Description

鳥人間コンテストに特化したGNSS誘導システム。人力飛行機のパイロットが使いやすいことを目標にした航法装置です。ハードとソフトをオープンソースで開発しています。

README

GPS(GNSS)-TFT-map_PONS=Pilot Oriented Navigation System v6

PONS 概要/Abstract

人力飛行機のパイロットが使いやすいことを目標とした航法装置（ナビゲーションシステム）です。琵琶湖上空を飛行するパイロットの支援をしています。Arduinoを使用し、TFTにGNSSマップや位置・速度・方位の情報を表示します。琵琶湖での鳥人間コンテスト用に特化しています。GPS/GNSS navigation for human-powered aircraft specialized for the Japan International Birdman at Biwako, Japan.
大阪大学albatrossにて使用実績あり（2024追走ボート: v3, 2025追走ボート: v4, 2025機体搭載: v5）。2025年大会優勝。
3Dプリントケース及び基板データ（KiCad)あり。ケースは、PLA_LWが軽量化でオススメです。
PONSデバイスの使い方や画面の見方などの詳細は、docsフォルダに説明書があります。このREADMEファイルより説明書の方が情報が新しい場合があります。
PONS for HPA = Pilot Oriented Navigation System for Human-powered aircraft = 人力飛行機用パイロット向けナビゲーションシステム
地図データは自作したGoogle earthから出力された緯度経度列の他、Google map APIにて事前ダウンロードしたbmp画像をSDカードから読み込んで表示も可能です。
- Google map APIを利用した画像データは、各自がAPIを利用登録する必要があります。APIへのアクセスとbmpへの変換は、支援ツール（Python）がtoolsフォルダにあります。
日本地図・琵琶湖（沖島・竹生島・多景島）などは、プログラムに事前登録されています。パイロン座標は2025ルールに合わせてありますが、現実のパイロン位置はズレることがあるようです。

スペック (v6)

重量: 59.6g (W59 H81 D20 mm)
バッテリー: 約4時間（高輝度モード） / 約12時間（低輝度モード）。USB Micro-Bで充電。
TFT: 2.8インチ 1000ニト。スイッチによる輝度調整可能。
GNSS位置精度: 1.5m、速度精度: 0.05m/s、更新レート: 2Hz

推奨機器

マイコン Recommended Microcontroller

RP2354B

TFTとの通信では、TFT_eSPIライブラリ（PicoのPIO）を使用し 16 bit Paralel 接続を使う事で高速描画可能になっています。

TFT Recommended TFT panel. (推奨の動作確認済みTFT)

Digikey
- NHD-2.8-240320AF-CSXP-F-ND (v4,v5,v6[Rev1B])
- NHD-2.4-240320CF-CSXN#-F-ND (v3:追走ボート用で使用)

GNSS Module モジュール

v6以降、UBX で通信するため、u-bloxモジュールで使用可能。下記のGNSSモジュールで実験済み。 v5までは、UART NMEA0183 で通信。ただし Mediatek or ubloxで、初期化処理が異なるため、settings.hを変更すること。

ublox SAM-M10Q (v6:パイロット用。基板表面実装。水平位置精度1.5m、速度精度0.05m/s)
Quectel LC86G (v4,v5:パイロット用で使用。LC86GPAMD)
ublox M-10Q (v3:追走ボート用で使用)

機能 Detail.

