GPS (Global Positioning System) กลายเป็นเทคโนโลยีที่มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในโลกปัจจุบัน ตั้งแต่การนำทาง (Navigation) การติดตามยานพาหนะ (Vehicle Tracking) การสำรวจ (Surveying) รวมถึงการประยุกต์ในงานด้าน IoT (Internet of Things) ต่าง ๆ อีกมากมาย หลายคนอาจเคยใช้ GPS ผ่านสมาร์ตโฟนหรืออุปกรณ์นำทางในรถยนต์ แต่หากต้องการนำ GPS มาใช้งานในการพัฒนาโปรเจกต์ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์หรือบอร์ดอย่าง Arduino UNO หรือ STM32 อื่น ๆ ก็จำเป็นต้องเข้าใจหลักการทำงานของโมดูล GPS พอร์ตในการเชื่อมต่อ รวมถึงรูปแบบการรับส่งข้อมูล เพื่อนำค่าพิกัดตำแหน่ง ละติจูด ลองจิจูด ความสูงเหนือระดับน้ำทะเล หรือข้อมูลอื่น ๆ มาใช้งานได้อย่างถูกต้อง

ในบทความนี้ เราจะเจาะลึกในประเด็นต่อไปนี้ :

• หลักการทำงานของระบบ GPS: ตั้งแต่พื้นฐานจนถึงวิธีที่โมดูล GPS ใช้ข้อมูลจากดาวเทียม
• รายละเอียดของโมดูล Ublox NEO-M8N: คุณสมบัติ ขาสัญญาณ และการตั้งค่าพื้นฐาน
• การเชื่อมต่อโมดูล Ublox NEO-M8N กับบอร์ด Arduino UNO: ผังวงจร (Wiring Diagram) หรือวิธีต่อสายให้ถูกต้อง
• การเขียนโค้ด Arduino: การตั้งค่า Serial การอ่าน NMEA Sentence และการนำข้อมูลมาใช้
• ข้อควรระวังในการใช้งาน: ทั้งด้านฮาร์ดแวร์ แหล่งจ่ายไฟ สภาพแวดล้อมการใช้งาน และการป้องกันสัญญาณรบกวน (Noise)

พื้นฐานและหลักการทำงานของระบบ GPS

ระบบดาวเทียม GPS (Global Positioning System) เป็นระบบระบุตำแหน่งบนพื้นผิวโลกที่พัฒนาโดยกระทรวงกลาโหมสหรัฐอเมริกา ประกอบด้วย:

1. ส่วนอวกาศ (Space Segment): ดาวเทียม GPS ที่โคจรรอบโลกประมาณ 24 ดวง (ในปัจจุบันมีการสำรองอีกหลายดวง) โคจรในระดับความสูงประมาณ 20,200 กิโลเมตร แต่ละดวงจะส่งสัญญาณเวลา (Time) และข้อมูลวงโคจร (Ephemeris Data) ออกมา
2. ส่วนสถานีควบคุม (Control Segment): สถานีภาคพื้นดิน ใช้ตรวจสอบ ติดตาม และปรับปรุงความแม่นยำของสัญญาณ โดยส่งข้อมูลแก้ไขกลับขึ้นไปยังดาวเทียม
3. ส่วนผู้ใช้งาน (User Segment): ได้แก่ อุปกรณ์รับสัญญาณ GPS หรือโมดูล GPS ที่เรานำมาใช้งาน (เช่น โทรศัพท์มือถือ, เครื่องรับ GPS, โมดูล GPS Arduino เป็นต้น)

ดาวเทียม GPS แต่ละดวงจะมีนาฬิกาอะตอมความแม่นยำสูงคอยกำหนดเวลาและส่งสัญญาณออกมาเป็นคลื่นความถี่ L1 (1575.42 MHz) และ L2 (1227.60 MHz) ซึ่งตัวรับสัญญาณ GPS บนพื้นโลกจะใช้ความแตกต่างของเวลาที่สัญญาณเดินทางมาจากดาวเทียมหลายดวงเพื่อคำนวณหาค่าพิกัดตำแหน่งได้

หลักการวัดระยะทางและการหาพิกัด (Trilateration)

