Gnss node

CanGnssNode

Odbiornik GNSS z interfejsem CAN

Polowy węzeł pozycyjny z modułem GNSS Quectel L76-L (GPS/GLONASS/Galileo/QZSS) i czujnikiem orientacji (akcelerometr + magnetometr), komunikujący się cyfrowo przez CAN 2.0B. Zaprojektowany jako element rozproszonego systemu pomiarowego: wąski cylindryczny węzeł w obudowie aluminiowej, jedno złącze M12, odporność EMC klasy przemysłowej.

Status: schemat (6 arkuszy hierarchicznych) i layout PCB zakończone, pliki produkcyjne wygenerowane — przed zamówieniem prototypu. Ta sama filozofia konstrukcyjna co CanGeigerProbe (rura aluminiowa, złącze M12, zasilanie/CAN/RTC odziedziczone), sonda G-M i obwód HV zastąpione modułem GNSS i IMU. Firmware na etapie szkieletu bring-up.

Płytka

Render 3D aktualnego layoutu (KiCad 10, 4 warstwy, 76 × 29.9 mm, wycięcie pod złącze M12 na krawędzi):

Góra (TOP)	Dół (BOTTOM)

Strona TOP: ochrona wejścia, zasilanie (LT8606 + MCP1700), CAN z przełączalną terminacją, MCU, RTC z ogniwem podtrzymującym. Strona BOTTOM: tor RF — moduł L76-L, złącze antenowe U.FL (J3) i sieć dopasowania — oraz IMU; ta strona trafia pod plastikowy insert z anteną (patrz Mechanika). Pola lutownicze J1 (VIN / GND / EARTH / CAN H / CAN L) służą do podłączenia złącza M12 przewodami.

Najważniejsze cechy

• Prosty odbiornik pozycji GNSS — moduł Quectel L76-L (GPS + GLONASS + Galileo + QZSS, 33 kanały śledzenia), dane NMEA po UART, pozycja wysyłana cyklicznie na CAN.
• Czujnik orientacji — FXOS8700CQ (6 osi: akcelerometr + magnetometr, I2C) z zasilaniem przełączanym z MCU; alternatywne pola pod LSM303AGR (domyślnie niemontowany).
• Zasilanie o niskim poborze własnym — buck LT8606 (Iq 2.5 µA) i LDO MCP1700 (Iq 1.6 µA). Budżet mocy węzła jest jednak zdominowany przez odbiornik GNSS, który w akwizycji/śledzeniu pobiera o rzędy wielkości więcej niż reszta układu — realny pobór zależy od trybu pracy L76-L (Full On / Periodic / AlwaysLocate™ / Standby / Backup) wybranego w firmware i zostanie zmierzony przy bring-upie wbudowanym INA186.
• CAN 2.0B (29-bit ID) z wybudzaniem na aktywność magistrali, 125 kbit/s – 1 Mbit/s.
• Przełączalna terminacja CAN — split 2×59 Ω + 4.7 nF załączany dwoma PhotoMOS-ami z GPIO (węzeł na końcu linii vs. w środku, bez zwór).
• Pomiar własnego poboru prądu — INA186 A4 (G=200) + shunt 0.5 Ω, rozdzielczość ~2 µA/count; diagnostyka linii i weryfikacja budżetu mocy.
• Zegar czasu rzeczywistego z podtrzymaniem — MCP79410 + ogniwo MS621FE; kwarc 32.768 kHz służy też do kalibracji wewnętrznego MSI w STM32. Docelowo RTC dostaje korektę z czasu UTC dostarczanego przez GNSS po uzyskaniu fixa.
• Odporność EMC — kaskadowa ochrona coarse→fine (GDT 3-elektrodowe / TVS / CMC / podwójne ferryty) na zasilaniu i CAN, testy IEC 61000-4-2/-4/-5.
• Obudowa aluminiowa IP67, złącze M12 5-pin A-coded (standard CANopen CiA 303-1).

Specyfikacja

Architektura

M12 Vin (7-32V) ─▶ Ochrona (GDT+TVS+ferryt) ─▶ shunt 0.5Ω ─▶ LT8606 buck ─▶ +5V ─┬─▶ ATA6561 (CAN)
                                                    │                              │
                                                 INA186 ─▶ ADC                     ├─▶ MCP1700 LDO ─▶ +3.3V ─┬─▶ STM32L432
                                                                                   │                          │
                                                                                   │                MCP79410 RTC + BT1
                                                                                   │                          │
                                                                                   │                          ├─▶ FXOS8700CQ IMU (I2C, zasilanie przełączane)
                                                                                   └──────────────────────────┴─▶ Quectel L76-L ─▶ U.FL ─▶ antena GNSS
                                                                                                                          │
                                                                                                    UART (NMEA) ──────────┘
                                                                                                          │
                                                                                                    STM32L432 ─▶ parsowanie ─▶ ramki CAN z pozycją

Kluczowa cecha: wspólna masa (star ground), izolacja zapewniona wyłącznie przez TVS/GDT; Earth (obudowa) oddzielona od GND sygnałowej i łączona tylko przez Y-cap 1 nF/2 kV.

