Module GPS NEO6MV2

Présentation

Cette carte donne à un montage une position, une vitesse et une heure exacte. Elle réunit le récepteur u-blox NEO-6M, l’un des plus répandus de l’électronique embarquée, son horloge à quartz, son régulateur et sa pile de sauvegarde sur un circuit imprimé à quatre trous de fixation. Le microcontrôleur n’a rien à calculer de la partie radio : le module suit seul les satellites et déverse sur sa sortie série des trames NMEA 0183 en clair, que la carte se contente de lire.

Quatre broches suffisent à le faire fonctionner : l’alimentation, la masse, et la liaison série croisée avec la carte de commande. Le module est présenté avec son antenne patch en céramique, reliée au bord de la carte par un câble fin : c’est cette antenne qu’il faut poser face au ciel, la carte pouvant rester enfermée dans un boîtier en plastique. Une LED de signalisation rend l’état lisible sans instrument : allumée fixe tant qu’aucun point n’est obtenu, clignotante une fois par seconde dès que la position est calculée.

Caractéristiques techniques

Brochage

Les repères sont imprimés sur la carte, ce qui évite l’erreur la plus fréquente : croiser les deux lignes de données. La sortie du module se branche sur l’entrée de la carte, et non sur l’entrée du même nom.

Alimentation et niveaux logiques

Le régulateur embarqué accepte aussi bien une alimentation 5 V qu’une alimentation 3,3 V : une carte Arduino Uno alimentée par son câble USB convient directement, et une carte ESP32 se branche sur sa sortie 3,3 V. Le module consomme environ 45 mA, une valeur sans conséquence pour un port USB.

La ligne TX du module sort en 3,3 V : elle est lue sans problème par une entrée 5 V, ce qui permet de la raccorder telle quelle à une carte Arduino. Dans l’autre sens, c’est à dire quand la carte en 5 V pilote la broche RX du module, intercaler un pont diviseur de tension (par exemple une résistance de 1 kiloohm en série et une de 2 kiloohms vers la masse) : la broche RX du NEO-6M n’est pas conçue pour recevoir une tension de 5 V. Pour une simple lecture des trames, rien n’est à prévoir puisque cette broche reste libre.

Mise en place de l’antenne et acquisition

Un récepteur GPS ne fonctionne pas comme un module radio ordinaire : le signal reçu depuis l’orbite est extrêmement faible, et trois règles décident du résultat.

• Le ciel dégagé passe avant tout le reste. À l’intérieur d’un bâtiment, les murs et le béton armé atténuent le signal au point qu’aucun point n’est obtenu, même au bout de plusieurs minutes. Une fenêtre, un balcon ou une terrasse changent tout.
• L’antenne se pose à plat, face vers le haut, sur une surface non métallique. Une plaque d’acier, un capot ou un coffret métallique juste sous l’antenne la rendent muette. Un support plastique ou un morceau de contreplaqué convient.
• Le câble de l’antenne ne se plie pas à angle droit et ne doit pas cheminer le long d’un moteur, d’un convertisseur ou d’un câble d’alimentation. La première acquisition peut demander plusieurs dizaines de secondes ; les suivantes, lorsque la pile de sauvegarde est chargée, prennent environ une seconde.

La LED sert de repère pendant cette attente : tant qu’elle reste allumée fixe, le module cherche les satellites ; dès qu’elle clignote une fois par seconde, la position est calculée et la broche TX envoie des trames complètes.

Applications courantes

• Traceur embarqué : enregistrer un parcours sur carte mémoire, horodaté seconde par seconde, avec un lecteur de carte mémoire relié à la même carte.
• Robotique et drones : fournir un cap et une position de départ à un robot mobile ou à un suivi de mission.
• Horloge exacte : le module diffuse la date et l’heure UTC issues des satellites, sans dérive et sans réglage.
• Suivi de véhicule ou de flotte : position et vitesse transmises par un module radio ou par une liaison sans fil.
• Relevé de randonnée, de course ou de parcours cycliste, avec calcul de distance entre deux positions successives.

Mini-projet : position, heure et satellites sur le moniteur série

Objectif : afficher chaque seconde la latitude, la longitude, le nombre de satellites suivis et l’heure UTC. Aucune donnée n’est inventée par le programme : tout vient des trames lues sur le module.

Matériel

• le module GPS et son antenne ;
• une carte de commande, par exemple une carte Nano pour un montage compact ;
• une plaque d’essai 400 points ;
• des fils Dupont pour les quatre liaisons.

Câblage

1. VCC du module sur la sortie 5 V de la carte, GND du module sur la masse.
2. TX du module sur la broche D4 de la carte, qui servira d’entrée série logicielle.
3. Laisser la broche RX du module libre : le mini-projet ne fait que lire.
4. Posez l’antenne à plat sur la table ou contre une fenêtre, face vers le haut, puis alimenter la carte.