กระบวนการพื้นฐานในการหา ละติจูด (Latitude) และ ลองจิจูด (Longitude) ของผู้รับสัญญาณ GPS คือการวัดระยะทางระหว่างผู้รับกับดาวเทียมอย่างน้อย 3 ดวงขึ้นไป โดยหลักการ “Trilateration” หากมีดาวเทียม 4 ดวง ระบบจะสามารถคำนวณค่า ความสูง (Altitude) ของตำแหน่งนั้น ๆ ได้อย่างครบถ้วน พร้อมทั้งปรับปรุงค่าความคลาดเคลื่อนเวลา (Clock Offset) นั่นคือ:

• ดาวเทียมดวงที่ 1: ให้ทราบระยะทางรัศมีทรงกลม (Sphere) ว่าเราอยู่บนผิวของทรงกลมรัศมีดังกล่าว
• ดาวเทียมดวงที่ 2: ตัดกันเป็นวงกลม (Circle) ในพื้นที่ 3 มิติ
• ดาวเทียมดวงที่ 3: ตัดกันเหลือจุด 2 จุด (2 Points)
• ดาวเทียมดวงที่ 4: ใช้เพื่อแก้ค่าความคลาดเคลื่อนทางเวลา และเลือกว่าเราอยู่จุดใด

ด้วยเหตุนี้ โมดูล GPS จึงต้อง “เห็นท้องฟ้า” อย่างน้อย 3-4 ดวงขึ้นไปเพื่อการระบุตำแหน่งเบื้องต้น หากจำนวนนั้นน้อยกว่า อาจทำได้แค่ประมาณการหรือไม่สามารถล็อกสัญญาณ (Fix) ได้

สัญญาณ NMEA

โมดูล GPS ส่วนใหญ่ (รวมถึง Ublox NEO-M8N) มักจะส่งข้อมูลออกมาในรูปแบบข้อความ (Sentence) ที่เรียกว่า NMEA (National Marine Electronics Association) Sentences ตัวอย่างคำสั่ง/ประโยคที่พบบ่อย ๆ ได้แก่:

• GPGGA: ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่ง (Latitude, Longitude), ความสูง (Altitude), จำนวนดาวเทียม, HDOP เป็นต้น
• GPGLL: แสดงตำแหน่งพิกัดละติจูดและลองจิจูด
• GPGSA: สถานะการใช้งานดาวเทียม (Satellite Status)
• GPGSV: ข้อมูลดาวเทียมที่มองเห็น
• GPRMC: เวลา, วันที่, ความเร็ว, ทิศทาง (Course) และสถานะการล็อกสัญญาณ
• GPVTG: แสดงข้อมูลทิศทางและความเร็วตามพื้นดิน (Ground Speed)

แต่ละประโยค NMEA จะคั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค (comma) และลงท้ายด้วยเครื่องหมาย * ตามด้วย “checksum” เพื่อยืนยันความถูกต้องของข้อมูล โค้ดบน Arduino หรือบนคอมพิวเตอร์จะต้องอ่านประโยคเหล่านี้แล้วแยก (parse) ข้อมูลออกมาเป็นค่าตัวเลขที่พร้อมใช้งาน

โมดูล GPS Ublox NEO-M8N

ภาพรวม (Overview)

โมดูล Ublox NEO-M8N เป็นโมดูล GPS รุ่นหนึ่งที่ได้รับความนิยมสูง ด้วยความสามารถในการรองรับระบบ GPS (US), GLONASS (Russia), Galileo (EU) และ BeiDou (China) ทำให้มีความเร็วในการล็อก (Time-To-First-Fix: TTFF) เร็วและยังคงมีความแม่นยำดี จุดเด่นของ NEO-M8N ได้แก่:

• สนับสนุน Multi-GNSS: GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou
• มี Receiver Sensitivity ที่สูง และใช้พลังงานต่ำ
• มี Baud Rate หลัก ๆ ที่มักตั้งค่ามาเป็น 9600 (ตั้งแต่โรงงาน) หรือบางครั้งอาจเป็น 38400
• สามารถปรับตั้งค่าอัตราส่งข้อมูล (Update Rate) ได้ สูงสุดถึง 10 Hz (ทฤษฎี)
• มี Pinout ที่สำคัญได้แก่ VCC, GND, RX, TX, PPS (Pulse Per Second), SDA, SCL (สำหรับ I2C interface) ฯลฯ

