Navigatie-computer

De Navigatiecomputer

De navigatiecomputer bestaat uit een zelf gebouwd systeem, dat eigenlijk door iedereen is te bouwen (Je moet wel een klein beetje kunnen solderen).
Alle onderdelen zijn te bestellen via internet, b.v. Ebay of Ali express, e.d. of natuurlijk via internet in Nederland of Duitsland.
Omdat het toch vaak een probleem is om alles bij elkaar te zoeken, heb ik hier links, naar wat ik heb besteld, aangebracht.
Ook kun je enkele onderdelen bij www.openmarine.net, de ontwerper van OpenPlotter bestellen. Ga daarvoor naar de shop. Hiermee steun je ook het in stand houden van OpenPlotter.
Sinds kort kun je bij de shop van die webiste ook een complete module, de zg Moittesier Hat, bestellen. Deze module bevat alle hardware die je buiten de Raspberry Pi nodig hebt om een complete navigatiecomputer te bouwen, t.w. 2 kanaal AIS, GNSS (Glonass GPS), Kompas, Helling en Stamphoek.
Werkt niet met de Raspberry Pi 400.

Als je op deze pagina met de muis over de tekst gaat, zal er soms een plaatje behorend bij de tekst verschijnen, als je dan klikt zal er een link naar het betreffende item op Ebay worden geopend en zie je gelijk de prijs van het component. Natuurlijk kun je dan ook voor andere items zoeken.

In de nieuwste versie van de openplotter software is ook een module KIP opgenomen. Een geweldige uitbreiding op het systeem.
Echter neemt wel het processor gebruik enorm toe. Openplotter met alleen OpenCPN ca 10-15%, Openplotter met alleen KIP ca 35-45%, Openplotter, OpenCPN en KIP 35-50%.
De processor, cq grafische processor zullen hierdoor het na enige tijd afweten en het systeem loopt vast. Meestal na een paar uur.
Reden om de Raspberry Pi te voorzien van een z.g. koelkit, bv koel lichamen evt met een ventilator ???.

Alvorens de computer in te te bouwen, gaan we eerst de boel testen.

Allereerst een opsomming van de componenten die zijn gebruikt:

Om het systeem te voorzien van spanning is een converter van 12 tot 24VDC naar 5VDC/10A gebruikt.
Deze voorziet zowel de Rasberry Pi als de andere apparatuur in de navigatiecomputer van spanning.
De keuze van een 10A versie is ver overgedimensioneerd, maar het prijsverschil is dermate klein dat ik deze
keuze heb gemaakt.
Het hart van het systeem is een Raspberry Pi, versie 2, 3 of liefst versie 4, 4 GB of 8 GB (is veel sneller), inclusief spanningsadapter en behuizing.

Op dit moment (nov. 2020) is er zelfs de Raspberry Pi 400, dit is een keyboard met daarin een speciale (snelle) versie van de Raspberry Pi 4, hier is de bovengenoemde behuizing niet nodig.
Een groot voordeel van de Raspberry Pi 400 is dat er inwendig een grote koelplaat is gemonteerd, waardoor er geen ventilator nodig is en er dus ook geen vocht wordt aangezogen en er toch voldoende wordt gekoeld. Zeker op zout water is dit het grootste probleem.