基本機能（画面の表示）
- 画面上部：対地速度(m/s)、航路（MT=Magnetic Track）の表示。2.0m/s未満はグレー表示。
- 画面中央：地図（SDカード上に登録された緯度経度列およびbmp画像）の表示、MTの針の表示。
  - 旋回角速度表示（3秒平均 deg/sec）。2.0deg/s超えで着色、左右端に表示。
  - 旋回すべき修正方向の表示（赤矢印）。コースズレ15°以上で表示・点滅。
  - コース警報Arc：向かうべき方位(MC)への赤線円弧。10〜60秒放置で音声警報。
  - 過去の航跡は緑色の線で引かれる。最大500地点（約25km分）を表示。
  - 琵琶湖付近にいる場合、タケシマ・北パイロン・西パイロンに向けて自動で線が引かれる。パイロンが表示される。折り返し目安の10.975km円が描かれる。
  - NORTH UP / TRACK UP 切替対応。
- 画面下部：時刻（JST）/緯度/経度/目的地コース(Magnetic Course)/目的地までの距離（km）/ 補足衛星数 / 電池残量(%)
- 画面最下部：目的地モード / 目的地名 / SD認識表示
- 最大GS表示：過去5分および累計の最大対地速度を画面下部に表示。
ロガー：緯度/経度/対地速度/時刻をSDカードへ保存（GPS位置捕捉時、1秒に2回）。気圧データも記録。
バリオメーター(MS5611)：昇降計。設定画面でボリューム0にすると無音・非表示。
設定画面
- 目的地の設定（PLATHOME, N_PILON, W_PILON, TAKESHIMA が本体登録済み。SDカードで追加可能。）
- 向かうIntoモードか、離れるAwayモードか、目的地から10kmをひたすら往復する Auto10km モード(大会用）の選択
- ボリューム / バリオメーターボリュームの調整
- NORTH UP（北が上） / TRACK UP（進行方向が上）の設定
- デモモード（琵琶湖でそれっぽいデータを表示）
- リプレイモード（SDカードのNMEAデータを再生）
- GPSのコンステレーション表示（受信中衛星・NMEA原文）
- 地図データ情報一覧表示 (FLASH + SD mapdata.csv)
- SDカード内のファイル表示
- 設定はSDカードに保存・次回起動時に自動読込。NAV画面のscale（拡大率）も保存される。

警告音・警報

旋回率警告音：旋回率が2deg/sを超えるとピピと高音。2.0m/s以下では鳴らない。
航路(TRACK)警報：左右15°範囲を超えて航路が変わるとChime音+「Track！」音声。
目的地自動更新音：Auto 10kmモードで10K AWAY↔10K INTO切替時に4Chime+音声。
コース警報：針路のズレが10〜60秒放置されると4Chime+「針路、右(左)に旋回」音声。
電圧低下警報：3.4V未満で音声案内（60秒に1回）。

ツール (tools/)

tools/csv2kml4earth.py：複数のフライトログCSVをまとめてKMLに変換（Google Earth用）
tools/mapimage/create_mapimages.py：Google map API を使ってbmp地図画像を生成

目的地の追加方法

SDカードに destinations.csv ファイルを作成し、コンマ区切りで名前（英語）、緯度、経度の順で記述。例：testdata,35.4123,136.1234132

追加地図（独自地図）の作り方

Google EarthでPATHを作成しKMLファイルをダウンロード。PATHの名前は英語で登録。
kml_to_mapcsv.py でKMLから mapdata.csv を生成。
mapdata.csv をSDカードのトップディレクトリに配置。

PATH名の1文字目で線の色が決まる: r=RED, o=ORANGE, g=GRAY, m=MAGENTA, c=CYAN, b=BLUE

WAV音声ファイルの変更

16kHz、Unsigned 8bit PCM、メタ情報なしのWAVファイルに対応。Audacity推奨。使用ファイル名: track.wav, course_left.wav, course_right.wav, destination_change.wav, battery_low.wav, destination_toofar.wav, opening.wav, matane.wav, arigato.wav, baibai.wav

使用部品 (v6)

部品	型番	備考
GNSS	ublox SAM-M10Q	基板表面実装
TFT	Newhaven NHD-2.8-240320AF-CSXP-F-ND	2.8インチ
バッテリー	マルツ DTP603048 860mAh	保護回路付き
充電コントローラー	MCP73831	-

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@masaoc

36.07 × 17.02 mm · 1.6 mm · 2 layers · rev 1.0