设计一款太阳能供电的离线导航设备，专为户外探索、航点追踪和离网探险而设计
现代导航系统功能强大，但往往高度依赖智能手机、网络连接以及频繁充电。在徒步、登山、骑行、露营或紧急情况下，这些依赖可能成为制约因素。户外环境中手机耗电快，阳光下屏幕难以看清，偏远地区电力供应也变得不稳定。
TrailNAV 的诞生旨在打造一款简单、可靠且节能的导航伴侣，专为离网户外使用而设计。
TrailNAV 不关注复杂的地图或繁重的界面，而是专注于核心功能：
•方向
•目的地指南
•低功耗运行
•阳光下的可读性
•持久耐用
该设备将可读取阳光的电子纸显示屏、GPS导航、数字指南针感应、太阳能充电以及超低功耗嵌入式电子系统集成于紧凑的手持外形之中。
TrailNAV 的独特之处在于，它完全是一个DIY硬件项目，使用PVC太阳板等简单材料，并采用手工组装方式制作而成，证明了实用的户外技术可以用易于获取的工具和组件来实现。
动机
TrailNAV 的理念源于一个简单的问题：
如果有一种轻便的导航设备，能在户外连续工作数天，而无需依赖移动网络或频繁充电，那会怎样?
尽管智能手机具备出色的导航功能，但在偏远的户外环境中并不总是理想的选择：
•使用GPS时电池耗电快
明亮的阳光会降低能见度
•触摸屏在下雨或戴手套时会变得不便
•网络依赖性限制了偏远地区的使用便利性
TrailNAV 的设计旨在通过以下方式解决这些问题：
•超低功耗硬件
•电子纸技术
•专用物理按键
•太阳能辅助充电
•极简干扰界面
目标并非取代智能手机，而是打造一款专注的导航伴侣，在户外环境中依然可靠。
功能
太阳能辅助充电：后置式太阳能板通过MPPT充电模块持续为内置锂离子电池充电，延长户外使用时的运行时间。
超低功耗电子纸显示屏：2.7英寸的Waveshare电子纸显示屏仅在更新时消耗电力，可实现长时间续航，同时在直射阳光下仍清晰易读。
GPS导航：通过使用NEO-M8N GPS模块，TrailNAV提供：
•目的地指南
•方向导航
•标题信息
•距离估计
•无需联网即可使用。
数字指南针：集成的QMC5883L磁力计可实现实时方向定位和指南针可视化。
物理按钮接口：三个触控按钮可在戴手套或运动时实现简单可靠的交互。
离网运行：TrailNAV 设计为可独立运行于以下设备之外：
•蜂窝网络
•云服务
•在线地图
•连续充电基础设施
•适合徒步、骑行、露营、野外探险及应急导航
硬件概览
•Seeed Studio XIAO ESP32-C6
•2.7英寸 Waveshare 电子纸显示屏(264×176)
•NEO-M8N GPS GPS 模块
•QMC5883LLL 磁力计
•3.7VV 锂离子电池
•MPPT太阳能充电模块
•后置式太阳能板
•定制PVC阳光板外壳
外壳设计与装配工艺
第一步是根据电子元件的尺寸确定设备的整体尺寸。选择了10厘米×6.5厘米的紧凑型手持尺寸，使设备握感舒适，适合户外携带。为了提升外观和人体工学设计，四个角落均采用45度倒角处理。
该装置采用PVC阳光板制成。结构包括一个中央底座部分、四面可折叠的侧壁以及顶部盖板。设计首先通过数字方式草图绘制，然后转换为可打印的A4裁剪模板。装置由PVC阳光板(3毫米厚)、手工切割工具、钢尺和切割垫手动制作而成。
所有模块连接均使用焊锡枪和跳线手动完成。您可参考项目底部附带的连接图示。
Arduino 代码与架构
固件开发首先从为ESP32-C6平台配置Arduino IDE开始。安装了Espressif Systems提供的ESP32板载软件包，并选择“ESP32C6 Dev Module”板。该项目使用多个库来实现硬件通信和图形渲染。
•GxEPD2：电子纸显示库
•TinyGPS++：GPSGPS 库
•DFRobot QMC5883L：磁力计库
在固件中包含库
在固件顶部添加这些标题。
初始化硬件
在 setup()() 内部：
•初始化串行监视器
•初始化GPS UART
•初始化显示
•初始化指南针
•初始化按钮
创建屏幕系统
定义屏幕模式。
在 GitHub 上查看完整代码。
最终设备工作流程
结论
TrailNAVNAV 展示了如何将紧凑型嵌入式系统结合GPS导航、数字指南针定位和低功耗电子纸显示，打造一款实用的离线探险设备。通过将ESP32-C6、GPS模块、磁力计和电子纸显示屏集成到模块化固件架构中，该系统可在无需网络连接的情况下提供可靠的户外导航功能。
该项目为未来的发展奠定了坚实基础，包括面包屑追踪、返回起点导航、路线记录、BLE同步、LoRa通信以及先进的离线地图功能。最重要的是，TrailNAV展示了如何利用开源嵌入式微控制器构建一个完全功能完备的独立导航系统，该系统专为太阳能户外使用进行了优化。
本文编译自hackster.io
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