USB-hub met eigen spannings voorziening, en dus met adapter. In de hub worden de diverse USB componenten
aangesloten. De USB-hub wordt geleverd met een bijbehorende USB-kabel.
RTL/SDR TV stick. Hiermee wordt een AIS ontvanger gerealiseerd (Alleen de zwarte ontvanger rechts op de
foto heb je uiteindelijk nodig). Kan ook een andere uitvoering zijn.
GPS/Glonass stick. Heb je al een GPS-muis kun je die natuurlijk ook gebruiken.
MPU-9255, voor koers, helling en stamphoek. (Maakt net als item 6 gebruik van de I2C bus van de Raspberry Pi)
Voor de I2C bus gebruiken we alleen de 4 bovenste pinnen op de foto (VCC, GND, SDA en SCL).
BME280, voor barometer, temperatuur en vochtigheid (BMP180 is zonder vochtigheids sensor).
RTC-ds3231 met LIR2032 (accu) voor de noodzakelijke datum- en tijdweergave, ook zonder internetverbinding.
RS232/USB converter, deze wordt gebruikt om het NMEA signaal van de boord instrumenten als dieptemeter, log en windmeter om te zetten voor gebruik met de computer.
Een USB verlengkabel.
Een SD-kaartje 32GB, voor de benodigde software, kaarten, e.d.
Zekeringhouder met zekering 5A. (evt. 2x, zie onder)
Een stukje 6-adrige lintkabel, met een lintkabel connector 40 pens (Als we een kleine connector gebruiken zouden de pinnen verbuigen).
Een 4 pens connector (2x), tbv aansluiten items genoemd in pt. 6, 7 en pt. 8.
1 of 2 WiFi adapters, dit afhankelijk van Raspberry Pi, versie 3 of 2. Eén van de adapters is voor een internet verbinding, voor evt updates.
Antennekabel RTL/SDR naar UHF/F.
Omdat de Raspberry Pi geen clockmodule heeft is er een Real Time Clock module geïnstalleerd. Voor mij werd het de RTC-ds3231 met daarbij een accu LIR 2032, dit is de acuu uitvoering van de bekende CR2032. Totale kosten van module + accu is ca € 5. Omdat de RTC-ds3231 hetzelfde i2c adres heeft als de MPU-9255, is het adres van de MPU-9255 omgelegd van adres 68 naar 69, door op de MPU print A0 te verbinden met VCC.
zie pt.8. De RTC is niet nodig als de Raspberry Pi verbonden is met het internet.
Bovendien is er een simpel printje gemaakt met een gaatjesprint, waarop de modules zo kunnen worden ingeprikt, hierop kun je ook duidelijk het verschil in aansluitingen van de I2C modules zien.

Monteer de 40 pens connector m.b.v. een bankschroef en 2 kleine plankjes op de 6 aderige kabel. Let goed op de juiste aansluiting.(pin 1 wordt op de connector gemarkeerd door een pijltje. Klik voor gebruikte pinout van de Raspberry Pi bus.
Meet de kabel door of hij goed is aangesloten.
Soldeer aan de andere kant van de kabel de 4 pens connnector Klik voor de aansluiting van de printjes. (Let op: rode en gele ader zijn hier weggeknipt). Duidelijk is te zien dat i2c module aansluitingen verschillend zijn (zie messing draadjes). Pennen rechts onderop de print zijn om evt uitbreiding. Zie ook de soldering bij pin A0 van de MPU-9255 ivm adreswijziging.

Monteer de 40 pens connector op de databus van de Raspberry Pi.
Sluit de behuizing van de Raspberry Pi.
Schuif de 4 pens connector op de juiste wijze op de printconnector,

Plaats nu de beide voedingskabels in de Raspberry Pi en de USB-Hub.

Plaats de bij de Hub geleverde USB-kabel in de USB-Hub en in een USB-poort van de Raspberry Pi.

Plaats de WiFi adapter(s) in een slot van de USB-Hub.

Plaats de USB-verlengkabel in een vrij USB-slot van de Raspberry-Pi. (Dit is tbv boord instrumenten en updates).

Plaats de GPS/Glonass stick in een slot van de USB-Hub.

Plaats de USB-kabel van de RTL/SDR TV-stick in de RTL/SDR stick en de USB-Hub.

Sluit de Antennekabel RTL/SDR naar UHF/F aan op de RTL/SDR stick.

Plaats nu het SD-kaartje met de software in het slot op de Raspberry Pi.

Sluit een HDMI monitor aan op de HDMI poort van de Raspberry Pi.
In een latere fase kun je ook zonder HDMI monitor werken via een VNC (Virtual Network Computing) met bv een IPAD, Tablet of Notebook.

Sluit Raspberry Pi, de USB-Hub en de monitor aan op de spanning.