ขาสัญญาณ (Pin Configuration)

แม้ว่าโมดูล Ublox NEO-M8N ที่จำหน่ายในท้องตลาดจะมีหลายเวอร์ชันจากผู้ผลิตหลายเจ้า (เช่น GY-GPSV3, CJMCU ฯลฯ) แต่หลัก ๆ มักจะมีขาที่สำคัญ ดังนี้:

1. VCC (3.3V / 5V): ขารับไฟเลี้ยงโมดูล บอร์ดบางรุ่นอาจมีวงจรเรกูเลเตอร์ภายในที่สามารถจ่ายจาก 5V ได้ แต่ส่วนใหญ่แนะนำให้จ่ายไฟ 3.3V เพื่อความปลอดภัย (อ้างอิงข้อมูลจากบอร์ดผู้ผลิต)
2. GND: ขากราวด์ เชื่อมร่วมกับกราวด์ของ Arduino
3. TX: ขาส่งข้อมูลจากโมดูล (Transmit) ใช้ส่งข้อมูล NMEA ออกมา
4. RX: ขารับข้อมูลของโมดูล (Receive) ใช้รับคำสั่งตั้งค่าต่าง ๆ (หากต้องการ)
5. PPS (Pulse Per Second): สัญญาณพัลส์ออกมาเป็นวินาทีละ 1 ครั้ง (1 Hz) เพื่ออ้างอิงเวลาที่แม่นยำ หากต้องการประยุกต์ใช้งาน
6. SDA, SCL: ขาอินเทอร์เฟซ I2C (หากต้องการเชื่อมต่อผ่าน I2C แทน UART)
7. อื่น ๆ: ขา 3D-Fix, Egnos, หรือขาเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับบอร์ด แต่ไม่ใช่ทุกโปรเจกต์จะต้องใช้งาน

ข้อสังเกต: บางบอร์ดมี “USB Port” เพื่อการเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์โดยตรงสำหรับทดสอบการรับสัญญาณ อย่างไรก็ดี หากเราต้องการนำมาเชื่อมกับ Arduino UNO ในรูปแบบ UART มักจะใช้เพียงแค่ 4 ขาหลักคือ VCC, GND, TX, RX

เสาอากาศ (Antenna)

โมดูล NEO-M8N ส่วนใหญ่มักมีแผงวงจรเซรามิกเล็ก ๆ หรือมีที่ต่อเสาอากาศภายนอกแบบ U.FL หรือ MCX แล้วแต่รุ่น การเลือกใช้เสาอากาศที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญมาก เพราะจะมีผลต่อ:

• ความสามารถในการล็อกสัญญาณ (Fix) ได้รวดเร็วหรือไม่
• ความไวต่อสัญญาณ (Sensitivity)
• ความแม่นยำ ในการระบุตำแหน่ง

ในพื้นที่โล่ง มีท้องฟ้ากว้าง การใช้เสาอากาศเซรามิกเล็ก ๆ ที่ติดมากับบอร์ดก็เพียงพอ แต่ถ้าอยู่ในอาคารหรือบริเวณที่มีสิ่งกีดขวางมาก ควรเลือกใช้เสาอากาศที่มี LNA (Low Noise Amplifier) หรือเสาอากาศ Active GPS ภายนอกเพื่อให้ได้สัญญาณที่เข้มและล็อกเร็วขึ้น

การเชื่อมต่อโมดูล Ublox NEO-M8N กับ Arduino UNO

พื้นฐานการต่อสัญญาณ

Arduino UNO ทำงานด้วยแรงดันไฟ 5V (ที่ขา 5V) แต่มีขา 3.3V ให้ด้วย ในการเชื่อมต่อสื่อสารแบบ Serial (UART) มีขาสำคัญคือ Digital Pin 0 (RX) และ Digital Pin 1 (TX) ซึ่งเป็น Serial หลักที่เชื่อมกับ USB-to-Serial ของบอร์ด แต่หากเราใช้ขาคู่นี้ เราจะประสบปัญหาเมื่ออัปโหลดโปรแกรม เพราะมันชนกันกับการสื่อสารผ่าน USB ดังนั้นทางเลือกคือ:

• ใช้ SoftwareSerial Library โดยกำหนดขาอื่นเป็น RX, TX เอง
• ใช้ Serial Hardware ตัวอื่น (บน Arduino UNO จะมีเพียง Serial0) แต่จริง ๆ แล้ว UNO ไม่มี Serial1, Serial2 เหมือนใน Arduino Mega จึงทำให้ SoftwareSerial เป็นทางเลือกนิยม

การต่อสายพื้นฐาน

Ublox NEO-M8N VCC  ->  5V หรือ 3.3V ของ Arduino (ตามสเปกโมดูล)
Ublox NEO-M8N GND  ->  GND ของ Arduino
Ublox NEO-M8N TX   ->  Pin RX ของ Arduino (SoftwareSerial RX)
Ublox NEO-M8N RX   ->  Pin TX ของ Arduino (SoftwareSerial TX)
  

(กรณีที่โมดูลรองรับ 5V ได้ หากไม่รองรับต้องใช้อุปกรณ์ลดระดับสัญญาณให้เหลือ 3.3V ก่อนส่งเข้า RX ของโมดูล)

ตัวอย่างแผนผังการต่อ (Wiring Diagram)

ด้านล่างเป็นตัวอย่างการต่อวงจรแบบใช้ SoftwareSerial ของ Arduino UNO:

Arduino UNO                     Ublox NEO-M8N 
+5V (หรือ +3.3V)  ------->  VCC
GND               ------->  GND
Pin 3 (SoftSerial TX)  ->  RX ของโมดูล
Pin 4 (SoftSerial RX)  ->  TX ของโมดูล
  

(กรณีที่โมดูลรองรับ 5V ได้ หากไม่รองรับต้องใช้อุปกรณ์ลดระดับสัญญาณให้เหลือ 3.3V ก่อนส่งเข้า RX ของโมดูล)

การเขียนโค้ดตัวอย่างบน Arduino UNO

แนวคิดพื้นฐาน

1. ใช้ SoftwareSerial สร้างพอร์ตอนุกรมเสมือน (Virtual Serial) เพื่อไม่ให้ชนกับ Serial หลัก (ซึ่งใช้สำหรับ Debug หรือ Upload Code)
2. กำหนดขา RX, TX ให้ตรงกับการต่อสาย
3. กำหนดความเร็วสื่อสาร (Baud Rate) ตรงกับโมดูล GPS โดยปกติคือ 9600 bps
4. เขียนโปรแกรมอ่านข้อมูลเป็นสตริง (String) จาก SoftwareSerial แล้วพิมพ์ออกทาง Serial Monitor เพื่อดู NMEA Sentence
5. หากต้องการนำข้อมูลละติจูด ลองจิจูด ฯลฯ มาใช้งานต่อ ให้ใช้วิธีการ Parse ข้อความ NMEA (อาจใช้ไลบรารี เช่น TinyGPS++ หรือ NeoGPS)

ตัวอย่างโค้ด: อ่านค่าข้อมูล GPS เบื้องต้น

// Example code to read raw NMEA from GPS Ublox NEO-M8N

#include <SoftwareSerial.h>

// กำหนดขาที่จะใช้เป็น RX, TX ของ SoftwareSerial
// สมมติ: Arduino Pin 4 = RX, Arduino Pin 3 = TX
SoftwareSerial gpsSerial(4, 3);

void setup() {
  // ตั้งค่า Serial หลัก เพื่อดูผลทาง Serial Monitor
  Serial.begin(9600);
  // เริ่มสื่อสารกับโมดูล GPS ที่ Baud 9600
  gpsSerial.begin(9600);

  Serial.println("Starting GPS Test...");
  Serial.println("Waiting for GPS data...");
}

void loop() {
  // ตรวจสอบว่ามีข้อมูลจากโมดูล GPS หรือไม่
  while (gpsSerial.available() > 0) {
    // อ่านข้อมูลเป็นตัวอักษร
    char c = gpsSerial.read();
    // พิมพ์ข้อมูลที่อ่านได้ออกทาง Serial Monitor
    Serial.write(c);
  }
}

โค้ดนี้จะทำให้เราสามารถเห็นประโยค NMEA ได้ใน Serial Monitor เช่น

$GPGGA,023604.00,1344.5678,N,10030.1234,E,1,07,1.20,12.3,M,-34.2,M,,*4F
$GPGLL,1344.5678,N,10030.1234,E,023604.00,A,A*6C
...
  

