如何使用GPS模块?,详细讲解GPS应用原理

使用Arduino控制NEO-6M GPS模块应用

本应用说明如何将NEO-6M GPS模块与Arduino一起使用以获取GPS数据。GPS代表全球定位系统,可以在旅行时用于确定位置,时间和速度。

如何使用GPS模块?从头到尾,详细讲解和程序说明

您将学习到如何:将NEO-6M GPS模块连接到Arduino UNO获取原始GPS数据解析原始数据以获得选定的可读GPS信息取得位置

推出NEO-6M GPS模块

NEO-6M GPS模块如下图所示。它带有一个外部天线,并且不带有插头。因此,您需要获取并焊接一些引脚。

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该模块具有外部天线和内置EEPROM。接口:RS232 TTL电源:3V至5V默认波特率:9600 bps与标准NMEA语法一起使用

NEO-6M GPS模块还与其他微控制器板兼容。

引脚接线

NEO-6M GPS模块具有四个引脚:VCC,RX,TX和GND。该模块使用TX和RX引脚通过串行通信与Arduino进行通信,因此接线是多么简单:

NEO-6M GPS模块 接线到Arduino UNO

VCC 5伏

RX 软件序列中定义的TX引脚

TX 软件序列中定义的RX引脚

GND 地线

获取GPS原始数据

要获取原始GPS数据,您只需使用”软件串行口”开始与GPS模块的串行口通信。继续阅读以了解具体的操作方法。

所需零件

为了测试此示例,您将需要以下部分:ArduinoNEO-6M GPS模块跳线

原理图

请按照以下示意图将NEO-6M GPS模块连接到Arduino。

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模块GND引脚连接到Arduino GND引脚模块RX引脚连接到Arduino 引脚3模块TX引脚连接到Arduino 引脚4模块VCC引脚连接到Arduino 5V引脚

代码

将以下代码复制到Arduino IDE,并将其上传到Arduino开发板。

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial ss(4, 3);

void setup(){

Serial.begin(9600);

ss.begin(9600);

}

void loop(){

while (ss.available() > 0){

byte gpsData = ss.read();

Serial.write(gpsData);

}

}

此电路图假定您将引脚4和引脚3用作RX和TX串行引脚,以与GPS模块建立串行通信。如果您使用其他引脚,则应在以下行中对其进行编辑:

SoftwareSerial ss(4, 3);

另外,如果您的模块使用的默认波特率不同于9600 bps,则应在以下行中修改代码:

ss.begin(9600);

该电路图侦听GPS串行端口,并在从模块接收数据时将其发送到串行监视器。

while (ss.available() > 0){

byte gpsData = ss.read();

Serial.write(gpsData);

}

以9600的波特率打开串行监视器。

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您应该以GPS标准语言NMEA获得大量信息。您在串行监视器中看到的每一行都是NMEA语句。

NMEA代表国家海洋电子协会,在GPS领域中,它是GPS制造商支持的标准数据格式。

了解NMEA句子

NMEA句子以$字符开头,并且每个数据字段都用逗号分隔。

$ GPGGA,110617.00,41XX.XXXXX,N,00831.54761,W,1,05,2.68,129.0,M,50.1,M ,, * 42

$ GPGSA,A,3,06,09,30,07,23 ,, ,,,,, 4.43,2.68,3.53 * 02

$ GPGSV,3,1,11,02,48,298,24,03,05,101,24,05,17,292,20,06,71,227,30 * 7C

$ GPGSV, 3,2,11,07,47,138,33,09,64,044,28,17,01,199,19,13,214,* 7C

$ GPGSV,3,3,11,23,29,054,29,29,01,335,,30 ,29,167,33 * 4E

$ GPGLL,41XX.XXXXX,N,00831.54761,W,110617.00,A,A * 70

$ GPRMC,110618.00,A,41XX.XXXXX,N,00831.54753,W,0.078,030118 ,,, A * 6A

$ GPVTG ,, T ,, M,0.043,N,0.080,K,A * 2C

NMEA句子有不同类型。消息的类型由第一个逗号之前的字符指示。

$之后的GP表示它是GPS位置。$ GPGGA是基本的GPS NMEA消息,提供3D位置和准确性数据。在下面的句子中:

$ GPGGA,110617.00,41XX.XXXXX,N,00831.54761,W,1,05,2.68,129.0,M,50.1,M ,, * 42110617 –表示采取修复位置的时间,UTC时间11:06:1741XX.XXXXX,N –纬度41度XX.XXXXX’N00831.54761,W –经度008度31.54761′W1 –修复质量(0 =无效; 1 = GPS修复; 2 = DGPS修复; 3 = PPS修复; 4 =实时运动学; 5 =浮点RTK; 6 =估计(航位推算); 7 =手动输入模式; 8 =模拟模式)05 –被跟踪的卫星数2.68 –头寸水平稀释129.0,M –海拔,海拔高度50.1,M – WGS84椭球上方的大地水准面的高度(平均海平面)空字段-自上次DGPS更新以来的时间(以秒为单位)空字段– DGPS站ID号* 42 –校验和数据,始终以*开头

NMEA的其他句子提供了其他信息:

  • $ GPGSA – GPS DOP和活动卫星
  • $ GPGSV –详细的GPS卫星信息
  • $ GPGLL –地理纬度和经度
  • $ GPRMC –基本的GPS pvt(位置,速度,时间)数据
  • $ GPVTG –速度不错

使用TinyGPS ++库解析NMEA句子

您可以处理来自GPS的原始数据,也可以通过将字符序列保存到变量中来将这些NMEA消息转换为可读且有用的格式。为此,我们将使用TinyGPS ++库 。

通过该库,可以轻松获取有用且易于理解的格式的位置信息。

安装TinyGPS ++库

请按照以下步骤在您的Arduino IDE中安装TinyGPS ++库:

1. 下载TinyGPSPlus库。您的下载文件夹中应该有一个.zip文件夹

2. 解压缩.zip文件夹,您应该得到TinyGPSPlus-master文件夹

3. 重命名文件夹 到TinyGPSPlus

4. 将TinyGPSPlus文件夹移至Arduino IDE安装库文件夹

5. 最后,重新打开您的Arduino IDE

该库提供了一些有关如何使用它的示例。在您的Arduino IDE中,您只需要转到 File Examples > TinyGPS ++,然后从提供的示例中进行选择。

注意:库中提供的示例假定GPS模块的波特率为4800。如果您使用的是NEO-6M GPS模块,则需要将其更改为9600。

使用NEO-6M GPS模块和TinyGPS ++库获取位置

您可以使用TinyGPS ++库以方便实用的格式获取位置。下面,我们提供了一个代码来从GPS获取位置。这是其中一个库示例的简化版本。

#include <TinyGPS++.h>

#include <SoftwareSerial.h>

static const int RXPin = 4, TXPin = 3;

static const uint32_t GPSBaud = 9600;

TinyGPSPlus gps;

SoftwareSerial ss(RXPin, TXPin);

void setup(){

Serial.begin(9600);

ss.begin(GPSBaud);

}

void loop(){

while (ss.available() > 0){

gps.encode(ss.read());

if (gps.location.isUpdated()){

Serial.print(“Latitude= “);

Serial.print(gps.location.lat(), 6);

Serial.print(” Longitude= “);

Serial.println(gps.location.lng(), 6);

}

}

}

首先导入所需的库:TinyGPSPlus和SoftwareSerial

#include <TinyGPS++.h>

#include <SoftwareSerial.h>

然后,您定义软件串行RX和TX引脚,以及GPS波特率。如果将其他引脚用于软件串行,则需要在此处进行更改。另外,如果您的GPS模块使用其他默认波特率,则还应该对其进行修改。

static const int RXPin = 4, TXPin = 3;

static const uint32_t GPSBaud = 9600;

然后,创建一个TinyGPS ++对象:

TinyGPSPlus gps;

然后在您先前定义的引脚上开始串行连接

SoftwareSerial ss(RXPin, TXPin);

在setup()中,您可以初始化串行通信,以查看串行监视器上的读数并与GPS模块通信。

void setup() {

Serial.begin(9600);

ss.begin(GPSBaud);

