能です。そのため、GPSモジュールは環境測定、交通、緊急救助、農業、エンターテインメントなど、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。
| 適用分野 | 機能 |
|---|---|
測定 | 搬送波位相差分技術（RTK）を使用して、2つの観測ステーションの搬送波位相をリアルタイムで処理し、精度はセンチメートルレベルです。測定結果はWGS84座標で統一され、情報は自動的に受信および保存されるため、煩雑な中間処理を削減します。 |
交通 | GPSモジュールは、自律航行、港湾管理と進入ガイダンス、ルート交通管理、追跡と監視に使用できます。車載機器はGPSを使用して正確な位置を特定し、電子地図とリアルタイムの交通状況を組み合わせて最適なルートを自動的に選択し、車両の自律航行を実現します。 |
緊急救助 | GPS位置特定技術を使用して、消防、救急車、警察の緊急派遣を行い、火災、犯罪現場、交通事故、交通渋滞などの緊急事態に対する緊急対応部門の効率を向上させます。GPSモジュールを搭載した漁船は、危険な状況が発生した際に迅速に位置を特定し、警報を発することで、より迅速かつタイムリーに救助を受けることができます。 |
農業 | GPSモジュールは、収量監視、土壌サンプル収集などを含む農地情報の位置特定と取得に使用されます。コンピューターシステムはデータを分析・処理することで農地区画の管理措置を決定し、収量と土壌状態の情報をGPS機器にロードします。スプレー散布機では、農地に正確に肥料を散布し、噴霧を行うことができます。 |
エンターテインメント | GPSモジュールを通じて、人々は見知らぬ都市で目的地を迅速に見つけ、最適なルートで移動できます。キャンプをする人々はGPS受信機を携帯して適切なキャンプ地を迅速に見つけることができ、迷子になる心配がありません。さらに、一部の高級ビデオゲームではGPSシミュレーション技術も使用されています。 |
Seeed の GPS モジュール
| 名前 | サムネイル | サイズ | 更新レート | ボーレート | ナビゲーション感度 | 電力要件 | チャンネル数 | 初回起動時間 | アンテナ | 精度 | 購入リンク |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Grove – GPS Module |  | 40mm x 20mm x 13mm | 1Hz, 最大10Hz | 9,600bps – 115,200bps | -160dBm | 3.3V - 5V | 22トラッキング、66チャンネル | コールドスタート: 13秒; ウォームスタート: 1-2秒; ホットスタート: <1秒 | アンテナ付属 | 2.5m GPS水平位置精度 | 今すぐ注文 |
| Grove – GPS (Air530) |  | 40mm x 20mm x 13mm | / | デフォルト 9,600bps | -148dB | 3.3V - 5V | / | コールドスタート: 27秒; ウォームスタート: 4秒; | アンテナ付属 | 2.5m 水平位置精度 | 今すぐ注文 |
どちらのGPSモジュールが優れているか
より良い電力消費
Grove – GPS (Air530) は超低消費電力で、わずか31uA、低電力モードでは0.85mAで動作します。そのため、より低消費電力のGPSモジュールとして優れています。
拡張性
最大更新レートが高いGrove - GPSは、より高速で移動する物体を含むプロジェクトに使用することができます。さらに、より多くのチャンネルを開放することで、他の用途にも対応可能です。Grove- GPS (Air530)はマルチモード衛星測位とナビゲーションを備え、同時に6つ以上の衛星をサポートします。
精度
水平位置精度2.5m、高位置精度3.5m、速度精度0.1m/s、時間転送精度30nsを特徴とするGrove - GPS (Air530)は、信号が悪い状況でも迅速かつ正確に位置を特定することができます。
プロジェクト
GPS/GPRSトラッカーのプロジェクト: この新しいプロジェクトでは、GPSトラッカーをGPRS技術とMQTTプロトコルを使用して接続する方法を紹介します。
車両追跡システム: GPSモジュールを選んだら、ArduinoとGPSモジュールを使ってできるプロジェクトをいくつか紹介します。詳細情報はこちらをご覧ください。
LEDバイクスピードメーター: 自分がどれだけ速く走っているか知りたいですか？このDIYバイクスピードメーターでは、GPS技術を使用して速度を測定し、どれだけ速く走っているかを確認できます。また、速度をライダーに示すRGB LEDも搭載しています。詳細情報はこちらをご覧ください。
個人GPSアシスタント: このプロジェクトは、人や物を監視し、その位置や接続されたセンサーの値を継続的に知らせるデバイスです。センサーの制限値を設定する機能があり、これを超えるとSMSアラートが送信されます。また、特定の場所からの制限を設定することができ、デバイスがそのエリアを離れると通知が届きます。さらに、SMSを通じてデバイスと通信し、情報を取得することも可能です。
詳細情報はこちらをご覧ください。
リソース
[参考] 三角測量に関する Tim Gunther, National Geographic (2020)
[ZIP] E-1612-UB データシート
[ZIP] Air530 データシート
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