Programme

/* Position, heure et satellites lus sur un module GPS NEO-6M
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 * Bibliotheque TinyGPSPlus a installer depuis le gestionnaire de bibliotheques.
 */

#include "SoftwareSerial.h"
#include "TinyGPSPlus.h"

SoftwareSerial liaison(4, 3);   // D4 recoit le TX du module ; D3 reste libre
TinyGPSPlus gps;

unsigned long derniere = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);           // moniteur serie regle sur 9600 bauds
  liaison.begin(9600);          // debit par defaut du NEO-6M
  Serial.println("Posez l'antenne face au ciel, le premier point peut prendre 30 secondes.");
}

void loop() {
  while (liaison.available() != 0) {
    gps.encode(liaison.read());  // on donne chaque octet recu au decodeur
  }

  if (millis() - derniere > 1000) {
    derniere = millis();

    if (gps.location.isValid()) {
      Serial.print("Latitude  : ");
      Serial.println(gps.location.lat(), 6);
      Serial.print("Longitude : ");
      Serial.println(gps.location.lng(), 6);
      Serial.print("Altitude  : ");
      Serial.print(gps.altitude.meters(), 1);
      Serial.println(" m");
      Serial.print("Satellites suivis : ");
      Serial.println(gps.satellites.value());
      Serial.print("Date et heure UTC : ");
      Serial.print(gps.date.day());
      Serial.print("/");
      Serial.print(gps.date.month());
      Serial.print("/");
      Serial.print(gps.date.year());
      Serial.print("  ");
      Serial.print(gps.time.hour());
      Serial.print(":");
      Serial.print(gps.time.minute());
      Serial.print(":");
      Serial.println(gps.time.second());
    } else {
      Serial.print("Pas encore de point, satellites vus : ");
      Serial.println(gps.satellites.value());
    }
  }
}

Ce que l’on observe

Le moniteur série affiche d’abord une ligne d’attente avec le nombre de satellites vus, qui monte progressivement. Dès que ce nombre atteint trois ou quatre satellites, la ligne change de forme et les coordonnées apparaissent : trois satellites suffisent à une position en deux dimensions, quatre y ajoutent l’altitude. Si aucune donnée n’arrive, contrôler dans l’ordre le débit du moniteur série (9600 bauds), l’alimentation du module, puis l’inversion possible de TX et RX.

Questions fréquentes

Combien de temps avant le premier point ?

Comptez une trentaine de secondes à ciel dégagé pour une première acquisition, parfois plusieurs minutes si le module n’a pas fonctionné depuis longtemps. Une fois que la pile de sauvegarde est chargée, la reprise descend à environ une seconde lorsque le module reste quelques heures hors tension et retrouve les mêmes satellites.

Pourquoi le module ne renvoie rien alors qu’il est alimenté ?

Trois causes se partagent la quasi totalité des cas : le débit du moniteur série ou de la liaison qui n’est pas à 9600 bauds, la broche TX du module reliée à la broche TX de la carte au lieu du RX, et l’antenne débranchée ou posée sur une surface métallique. La LED aide à trancher : clignotante, le module fournit des données et le problème est dans la liaison ; fixe, il ne voit pas encore de satellites et le problème est l’antenne ou le lieu.

Peut-on l’employer à l’intérieur ou sous un toit ?

Pas de façon fiable. Le module suit les satellites si l’antenne voit une bonne portion de ciel : près d’une fenêtre ou sur un balcon, un point finit par être obtenu, mais au prix d’une attente beaucoup plus longue et d’une précision dégradée. Pour un montage fixe, poser l’antenne dehors avec son câble et garder la carte et le boîtier à l’abri est la solution la plus sûre.

Comment changer le débit série ou passer à cinq positions par seconde ?

Le module accepte plusieurs débits et une cadence jusqu’à 5 Hz, réglables par trames de configuration. La méthode directe consiste à le brancher sur un ordinateur avec un convertisseur USB vers TTL et le logiciel u-center de u-blox, qui montre les satellites en direct et permet de valider un réglage avant de l’appliquer. Le réglage doit être renvoyé au démarrage du montage tant que l’on n’a pas vérifié que la pile de sauvegarde le conserve.

Y a t il un signal d’impulsion à la seconde ?

Non, cette carte n’expose que quatre broches et le signal PPS des modules plus complets n’est pas accessible. L’heure arrive donc par les trames NMEA, avec la précision de la liaison série, ce qui suffit à horodater une mesure ou à remettre une horloge à l’heure, mais pas à synchroniser un instrument de laboratoire.

À combiner avec

Le module a besoin d’une carte qui lit sa liaison série, de quatre fils et d’un support : le reste du montage se choisit selon l’usage. Pour un montage fixe avec écran, une alimentation de plaque d’essai évite de tirer dix fils depuis la carte et permet de passer plus tard sur une batterie. Pour transformer le module en traceur autonome, la carte mémoire et sa liaison SPI enregistrent les positions sans ordinateur. Un boîtier en plastique protège la carte sans gêner l’antenne, à condition de la laisser à l’extérieur ou de la fixer sur la paroi intérieure, face contre le plastique : toute surface métallique, même mince, coupe la réception.