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风筝

发表于: 2022-6-22 16:29:06 | 显示全部楼层

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让我们在接下来的Arduino项目中使用NEO-6M GPS模块来实现感知位置，该模块可以跟踪多达22颗卫星并识别世界任何地方的位置。对于希望进入GPS世界的任何人来说，它都可以作为一个很好的起点。

它们功耗低（适用于电池供电的设备）、价格低廉、易于交互，并且在电子爱好者中非常受欢迎。

GPS是如何工作的？

GPS接收器实际上是通过计算它们与许多卫星的距离来工作的。它们经过预先编程，可以在任何给定时间知道GPS卫星的位置。

卫星以无线电信号的形式向地球传输有关其位置和当前时间的信息。这些信号识别卫星并告诉接收器它们的位置。

然后，接收器通过计算信号到达所需的时间来计算每颗卫星的距离。一旦它掌握了至少三颗卫星的距离以及它们在太空中的位置的信息，它就可以确定你在地球上的位置。这个过程被称为三边测量（Trilateration）。

NEO-6M GPS模块硬件概述

NEO-6M GPS芯片

该模块的核心是u-blox公司的NEO-6M GPS芯片。该芯片的尺寸小于一张邮票的大小，但在它的小尺寸中包含了惊人的功能。

它可以在50个通道上跟踪多达22颗卫星，并达到业界最高水平的灵敏度，即 -161 d 跟踪，同时仅消耗45mA电流。

与其他GPS模块不同，它每秒最多可进行5次位置更新，水平定位精度为2.5m。u-blox 6定位引擎还拥有不到1秒的首次定位时间 (TTFF)。

该芯片提供的最佳功能之一是省电模式 (PSM)。它可以通过选择性地打开和关闭接收器的某些部分来降低系统功耗。这将模块的功耗显着降低至仅11mA，使其适用于GPS手表等对功耗敏感的应用。

NEO-6M GPS芯片的必要数据引脚引出到0.1英寸间距的排针。这包括通过UART与微控制器通信所需的引脚。模块支持从4800bps到230400bps的波特率，默认波特率为9600。

定位LED指示灯

NEO-6M GPS 模块上有一个 LED，用于指示定位状态。它会根据所处的状态以不同的速率闪烁：

● 不闪烁 - 它正在搜索卫星。

● 每1s闪烁一次 – 找到定位（模块可以寻到足够多的卫星）。

3.3V LDO稳压器

NEO-6M-GPS-Module-3.3V-Voltage-Regulator.jpg

NEO-6M芯片的工作电压为2.7至3.6V。但好消息是，该模块配备了MICREL的MIC5205超低压差3V3稳压器。

逻辑引脚也可以承受5V电压，因此我们可以轻松地将其连接到Arduino或任何5V逻辑微控制器，而无需使用任何逻辑电平转换器。

电池和EEPROM

该模块配备一个两线串行EEPROM - HK24C32 。它大小为4KB，通过I2C连接到NEO-6M 芯片。

该模块还包含一个可充电纽扣电池，用作超级电容器。

EEPROM与电池一起有助于保留电池支持的RAM (BBR)。 BBR包含时钟数据、最新位置数据（GNSS 轨道数据）和模块配置。但这并不意味着永久数据存储。

由于电池保留时钟和最后位置，首次定位时间 (TTFF) 显着减少到1秒。这允许更快的位置锁定。如果没有电池，GPS总是冷启动，因此初始GPS定位需要更多时间。

通电时电池会自动充电，并且可以在没有电源的情况下保持数据长达两周。

天线

使用该模块进行任何类型的通信都需要天线。因此，该模块带有一个具有-161dBm灵敏度的贴片天线。

您可以将此天线卡入模块上的小型 U.FL 连接器。

NEO-6M-GPS-Module-u.fl-Connector.jpg

贴片天线非常适合大多数项目。但是，如果您想获得更高的灵敏度或将模块放入金属外壳中，您也可以通过 U.FL 连接器卡入任何 3V 有源 GPS 天线。

NEO-6M GPS模块引脚

NEO-6M GPS模块共有4个引脚与外界连接。连接如下：

GND 是接地引脚，需要连接到Arduino上的GND引脚。

TxD（发送器）引脚用于串行通信。

RxD（接收器）引脚用于串行通信。

VCC 为模块供电。您可以直接将其连接到Arduino上的5V引脚。

使用Arduino UNO开发板连接NEO-6M GPS模块

现在我们了解了有关该模块的所有信息，我们可以开始将它连接到Arduino开发板！

首先将贴片天线连接到U.FL连接器。请记住将U.FL电缆穿过其中一个安装孔，以实现牢固的连接。该模块通常带有未焊接的排针。所以，你需要焊接它们。

现在，将模块上的Tx和Rx引脚分别连接到Arduino上的数字引脚#2和#3；因为我们将使用软件串口与模块通信。然后将VCC引脚连接到Arduino的5V引脚，并将GND接地。