การใช้ไลบรารีช่วย Parse ข้อมูล (TinyGPS++)

หากต้องการใช้งานค่าพิกัด (Latitude, Longitude), ความสูง, เวลา ฯลฯ อย่างสะดวก แนะนำให้ใช้ไลบรารี เช่น TinyGPS++ ซึ่งจะช่วยแยกข้อมูล (Parse) ออกมาเป็นฟิลด์ต่าง ๆ โดยอัตโนมัติ

ตัวอย่างโค้ด (สรุปแบบสั้น) ใช้งาน TinyGPS++:

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

// สร้างออบเจกต์ TinyGPSPlus
TinyGPSPlus gps;
SoftwareSerial gpsSerial(4, 3);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  gpsSerial.begin(9600);
  Serial.println("GPS Parsing with TinyGPS++");
}

void loop() {
  while (gpsSerial.available() > 0) {
    char c = gpsSerial.read();
    // ส่งข้อมูลให้ TinyGPS++ ประมวลผล
    gps.encode(c);
  }

  // แสดงค่าข้อมูล หากพร้อม
  if (gps.location.isValid()) {
    Serial.print("Lat: ");
    Serial.println(gps.location.lat(), 6);
    Serial.print("Lng: ");
    Serial.println(gps.location.lng(), 6);
  }

  if (gps.altitude.isValid()) {
    Serial.print("Altitude (meters): ");
    Serial.println(gps.altitude.meters());
  }

  if (gps.date.isValid() && gps.time.isValid()) {
    Serial.print("Date: ");
    Serial.print(gps.date.month());
    Serial.print("/");
    Serial.print(gps.date.day());
    Serial.print("/");
    Serial.print(gps.date.year());
  
    Serial.print("  Time: ");
    Serial.print(gps.time.hour());
    Serial.print(":");
    Serial.print(gps.time.minute());
    Serial.print(":");
    Serial.println(gps.time.second());
  }

  // หน่วงเล็กน้อยเพื่อไม่ให้พิมพ์ถี่เกินไป
  delay(500);
}

ข้อควรระวังในการใช้งานโมดูล GPS

แหล่งจ่ายไฟ

• แรงดันไฟ (Voltage): ตรวจสอบว่าโมดูลรองรับ 5V หรือไม่ หากโมดูลไม่มีเรกูเลเตอร์ในตัว จะต้องจ่าย 3.3V เท่านั้น
• กระแสไฟ (Current): โมดูล GPS โดยทั่วไปกินกระแสประมาณ 20-30 mA หรือมากกว่านั้นเล็กน้อย หากมี LNA ภายใน ก็อาจสูงขึ้นเล็กน้อย ต้องแน่ใจว่าแหล่งจ่าย (เช่น 3.3V จาก Arduino) เพียงพอ
• สัญญาณสื่อสาร (Signal Level): หากโมดูลทำงานที่ 3.3V จะต้องใช้ Level Shifter หรือ Voltage Divider ที่ขา RX ของโมดูล เพราะสัญญาณ TX จาก Arduino UNO เป็น 5V อาจทำให้โมดูลเสียหายได้

สภาพแวดล้อมในการรับสัญญาณ

โมดูล GPS ต้องอาศัยการมองเห็นท้องฟ้าในมุมกว้าง (Open Sky) เพื่อรับสัญญาณจากดาวเทียมได้มากพอ หากอยู่ในอาคารหรือมีสิ่งกีดขวาง สัญญาณอ่อน หรือค่าพิกัดคลาดเคลื่อนได้มาก

• ระยะเวลา TTFF (Time to First Fix): เมื่อโมดูล GPS เพิ่งเริ่มทำงานใหม่ ๆ หรือย้ายสถานที่ไกล ๆ อาจต้องใช้เวลาสักครู่กว่าจะล็อกสัญญาณครั้งแรก
• เสาอากาศ: แนะนำใช้เสาอากาศที่มีภาคขยาย (Active Antenna) หากต้องการเร่งการจับสัญญาณ และต้องการประสิทธิภาพสูง

การรบกวนสัญญาณ (Noise)

