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可攜式GPS軌跡記錄器

一、專案簡介

本專案旨在設計並製作一套可攜式GPS軌跡記錄器，利用Arduino主控板搭配NEO-6M GPS模組，將即時取得的經緯度與時間資料記錄於SD卡中，並以CSV格式儲存，方便後續資料分析與應用。整套系統以18650鋰電池供電，透過升壓模組確保運作穩定，達到無線與便攜的目標。

二、系統架構

1. 硬體組成

元件名稱 型號/規格 功能說明
主控板 Arduino UNO/Nano 控制與資料處理
GPS模組 NEO-6M 取得定位與時間資料
SD卡模組 SPI介面 資料儲存
鋰電池 18650（3.7V, 2200mAh） 提供電力
升壓模組 3.7V→5V（如MT3608） 穩定供電至5V
連接線 杜邦線 電路連接

2. 系統連接圖

[18650鋰電池] 
    ↓
[升壓模組 (3.7V→5V)]
    ↓
[Arduino] ←→ [NEO-6M GPS模組]
    ↓
[SD卡模組]

三、電路接線說明

模組 連接到Arduino腳位
NEO-6M VCC 5V
NEO-6M GND GND
NEO-6M TX D4（軟體序列埠RX）
NEO-6M RX D3（軟體序列埠TX）
SD卡 VCC 5V
SD卡 GND GND
SD卡 MOSI D11
SD卡 MISO D12
SD卡 SCK D13
SD卡 CS D10

四、軟體設計

1. 使用函式庫

  • TinyGPS++：解析GPS NMEA資料
  • SD：SD卡操作
  • SPI：SPI通訊
  • SoftwareSerial：額外序列埠

2. 程式邏輯流程

  1. 初始化SD卡與GPS模組
  2. 建立CSV檔案並寫入標題行
  3. 持續讀取GPS模組資料
  4. 每當GPS位置資料更新時，解析經緯度與UTC時間
  5. 將資料以CSV格式寫入SD卡
  6. 重複步驟3~5，實現即時紀錄

3. 程式碼範例

#include <SoftwareSerial.h>
#include <TinyGPS++.h>
#include <SPI.h>
#include <SD.h>

SoftwareSerial gpsSerial(4, 3); // RX, TX
TinyGPSPlus gps;
const int chipSelect = 10; // SD卡CS腳位

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  gpsSerial.begin(9600);

  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println("SD卡初始化失敗");
    while (1);
  }
  // 建立CSV檔案並寫入標題
  File dataFile = SD.open("gpslog.csv", FILE_WRITE);
  if (dataFile) {
    dataFile.println("Date,Time,Latitude,Longitude");
    dataFile.close();
  }
}

void loop() {
  while (gpsSerial.available() > 0) {
    gps.encode(gpsSerial.read());
    if (gps.location.isUpdated()) {
      String dataString = "";
      // 日期
      dataString += String(gps.date.year()) + "-" + String(gps.date.month()) + "-" + String(gps.date.day()) + ",";
      // 時間
      char timeBuffer[9];
      sprintf(timeBuffer, "%02d:%02d:%02d", gps.time.hour(), gps.time.minute(), gps.time.second());
      dataString += String(timeBuffer) + ",";
      // 經度與緯度
      dataString += String(gps.location.lat(), 6) + "," + String(gps.location.lng(), 6);

      // 寫入SD卡
      File dataFile = SD.open("gpslog.csv", FILE_WRITE);
      if (dataFile) {
        dataFile.println(dataString);
        dataFile.close();
      }
      delay(1000); // 每秒記錄一次
    }
  }
}

五、成果展示

  • 資料格式： 檔案名稱：gpslog.csv 內容範例：
Date,Time,Latitude,Longitude
2025-05-20,14:23:10,25.047800,121.531900
2025-05-20,14:23:11,25.047805,121.531905
...
  • 可用工具：
    • 直接用Excel、Google Sheets開啟分析
    • 可將資料匯入Google地圖或其他地理資訊系統軟體，進行軌跡顯示

六、注意事項與建議

  • 18650鋰電池需加保護板，確保安全
  • 升壓模組應選用輸出電流足夠（建議1A以上）
  • SD卡建議格式化為FAT32
  • 若需更長續航可並聯多顆電池
  • 可依需求擴充紀錄內容（如速度、海拔等）

七、未來展望

  • 增加無線傳輸功能（如LoRa、藍牙、WiFi），實現即時上傳
  • 加入OLED/LCD顯示即時資訊
  • 結合移動偵測，節省儲存空間與電力
  • 應用於戶外活動紀錄、車輛追蹤、科學實驗等多元場域

八、參考資料

  1. TinyGPS++ Library
  2. Arduino SD Library
  3. Instructables - Arduino GPS Data Logger
  4. Maker Portal - Arduino GPS Logger

結論： 本專案成功實現以Arduino為核心的無線GPS軌跡記錄器，具備低成本、易擴充、便攜等特點，能有效記錄移動路徑與時間資訊，並以標準CSV格式儲存，方便後續資料分析與應用。

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