}

在循环中,您需要提供信息。为了使TinyGPS ++能够正常工作,您必须使用encode()方法从GPS模块中反复向其添加字符。

while (ss.available() > 0){

gps.encode(ss.read());

然后,您可以查询gps对象以查看是否已更新任何数据字段:

if (gps.location.isUpdated()){

Serial.print(“Latitude=”); Serial.print(gps.location.lat(), 6);

Serial.print(“Longitude=”); Serial.println(gps.location.lng(), 6);

}

分别使用gps.location.lat()和gps.location.lng()即可轻松获得纬度和经度。

将代码上传到Arduino,您应该会在串行监视器上看到显示的位置。上载代码后,请等待几分钟,同时模块将调整位置以获取更准确的数据。

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使用TinyGPS ++库获取更多GPS信息

TinyGPS ++库使您不仅可以简单地获取位置信息,还可以获取更多信息。除了位置,您还可以获得:日期时间速度课程高度卫星高清

下面的代码示例了如何以一种简单的方式获取所有这些信息。

#include <TinyGPS++.h>

#include <SoftwareSerial.h>

static const int RXPin = 4, TXPin = 3;

static const uint32_t GPSBaud = 9600;

SoftwareSerial ss(RXPin, TXPin);

void setup(){

Serial.begin(9600);

ss.begin(GPSBaud);

}

void loop(){

while (ss.available() > 0){

gps.encode(ss.read());

if (gps.location.isUpdated()){

Serial.print(“Latitude= “);

Serial.print(gps.location.lat(), 6);

Serial.print(” Longitude= “);

Serial.println(gps.location.lng(), 6);

Serial.print(“Raw latitude = “);

Serial.print(gps.location.rawLat().negative ? “-” : “+”);

Serial.println(gps.location.rawLat().deg)

Serial.println(gps.location.rawLat().billionths);

Serial.print(“Raw longitude = “);

Serial.print(gps.location.rawLng().negative ? “-” : “+”);

Serial.println(gps.location.rawLng().deg);

Serial.println(gps.location.rawLng().billionths);

Serial.print(“Raw date DDMMYY = “);

Serial.println(gps.date.value());

Serial.print(“Year = “);

Serial.println(gps.date.year());

Serial.print(“Month = “);

Serial.println(gps.date.month());

Serial.print(“Day = “);

Serial.println(gps.date.day());

Serial.print(“Raw time in HHMMSSCC = “);

Serial.println(gps.time.value());

Serial.print(“Hour = “);

Serial.println(gps.time.hour());

Serial.print(“Minute = “);

Serial.println(gps.time.minute());

Serial.print(“Second = “);

Serial.println(gps.time.second());

Serial.print(“Centisecond = “);

Serial.println(gps.time.centisecond());

Serial.print(“Raw speed in 100ths/knot = “);

Serial.println(gps.speed.value());

Serial.print(“Speed in knots/h = “);

Serial.println(gps.speed.knots());

Serial.println(gps.speed.mph());

Serial.print(“Speed in m/s = “);

Serial.println(gps.speed.mps());

Serial.print(“Speed in km/h = “);

Serial.println(gps.speed.kmph());

Serial.print(“Raw course in degrees = “);

Serial.println(gps.course.value());

Serial.print(“Course in degrees = “);

Serial.println(gps.course.deg());

Serial.print(“Raw altitude in centimeters = “);

Serial.println(gps.altitude.value());

Serial.print(“Altitude in meters = “);

Serial.println(gps.altitude.meters());

Serial.print(“Altitude in miles = “);

Serial.println(gps.altitude.miles());

Serial.print(“Altitude in kilometers = “);

Serial.println(gps.altitude.kilometers());

Serial.print(“Altitude in feet = “);

Serial.println(gps.altitude.feet());

Serial.print(“Number os satellites in use = “);

Serial.println(gps.satellites.value());

Serial.print(“HDOP = “);

Serial.println(gps.hdop.value());

}

}

}

TinyGPS ++ 在如何使用其所有功能方面得到了很好的评价。

写到最后

希望本指南对您有所帮助。喜欢就记得关注,后续会继续分享更多项目示例,敬请期待。

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