De raspberry Pi zal nu opstarten of de software uitpakken en installeren, of direct opstarten afhankelijk hoe de software op de SD-kaart is gezet.
Volg de aanwijzingen op het scherm.

Kijk eerst hoe je de boel wil inbouwen. Bepaal vervolgens de lengte van de voedingskabels naar Raspberry Pi en USB-hub.
Knip de adapters van de kabel en maak de kabels op lengte, zie hier boven.
Soldeer de beide kabels, plus en min, op de uitgang van de spannings converter.

(Reden om toch de adapters te nemen is, dat de aders van de bijgeleverde adapterkabels dikker zijn dan een normale USB-kabel).

Soldeer kabeltjes op de ingang, plus en min, van de converter. Houd rekening met de kleuren die je in de boot gebruikt voor plus en min.
Monteer in de + ader een zekeringhouder en plaats de zekering.

Bouw vervolgens de componenten die hier boven zijn getest tezamen tot jouw navigatiecomputer.

De Navigatiecomputer zoals het bij mij is geworden. Klik voor een grote foto. Let op: Hier is de koel kit voor Raspberry Pi nog niet gemonteerd.

De computer is bij mij direct onder de kaarttafel gemonteerd. Op hek reeling heb ik een 2e marifoon-antenne gemonteerd, die aan de UHF/F connector zo is aangesloten, dat als uberhaupt mijn mast eens over boord zou gaan ik de kabel zo op mijn marifoon kan zetten.

Klik hier om het plaatje van OpenCPN, zoals het eruit kan zien.
De balk met User Std ontstaat omdat de EBDIC mode is aangevinkt, ook is dan de afstand in KM, de snelheid in KM/h en de diepte in M.
Ook start het scherm dan op in de avond-mode. Schakel dus als je gewend bent te werken met Naut.miles en Knopen de EBDIC mode uit.

Raspberry PI 400, fanless computer

Als je gebruik maakt van de Raspberry Pi 400 is het allemaal veel eenvoudiger. Aan de achterzijde heb je het expansieslot, waar je de 40 pens connector van het printje op kan aansluiten, voor evt RTC klok en I2c componenten als Temparatuurmeting, Luchtdruk, e.d.. Vervolgens het slotje voor de SD-kaart met de software. Dan 2 HDMI aansluitingen (voor de monitor(en)), daarnaast aansluiting voor de voeding, dan 2x USB-3.0 sloten en 1x USB-2.0 en daarnaast de aansluiting voor een evt netwerk.
Sluit een evt RTL/SDR stick aan op één van de USB-poorten en niet via een multiplexer, want zo´n RTL/SDR trekt iets meer stroom, nl 170 mA.
Een GPS (GPS/GLONASS), als boven, trekt < 10mA.
Sluit nog een muis aan en je kan aan de slag, b.v. met het programma OpenCPN of Openplotter, daar zit natuurlijk ook OpenCPN in, maar heeft veel meer mogelijkheden.

Als voorbeeld een paar plaatjes van Openplotter.


OpenCPN	KIP display	XyGrib

Het kan natuurlijk altijd dat er een component defect is. Daarom hier een testje.

Via het linker icon in het menu boven in het scherm ---> Hulpmiddelen ---> LX Terminal. Tik nu in: i2cdetect -y 1
Je krijgt nu een matrix met van links naar rechts 0 t/m f en van boven naar onder 00: t/m 70:

In deze matrix moet je nu 1 of meerdere (afhankelijk hoeveel i2c printjes zijn aangesloten) adressen zien. Bij mij was dat bv:
77 voor de BMP 180
69 voor de MPU-9255 (na modificatie)
57+68 voor de RTC-ds3231

De cijfers kunnen er staan in de matrix, maar er kan bv ook op dat adres UU staan.

Omdat I2C standaard is ingeschakeld, is als je dat niet ziet het printje defect of de aansluiting niet juist.

Naar instellen van de software.

Link naar Boeigegevens Nederland en Stroming tbv OpenCPN