• สายไฟเลี้ยงที่มี Noise มาก หรือมี Switching Noise อาจมีผลต่อการล็อกสัญญาณ
• คลื่นวิทยุความถี่ใกล้เคียง (เช่น Wi-Fi, 2G/3G/4G หรือ Bluetooth) แม้ไม่รบกวน GPS โดยตรง แต่ในบางกรณีการวางโมดูลใกล้อุปกรณ์ส่งสัญญาณที่มีกำลังสูง อาจทำให้เกิดอินเตอร์เฟอเรนซ์
• ถ้าพื้นที่มีต้นไม้สูง ตึกสูง หรืออยู่ในพื้นที่อับสัญญาณ (Urban Canyon) อาจต้องขยับจุดติดตั้ง

การอัปโหลดโค้ด

หากคุณใช้ขา RX, TX หลักของ Arduino UNO (Pin 0, 1) ร่วมกับโมดูล GPS จะเกิดการชนกันขณะอัปโหลดโปรแกรม เนื่องจาก Arduino ต้องใช้พอร์ตอนุกรมเดียวกันในการอัปโหลดโค้ด จึงควร:

• ถอดขา TX ออกจาก Arduino (หรือโมดูล) ชั่วคราว
• หรือ ใช้ SoftwareSerial บนขาอื่น (เช่น 2, 3 หรือ 4, 3) แทน

การกำหนด Baud Rate

Baud Rate เริ่มต้นของโมดูล NEO-M8N มักเป็น 9600 สามารถเปลี่ยนได้ผ่านซอฟต์แวร์ u-center ของ Ublox หรือผ่านการส่งคำสั่งเฉพาะทาง UART หากใช้ Baud Rate สูงขึ้น เช่น 115200 อาจทำให้การล็อกสัญญาณและส่งข้อมูลเร็วขึ้น แต่ต้องแน่ใจว่าบอร์ด Arduino และ SoftwareSerial รองรับความเร็วสูงนั้นได้โดยไม่เกิดข้อมูลสูญหาย

การปรับตั้งค่า Update Rate

Ublox NEO-M8N อาจตั้งค่า Update Rate ได้สูงสุด 10 Hz (10 ครั้งต่อวินาที) แต่ในทางปฏิบัติ ส่วนมากตั้งไว้ 1 Hz หรือ 5 Hz เพื่อให้ข้อมูลมีเวลาประมวลผลเพียงพอ (เพราะการส่งข้อมูล NMEA หลายประโยคก็ใช้เวลา) การตั้ง 10 Hz ต้องใช้ Baud Rate ที่สูงกว่า 9600 เช่น 38400 หรือ 57600

สรุปและการประยุกต์ใช้งาน

การใช้งานโมดูล GPS Ublox NEO-M8N กับ Arduino UNO ถือเป็นโปรเจกต์พื้นฐานที่เปิดโอกาสให้ผู้เรียนรู้ด้านไมโครคอนโทรลเลอร์หรือ IoT เข้าใจหลักการระบุตำแหน่งผ่านสัญญาณดาวเทียมได้อย่างชัดเจน โดยเมื่อเราสามารถอ่านประโยค NMEA หรือค่าพิกัดจาก TinyGPS++ หรือไลบรารีที่คล้ายกันได้แล้ว ก็สามารถนำข้อมูลดังกล่าวไปสร้างสรรค์โครงการต่าง ๆ มากมาย เช่น:

• ระบบติดตามยานพาหนะ: ผนวกกับโมดูล GSM/GPRS หรือ NB-IoT เพื่อส่งตำแหน่งขึ้น Cloud
• ระบบนำทางแบบเรียลไทม์: ใช้แสดงทิศทางบนจอ LCD หรือจอ OLED
• บันทึกเส้นทางเดินทาง (Data Logger): เก็บค่าพิกัดลง SD card เพื่อนำไปวิเคราะห์ภายหลัง
• โครงการงานวิจัยด้านการสำรวจ: เพิ่มความแม่นยำด้วยเทคนิค DGPS หรือ RTK (แม้อาจต้องใช้ฮาร์ดแวร์ GPS ที่รองรับเพิ่มเติม)

