Arduino gps nmea

Содержание

Работа с GPS модулем

Общие сведения:

Trema GPS модуль ATGM336H — является навигационным устройством позволяющим определить свои координаты по широте, долготе и высоте. Дополнительно модуль способен определить текущую дату, время, скорость и направление передвижения.

Модуль получает данные на основе информации поступающей со спутников навигационных систем GPS (США), Глонасс (Россия) и Beidou (Китай).

Модуль самостоятельно обрабатывает полученную информацию и передает данные по шине UART в виде текстовых сообщений в формате протокола NMEA 0183, отличается низким энергопотреблением и высокой чувствительностью.

Видео:

Спецификация:

Напряжение питания: 3,3 В или 5 В, поддерживаются оба напряжения.
Питание резервной батареи: 3 В.
Ток потребляемый модулем: до 25 мА.
Интерфейс: UART.
Скорость шины UART: 4800, 9600 (по умолчанию), 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.
Конфигурация шины UART: 8 бит данных, без проверки четности, с одним стоповым битом.
Уровень логической 1 на линиях шины UART: 3,3 В.
Протокол передачи данных: NMEA 0183.
Частота обновления выводимых данных: от 1 (по умолчанию) до 10 Гц.
Поддерживаемые навигационные системы: GPS (США), Глонасс (Россия) и Beidou (Китай).
Время холодного старта: ≤ 35 сек.
Время горячего старта: ≤ 1 сек.
Точность позиционирования:

Подключение:

На плате модуля расположен разъем из 5 выводов.

TX — выход данных шины UART от модуля. Подключается к выводу RX Arduino.
RX — вход данных шины UART в модуль. Подключается к выводу TX Arduino.
Vcc — вход питания 3,3 или 5 В.
GND — общий вывод питания.
PPS — выход меандра с частотой 1 Гц. Передний фронт импульсов совпадает с временем UTC.

При подключении модуля не к аппаратной, а к программной шине UART, вы сами назначаете выводы TX и RX Arduino к которым подключается модуль.

Модуль удобно подключать 5 способами, в зависимости от ситуации:

Способ — 1: Используя провода, Piranha UNO и программный UART

Используя провода «Папа — Мама», подключаем напрямую к контроллеру Piranha UNO.

Способ — 2: Используя провода, Piranha ULTRA и аппаратный UART

Используя провода «Папа — Мама», подключаем напрямую к контроллеру Piranha ULTRA.

С данным подключением будет использоваться второй аппаратный UART на Piranha ULTRA. Стоит заметить, что программный порт на UNO безошибочно работает на скорости до 57600 бод, в то время как аппаратный без проблем может работать на скорости 115200, вдвое большей.

Способ — 3: Используя Trema Set Shield

При таком подключении можно использовать программный UART на 8 и 9 цифровых выводах. Так же на этих выводах находиться второй аппаратный последовательный порт Piranha ULTRA, что ещё больше упрощает работу с модулем.

Способ — 4: Используя проводной шлейф и Shield

Используя 2-х и 3-х проводные шлейфы, к Trema Shield, Trema-Power Shield, Motor Shield, Trema Shield NANO и тд.

Способ — 5: Напрямую к ПК через USB-UART

Питание:

Входное напряжение питания модуля 3,3В или 5В постоянного тока (поддерживаются оба напряжения питания), подаётся на выводы Vcc и GND.

Подробнее о модуле:

Модуль построен на базе чипа AT6558 включённого в сборку AT6558, снабжён антенной GPS1003, разъемом IPX позволяющим подключать внешнюю антенну, разъемом для подключения батарейки резервного питания и снабжён собственным стабилизатором напряжения. Модуль отличается низким энергопотреблением и высокой чувствительностью. Модуль получает информацию от спутников навигационных систем GPS, Глонасс, Beidou, обрабатывает её и передает выходные данные сформированные в формате протокола NMEA 0183 по шине UART в виде текстовых сообщений.

Получать широту, долготу и высоту над уровнем моря.
Получать скорость и курс на истинный полюс.
Получать дату и время UTC.
Получать количество наблюдаемых спутников и спутников участвующих в позиционировании.
Получать данные о спутниках: уровень приёма, положение и тип навигационной системы.
Получать геометрические факторы ухудшения точности и точность позиционирования.
Определять ошибку определения координат, даты, времени, скорости и курса.
Настраивать скорость передачи данных по шине UART.
Настраивать частоту обновления выводимых данных.
Выбирать версию протокола NMEA 0183 для формирования отправляемых сообщений.
Настраивать состав сообщений NMEA 0183.
Выбирать спутниковые навигационные системы, данные которых требуется получать.
Выбирать динамическую модель навигационной платформы.
Перезагружать модуль с выбором типа старта (холодный / горячий).
Перезагружать модуль со сбросом настроек в заводские.
Сохранять настройки в энергонезависимую память модуля.