Wiring-Connections-NEO-6M-GPS-Module-to-Arduino-UNO.jpg

一切就绪后，您就可以继续操作了！

电梯直达

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风筝

发表于: 2022-6-22 17:39:52 | 显示全部楼层

沙发

Arduino代码 – 读取GPS数据

GPS接收器最好的一点是，一旦给它们供电，就会开始发送数据。

测试此数据的最佳方法是使用Arduino作为USB-TTL转换器。以下是相关的代码：

// Choose two Arduino pins to use for software serial
int RXPin = 2;
int TXPin = 3;
//Default baud of NEO-6M is 9600
int GPSBaud = 9600;
// Create a software serial port called "gpsSerial"
SoftwareSerial gpsSerial(RXPin, TXPin);
void setup()
{
// Start the Arduino hardware serial port at 9600 baud
Serial.begin(9600);
// Start the software serial port at the GPS's default baud
gpsSerial.begin(GPSBaud);
}
void loop()
{
// Displays information when new sentence is available.
while (gpsSerial.available() > 0)
Serial.write(gpsSerial.read());
}

复制代码

上传程序，然后在Arduino IDE打开串口监视器。记得选择9600波特率。您应该看到如下文本：

您通过串口获取的数据实际上是NMEA 语句。

NMEA是 National Marine Electronics Association（美国国家海洋电子协会）的首字母缩写。这是几乎所有GPS接收器的标准消息格式。NMEA标准采用称为句子的数据行格式。每个句子都用逗号分隔，以便计算机和微控制器更容易解析。

这些NMEA语句以称为更新率的间隔发送出去。

NEO-6M GPS模块默认每秒更新一次此信息（1Hz 频率）。但是您可以将其配置为每秒最多5次更新（5Hz 频率）。

解析NMEA句子

NMEA标准中有很多句子，最常见的有：

● $GPRMC（全球定位推荐最小坐标）提供时间、日期、纬度、经度、高度和估计速度。

● $GPGGA 语句提供了提供3D位置和精度数据的基本修复数据。

让我们以来自GPS接收器的$GPRMC NMEA语句为例。

$GPRMC, 123519, A, 4807.038, N, 01131.000, E,022.4, 084.4, 230394, 003.1, W*6A

复制代码

$ 每个NMEA句子都以$字符开头。

GPRMC 全球定位推荐最小坐标（Global Positioning Recommended Minimum Coordinates）

123519 UTC 当前时间 – 12:35:19

A 状态 A=活动或 V=无效。

4807.038,N 纬度 48 度 07.038′ N

01131.000,E 经度 11 度 31.000′ E

022.4 对地速度（节）

084.4 以度为单位的轨道角度

220318 当前日期 – 2018 年 3 月 22 日

003.1,W 偏差

*6A 校验和数据，总是以 * 开头

让我们举个$GPGGA NMEA语句的例子。

$GPGGA, 123519, 4807.038, N, 01131.000, E, 1, 08, 0.9, 545.4, M, 46.9, M, , *47

复制代码

$ NMEA 语句的开始。

GPGGA 全球定位系统修复数据（Global Positioning System Fix Data）

123519 UTC 当前时间 – 12:35:19

4807.038,N 纬度 48 度 07.038′ N

01131.000,E 经度 11 度 31.000′ E

1 GPS 定位

08 被跟踪的卫星数量

0.9 平面精度指标

545.4,M 以米为单位的海拔高度（高于平均海平面）

46.9,M 大地水准面高度（平均海平面）

（空白）自上次 DGPS 更新以来的时间（以秒为单位）

（空白） DGPS 站 ID 号

*47 校验和数据，总是以 * 开头

有关NMEA句子及其包含的数据的更多信息，请查看gpsinformation.org

Arduino代码 – TinyGPS 库

通常对于我们的项目，我们需要将NMEA句子解析为有用的信息。为了简化我们的工作，我们使用TinyGPS++库。

这个库完成了从GPS模块接收数据所需的大量繁重工作，例如在后台读取和提取有用的数据。所以，我们不需要担心解析工作。感谢Mikal Hart的巨大贡献。他的网站 Arduiniana.org 全面概述了TinyGPS++库的所有功能。

首先通过访问GitHub存储库下载库，或者只需单击此按钮即可下载 zip： TinyGPSPlus-1.0.3.zip (46.64 KB, 下载次数: 12)

要安装它，请打开Arduino IDE，转到 Sketch > Include Library > Add .ZIP Library，然后选择刚刚下载的TinyGPSPlus ZIP文件。如果您需要有关安装库的更多详细信息，请访问此安装Arduino库教程。