ตัวอย่างโค้ด พร้อมคำอธิบายทีละส่วน

ในหัวข้อนี้จะเป็นการนำทุกสิ่งมารวมกันเป็นโค้ดสมบูรณ์แบบที่ใช้ทั้งการแสดงผล NMEA ดิบและการ Parse ค่าผ่าน TinyGPS++ ผนวกรวมกับการแสดงผลบน Serial Monitor ให้ผู้อ่านได้เข้าใจชัดเจน

/*
 * Example: Ublox NEO-M8N with Arduino UNO
 * This code reads raw NMEA sentences and also parses
 * latitude, longitude, altitude, date, time, etc. using TinyGPS++ library.
 *
 * Pins used:
 * GPS TX -> Arduino pin 4 (SoftwareSerial RX)
 * GPS RX -> Arduino pin 3 (SoftwareSerial TX)
 * GPS VCC -> 5V (or 3.3V if needed)
 * GPS GND -> GND
 */

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

// สร้าง Object TinyGPSPlus
TinyGPSPlus gps;

// กำหนด Pin ของ SoftwareSerial
static const int RXPin = 4, TXPin = 3;
// กำหนด Baud Rate ของ GPS
static const uint32_t GPSBaud = 9600;

// สร้างพอร์ตอนุกรมเสมือน
SoftwareSerial gpsSerial(RXPin, TXPin);

void setup() {
  // เปิด Serial สำหรับ Debug
  Serial.begin(9600);

  // เริ่มสื่อสารกับ GPS ที่ 9600
  gpsSerial.begin(GPSBaud);

  Serial.println("Ublox NEO-M8N GPS Test");
  Serial.println("-----------------------");
  delay(1000);
}

void loop() {
  // 1) อ่านข้อมูลจาก GPS และแสดงเป็น NMEA ดิบ
  while (gpsSerial.available() > 0) {
    char c = gpsSerial.read();
    // พิมพ์ข้อความ NMEA ดิบออกทาง Serial Monitor
    Serial.write(c);

    // 2) ส่งข้อมูลให้ TinyGPS++ ประมวลผล
    gps.encode(c);
  }

  // 3) ถ้าข้อมูลพร้อม จึงแสดงค่าที่ Parse แล้ว
  if (gps.location.isUpdated()) {
    // แสดงค่าละติจูด ลองจิจูด
    double lat = gps.location.lat();
    double lng = gps.location.lng();

    Serial.print("Lat: ");
    Serial.print(lat, 6);
    Serial.print("  Lng: ");
    Serial.println(lng, 6);
  }

  if (gps.altitude.isUpdated()) {
    Serial.print("Altitude: ");
    Serial.print(gps.altitude.meters());
    Serial.println(" m");
  }

  if (gps.time.isUpdated()) {
    // แสดงเวลาจาก GPS (UTC)
    Serial.print("Time (UTC): ");
    Serial.print(gps.time.hour());
    Serial.print(":");
    Serial.print(gps.time.minute());
    Serial.print(":");
    Serial.println(gps.time.second());
  }

  if (gps.date.isUpdated()) {
    // แสดงวันที่
    Serial.print("Date: ");
    Serial.print(gps.date.day());
    Serial.print("/");
    Serial.print(gps.date.month());
    Serial.print("/");
    Serial.println(gps.date.year());
  }

  // เพิ่มการหน่วงเล็กน้อยให้โค้ดไม่เร็วเกินไป
  delay(200);
}

การนำไปต่อยอด

• บันทึกข้อมูลลง SD card: นำค่า GPS ที่ได้ไปเก็บเป็นไฟล์ .csv หรือไฟล์ข้อมูลอื่น ๆ เพื่อวิเคราะห์เส้นทาง
• ส่งข้อมูลผ่านอินเทอร์เน็ต: ใช้โมดูล Wi-Fi (ESP8266/ESP32) หรือโมดูล GSM (SIM800, SIM900) หรือ NB-IoT (SIM7000) เพื่อส่งพิกัดขึ้น Server หรือ MQTT Broker
• สร้างระบบนำทางแบบเรียลไทม์: นำค่าพิกัดมาเทียบกับแผนที่ (Map) แบบ Offline หรือใช้ API เช่น Google Maps
• ประยุกต์ร่วมกับเซนเซอร์อื่น: เช่น เซนเซอร์วัดความเร่ง (Accelerometer) หรือ Gyroscope เพื่อสร้าง INS (Inertial Navigation System) อย่างง่าย
• เพิ่มฟังก์ชันการประมวลผล: การคำนวณระยะทาง, ความเร็วเฉลี่ย หรือทิศทางการเคลื่อนที่