Arkusze schematu

Wyrenderowane PDF-y: schemat · PCB · interaktywny BOM.

Kluczowe komponenty

Pełna lista: prod/bom/ (generowana z KiCad, nietrackowana w git) lub interaktywny BOM.

Ramki CAN — szkic protokołu v1

Firmware jest na etapie szkieletu (peryferia zainicjalizowane, brak logiki aplikacji), więc poniższy format to zamierzenie do implementacji, nie działający kod. Trzy ramki standardowe (8 B danych), wysyłane cyklicznie po uzyskaniu fixa:

Identyfikatory CAN, dokładna semantyka pól i częstotliwość nadawania do ustalenia razem z resztą firmware (Faza 4 poniżej).

Mechanika

Rura aluminiowa 32×1 mm (Ø wewn. ≈ 30 mm) z uchwytem mocującym, IP67 — ta sama koncepcja montażu co u poprzedniej rewizji sprzętu. Różnica: zamiast górnej części z sondą pomiarową — plastikowy insert z miejscem na antenę GNSS, bo aluminium ekranuje sygnał satelitarny i antena musi „widzieć” niebo przez materiał nieprzewodzący. PCB montowane dwustronnie — strona BOTTOM (GNSS/RF) skierowana pod insert; antena podłączana przez złącze U.FL (J3) pigtailem do anteny w insercie.

Firmware

Projekt STM32CubeIDE w firmware/CanGnssNode/ — na razie szkielet wygenerowany z CubeMX (CanGnssNode.ioc) z inicjalizacją ADC1, CAN1, I2C1 i USART2 (GNSS). Logika aplikacji (parsowanie NMEA, obsługa IMU, budowa i nadawanie ramek CAN) do napisania.

Roadmap

• Faza 1 — wydzielenie nowego sub-projektu, dobór modułu GNSS (Quectel L76-L), dokumentacja zamierzenia
• Faza 2 — przebudowa schematu w KiCad: nowe arkusze GPS i IMU, usunięcie arkusza HV, aktualizacja pinów MCU
• Faza 3 — przebudowa PCB (4 warstwy, montaż dwustronny, sekcja RF), pliki produkcyjne wygenerowane
• Faza 3b — zamówienie PCB, montaż, bring-up sprzętowy
• Faza 4 — firmware (parser NMEA, protokół CAN z pozycją, synchronizacja RTC z czasem GNSS, tryby oszczędzania energii L76-L)
• Faza 5 — testy terenowe (dokładność pozycji, TTFF, zasięg anteny w obudowie), testy EMC
• Faza 6 — mechanika: rura Al 32×1 mm, plastikowy insert z anteną, testy IP67

Struktura repozytorium

.
├── media/          # rendery 3D płytki
├── pcb/            # projekt KiCad 10 (schemat hierarchiczny, PCB, biblioteki lokalne, modele 3D)
├── prod/           # pliki produkcyjne: gerbery (.zip), PDF schematu i PCB, interaktywny BOM
├── sim/            # symulacje LTspice (LT8606 buck)
└── firmware/       # projekt STM32CubeIDE (STM32L432, szkielet bring-up)

Pliki produkcyjne generowane są jobsetami KiCad: gen_prod.kicad_jobset (PDF + BOM), gen_gerber.kicad_jobset (gerbery + wiertła), gen_media.kicad_jobset (rendery 3D).

Referencje

• Quectel L76 & L76-L Hardware Design (GNSS Module Series), v3.2 — pinout, elektryka, projekt anteny
• NMEA 0183 — format komunikatów wyjściowych GNSS
• STM32L432: RM0394, DS11453; bxCAN: AN2606, AN5028
• LT8606 (Analog Devices), MCP1700 / MCP79410 / ATA6561 (Microchip), INA186 (TI), FXOS8700CQ (NXP)
• IEC 61000-4-2/-4/-5; EN 61326-1; EN 61000-6-2
• CAN 2.0B: ISO 11898-1/-2; CANopen CiA 301, CiA 303-1; M12: IEC 61076-2-101

Licencja

MIT