安装库后，您可以将下面的草图复制到 Arduino IDE 中。以下测试草图将在串口监视器上打印位置信息（纬度、经度和海拔）和 UTC（日期和时间）。试试草图；然后我们将详细解释它。

#include <TinyGPS++.h>
#include <SoftwareSerial.h>
// Choose two Arduino pins to use for software serial
int RXPin = 2;
int TXPin = 3;
int GPSBaud = 9600;
// Create a TinyGPS++ object
TinyGPSPlus gps;
// Create a software serial port called "gpsSerial"
SoftwareSerial gpsSerial(RXPin, TXPin);
void setup()
{
// Start the Arduino hardware serial port at 9600 baud
Serial.begin(9600);
// Start the software serial port at the GPS's default baud
gpsSerial.begin(GPSBaud);
}
void loop()
{
// This sketch displays information every time a new sentence is correctly encoded.
while (gpsSerial.available() > 0)
if (gps.encode(gpsSerial.read()))
displayInfo();
// If 5000 milliseconds pass and there are no characters coming in
// over the software serial port, show a "No GPS detected" error
if (millis() > 5000 && gps.charsProcessed() < 10)
{
Serial.println("No GPS detected");
while(true);
}
}
void displayInfo()
{
if (gps.location.isValid())
{
Serial.print("Latitude: ");
Serial.println(gps.location.lat(), 6);
Serial.print("Longitude: ");
Serial.println(gps.location.lng(), 6);
Serial.print("Altitude: ");
Serial.println(gps.altitude.meters());
}
else
{
Serial.println("Location: Not Available");
}
Serial.print("Date: ");
if (gps.date.isValid())
{
Serial.print(gps.date.month());
Serial.print("/");
Serial.print(gps.date.day());
Serial.print("/");
Serial.println(gps.date.year());
}
else
{
Serial.println("Not Available");
}
Serial.print("Time: ");
if (gps.time.isValid())
{
if (gps.time.hour() < 10) Serial.print(F("0"));
Serial.print(gps.time.hour());
Serial.print(":");
if (gps.time.minute() < 10) Serial.print(F("0"));
Serial.print(gps.time.minute());
Serial.print(":");
if (gps.time.second() < 10) Serial.print(F("0"));
Serial.print(gps.time.second());
Serial.print(".");
if (gps.time.centisecond() < 10) Serial.print(F("0"));
Serial.println(gps.time.centisecond());
}
else
{
Serial.println("Not Available");
}
Serial.println();
Serial.println();
delay(1000);
}

复制代码

以下就是串口监视器上输出的样子。

草图首先包括TinyGPS++库和软件串口库。然后，我们定义NEO-6M GPS模块连接到的Arduino引脚和存储默认GPS波特率的变量。

创建TinyGPSPlus对象将有助于访问与库相关的特殊函数。接下来，我们创建一个名为gpsSerial的软件串口，我们可以通过它与模块通信。

#include <TinyGPS++.h>
#include <SoftwareSerial.h>
int RXPin = 2;
int TXPin = 3;
int GPSBaud = 9600;
TinyGPSPlus gps;
SoftwareSerial gpsSerial(RXPin, TXPin);

复制代码

在setup()函数中，我们需要启动与计算机以及GPS模块的串口通信。

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

复制代码

在loop()函数中，我们调用displayInfo()自定义函数，每次正确编码一个新的NMEA语句时，它都会在串口监视器上打印位置信息（纬度、经度和海拔）和 UTC（日期和时间）。

如果经过5000毫秒并且没有字符通过软件串口进入，我们将显示错误“No GPS detected”。

void loop()
{
while (gpsSerial.available() > 0)
if (gps.encode(gpsSerial.read()))
displayInfo();
if (millis() > 5000 && gps.charsProcessed() < 10)
{
Serial.println(F("No GPS detected"));
while(true);
}
}

复制代码

TinyGPS++库中的其他有用函数

您可以将一些有用的函数与 TinyGPS++对象一起使用。下面列出了其中的几个：

● gps.speed.value() 函数以100节为单位返回当前地速。

● gps.course.value() 函数以100度返回当前地面层。

● gps.satellites.value() 函数返回可见的参与卫星的数量。

● gps.hdop.value() 函数返回精度的水平减小。

● 如果你想知道一个对象的数据有多旧，调用它的 age() 方法，它返回自上次更新以来的毫秒数。如果这返回的值大于 1500 左右，则可能是问题的征兆，例如丢失修复。

● 如果您想从任何其他NMEA句子中提取数据。您可以通过告诉TinyGPS++ 句子名称和您感兴趣的字段编号来使用库的自定义提取函数，如下所示：TinyGPSCustom MagneticVariation(gps, "GPRMC", 10) 并且您可以像其他人一样查询它：magneticVariation.value( )

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