สรุป

โมดูล GPS Ublox NEO-M8N เป็นทางเลือกยอดนิยมสำหรับโปรเจกต์ระบุตำแหน่ง ด้วยข้อดีคือการรองรับหลายระบบดาวเทียม, ใช้พลังงานต่ำ, มีความไวในการล็อกสัญญาณดี และปรับตั้งค่าได้หลากหลาย การเชื่อมต่อกับ Arduino UNO ทำได้ง่ายผ่านพอร์ตอนุกรม (UART) แต่ต้องคำนึงถึงแรงดันไฟเลี้ยงและสัญญาณเป็นหลัก

ขั้นตอนการทำงานหลัก ๆ มีดังนี้:

1. จ่ายไฟที่ถูกต้องและเหมาะสม (3.3V หรือ 5V ตามสเปกโมดูล)
2. เชื่อมต่อ TX, RX ระหว่างโมดูลกับ Arduino ให้ตรงข้ามกัน (TX -> RX, RX -> TX)
3. ใช้ SoftwareSerial (หากเป็น Arduino UNO) หรือใช้พอร์ตอนุกรมฮาร์ดแวร์ (หากเป็น Arduino Mega, STM32, หรือ ESP8266/ESP32)
4. อ่านประโยค NMEA ที่ส่งออกมาและใช้ไลบรารี (เช่น TinyGPS++) ในการ Parse
5. นำข้อมูลละติจูด, ลองจิจูด, เวลา, ความสูง และข้อมูลอื่น ๆ ไปประยุกต์ใช้ตามต้องการ

ข้อควรระวัง ที่สำคัญคือการจัดการแรงดันไฟและสัญญาณ, การใช้เสาอากาศที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม, และการจัดการเวลา (Time to First Fix) ซึ่งอาจต้องใช้เวลารอให้โมดูลรับข้อมูลดาวเทียมจนครบ

เมื่อเข้าใจกลไกเหล่านี้แล้ว คุณสามารถนำโมดูล GPS มาพัฒนาต่อยอดโปรเจกต์ต่าง ๆ ได้อย่างไม่จำกัด ไม่ว่าจะเป็นการติดตามรถยนต์, ระบบนำทาง, ระบบล็อกตำแหน่งอัตโนมัติ, หรือโครงงานด้าน IoT ที่จำเป็นต้องรู้ตำแหน่งทางภูมิศาสตร์แบบเรียลไทม์

หวังว่าบทความนี้จะเป็นแนวทางที่ดีในการเรียนรู้และลงมือทำโครงงาน GPS ด้วยโมดูล Ublox NEO-M8N ร่วมกับ Arduino UNO ไม่ว่าจะเพื่อการศึกษา การพัฒนาโปรเจกต์ส่วนตัว หรือการนำไปประยุกต์ใช้ในงาน IoT จริงจัง ขอให้ทุกท่านสนุกและประสบความสำเร็จในการพัฒนาโครงงานครับ!

➴ บรรณานุกรม/แหล่งข้อมูลอ้างอิง (References)

• Ublox Official Website – Datasheet และเครื่องมือ u-center สำหรับปรับค่าของ NEO-M8N
• TinyGPS++ Library – ไลบรารีช่วย Parse ข้อมูล GPS สำหรับ Arduino
• SoftwareSerial Library Documentation – เอกสารการใช้งาน SoftwareSerial บน Arduino
• NMEA Standard – องค์กรมาตรฐาน NMEA และรูปแบบข้อความ NMEA
• แหล่งจำหน่ายโมดูล GPS เช่น Aliexpress, Adafruit, SparkFun หรือร้านค้าอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป

© บทความฉบับ HTML จัดทำเพื่อสาธิตการใช้งานโมดูล GPS Ublox NEO-M8N กับ Arduino UNO.
ผู้เขียนขอสงวนสิทธิ์ในความถูกต้องของข้อมูล บางส่วนอาจมีการเปลี่ยนแปลงตามรุ่นโมดูลหรือการอัปเดตซอฟต์แวร์.