Raspberry Piに「みちびき」対応GPSモジュールを接続

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シングルボードコンピュータ

Raspberry Piに「みちびき」対応のGPSモジュールを接続して、高精度の位置情報と時刻を取得したいと思います。

Raspberry Piに「みちびき」対応GPSモジュールを接続

使用する材料

Raspberry Pi本体

[amazonjs asin=”B07BFH96M3″ locale=”JP” title=”RSコンポーネントRaspberry Pi 3 B +マザーボード”][amazonjs asin=”B0799CQCTF” locale=”JP” title=”Raspberry Pi Zero WH Starter Kit 8GB”]この記事の設定は、Wi-Fi内蔵のRaspberry Pi 3及びPi Zero W用の設定になります。Wi-Fi無しのモデル(Pi 2、Pi Zero)はUART端子の設定が異なりますのでご注意下さい。

GPSモジュール

GPS受信機キット 1PPS出力付き「みちびき」対応

秋月電子通商さんの『GPS受信機キット 1PPS出力付き「みちびき」対応』を使用させて頂きました。基板へ部品実装済みですが、コネクタと電池ボックスをハンダ付けする必要がありました。

※18.3.29追記：2018年11月以降予定の4機のみちびき正式運用に対応した、新しいGPS受信機キットが発売されるようです(4機すべてに対応かどうかは未確認です)。詳細は秋月電子通商さんのページを御覧ください。既存のGPSモジュールも、ファームウェアアップデートで対応して頂けるのでしょうか？

ケーブル

[amazonjs asin=”B06Y48V9DL” locale=”JP” title=”ELEGOO 120pcs多色デュポンワイヤー、arduino用ワイヤ—ゲ—ジ28AWG オス-メスオス-オスメス –メス　ブレッドボードジャンパーワイヤー”]配線は、ジャンパーワイヤーのメス-メスを使用しました。

配線図

GPSモジュールの信号線は3.3Vですが、Raspberry PiのGPIOも3.3Vですので、そのまま接続すればOKのようです。図のように、GPSモジュールをUART端子に接続しました。

1PPS端子をGPIO18に接続することで、シンプルな一直線な配線で済みました。

ジャンパーワイヤーの色は抵抗値のカラーコードになっています。茶色が1、赤が2、緑が5になりますので、その順番で配線した感じです。端子の親和性が高いおかげで配線がシンプルになりました。ありがたいですね。

時刻・位置情報の受信設定

OSはRaspbianのStretch版を使用しました。Raspbianの設定はこちらの情報を参考にさせて頂きましたが、gpsdでppsを読み込む設定など、いくつか工夫を織り込ませて頂きました。

コンソールをserial０からtty1へ変更

UARTを使用する都合から。まずは、シリアルコンソールを無効にします。

/boot/cmdline.txtを編集し、既存のdwc_ort.lpm_enableをコメントアウトして、コンソールをserial0からtty1に変更します。

sudo nano /boot/cmdline.txt

#dwc_otg.lpm_enable=0 console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=2924e30a-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait
dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

systemdの設定を変更し、シリアルコンソールを無効化します。
Pi 3, Pi Zero W:
```
sudo systemctl stop serial-getty@ttyS0.service
sudo systemctl disable serial-getty@ttyS0.service
```
/boot/config.txtを編集し、UARTを有効にします。
```
sudo nano /boot/config.txt
```
次の1行を追加します。
```
enable_uart=1
```

タイムパルスの受信設定

Raspberry PiのGPIO端子に1PPS出力の配線を行いました。タイムパルスを受信できるように設定しましょう。

/boot/config.txtを編集し、dtoverlay行を追加します。
```
sudo nano /boot/config.txt
```
次の1行を追加します。
```
dtoverlay=pps-gpio,gpiopin=18
```
※20.7.5追記:「,assert_falling_edge=true」付きが正しいとのご指摘を頂きましたため追記致します。
```
dtoverlay=pps-gpio,gpiopin=18,assert_falling_edge=true
```
/etc/modulesを編集し、pps-gpioを追加します。
```
sudo nano /etc/modules
```
次の1行を追加します。
```
pps-gpio
```
再起動すると、pps-gpioモジュールが読み込まれ、1PPS信号を受信することができます。
```
sudo reboot
```

GPS関連ツールのインストール

gpsdとpps-toolsをインストールします。
```
sudo apt-get install gpsd gpsd-clients pps-tools
```

gpsd設定

/etc/default/gpsdを編集し、gpsdの接続デバイスとオプションを設定します。GPSモジュールにバッテリーを接続、ポーリングは行わないため、-nオプションを有効にしました。
```
sudo nano /etc/default/gpsd
```
Pi 3, Pi Zero W:
```
START_DAEMON="true"
DEVICES="/dev/ttyS0 /dev/pps0"
GPSD_OPTIONS="-n"
```
systemdの設定を変更し、gpsd.socketを有効にします。
```
sudo systemctl enable gpsd.socket
```
再起動すると/dev/ttyS0と/dev/pps0をターゲットデバイスとしてgpsdが起動します。
```
sudo reboot
```

GPS信号の受信確認

窓際など、空が直接見える位置へ、GPSモジュールを水平に(アンテナ部が天頂を向くように)配置します。
1PPS信号は1秒おきに出力されるようです。ppstestを実行すると、1秒おきに受信したPPS情報が表示されます。
```
sudo ppstest /dev/pps0
```
gpsmonを起動します。位置情報が表示されるかどうか、1PPS信号を受信できているか確認します。
```
gpsmon
```

以上で、Raspberry PiにGPSモジュールを接続し、時刻・位置情報と、1PPS情報を受信できるかどうか確認が完了しました。

受信したGPS情報は、時刻同期サーバやGPSロガー等に活用することができます。

まあ、とりあえず配線と下準備が終わりましたということで・・・・活用方法は、別の記事でご紹介できればと考えています。

ではまたお会い致しましょう！

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