Для работы с Trema GPS модулем — ATGM336H, нами разработано две библиотеки:

Библиотека iarduino_GPS_ATGM336 позволяет настроить работу Trema GPS модуля ATGM336H (задать скорость UART, частоту обновления данных, версию NMEA 0183, настроить состав выводимых сообщений, выбрать спутниковые навигационные системы, указать динамическую модель, перезагрузить модуль или сохранить его настройки).
Библиотека iarduino_GPS_NMEA позволяет получать данные из текстовых сообщений NMEA 0183 отправляемых GPS-модулем по шине UART (получить широту, долготу, высоту, скорость, курс, дату, время, количество спутников и данные о них).

Подробнее про установку библиотеки читайте в нашей инструкции.

Примеры:

В данном разделе раскрыты примеры настройки работы Trema GPS модуля ATGM336H при помощи библиотеки iarduino_GPS_ATGM336 и получения данных отправляемых данным модулем при помощи библиотеки iarduino_GPS_NMEA по аппаратной шине UART-1. Обе библиотеки позволяют работать не только с аппаратной, но и с программной шиной UART.

О том как настроить скетч для работы с программной шиной UART можно узнать ниже, из раздела «Подключение библиотеки».

Примеры работы с программной и аппаратной шиной UART доступны из меню Arduino IDE:

Файл / Примеры / iarduino GPS NMEA (парсер) — без настройки модуля.
Файл / Примеры / iarduino GPS ATGM336 (навигационный модуль).

Примеры получения данных библиотекой iarduino_GPS_NMEA без настройки модуля, доступны по ссылке Wiki — Парсер протокола NMEA.

Получение координат:

Пример выводит координаты широты и долготы в градусах, 5 раз в секунду.

Обратите внимание на то, что в примере не указана скорость шины Serial1 , так как она автоматически настраивается на скорость модуля функцией SettingsGPS.begin(Serial1); , а далее устанавливается функцией SettingsGPS.baudrate(9600); .

Состав сообщения NMEA 0183 отправляемого модулем, урезан обращением к функции SettingsGPS.composition(); до одной строки с идентификатором NMEA_RMC , вместо данного идентификатора можно указать NMEA_GGA или NMEA_GLL , так как в их строках так же содержится информация о широте и долготе. Уменьшение строк в составе сообщения NMEA приводит к уменьшению количества данных содержащихся в нём. Например, строка с идентификатором NMEA_RMC не содержит значение высоты над уровнем моря и данные о спутниках.

Получение скорости и курса:

Пример выводит скорость и курс, 5 раз в секунду.

Состав сообщения NMEA 0183 отправляемого модулем, урезан обращением к функции SettingsGPS.composition(); до одной строки с идентификатором NMEA_VTG , вместо данного идентификатора можно указать NMEA_RMC , так как в этой строке так же содержится информация о скорости и курсе. Уменьшение строк в составе сообщения NMEA приводит к уменьшению количества данных содержащихся в нём. Например, строка с идентификатором NMEA_VTG содержит информацию только о скорости и курсе, без координат, даты, времени и т.д.

Получение ссылки с координатами на карте:

Пример выводит ссылку на Yandex карту 1 раз в секунду.

Пример выводит ссылку на Google карту 1 раз в секунду.

Получение текущей даты и времени:

Пример выводит время, дату, день недели и UnixTime, 5 раз в секунду.

Состав сообщения NMEA 0183 отправляемого модулем, урезан обращением к функции SettingsGPS.composition(); до одной строки с идентификатором NMEA_ZDA , вместо данного идентификатора можно указать NMEA_RMC , так как в этой строке так же содержится информация о дате и времени. А в строках с идентификаторами NMEA_GGA , NMEA_GLL , NMEA_GST и NMEA_DHV присутствует только время, без даты. Уменьшение строк в составе сообщения NMEA приводит к уменьшению количества данных содержащихся в нём. Например, строка с идентификатором NMEA_ZDA содержит только дату и время.

Получение данных о спутниках:

Пример выводит данные о наблюдаемых спутниках: ID, уровень приёма, положение относительно GPS-модуля, тип навигационной системы и флаг участия спутника в позиционировании, 1 раз в 2 секунды.

Состав сообщения NMEA 0183 отправляемого модулем, урезан обращением к функции SettingsGPS.composition(); до строк с идентификаторами NMEA_GSA и NMEA_GSV . Уменьшение строк в составе сообщения NMEA приводит к уменьшению количества данных содержащихся в нём. Например, строки с идентификаторами NMEA_GSA и NMEA_GSV содержат только информацию о спутниках и геометрические факторы ухудшения точности.

Перезагрузка модуля со сбросом его настроек на заводские:

Пример перезагружает модуль со сбросом его настроек (скорость передачи данных, частота обновления выводимых данных, версия протокола NMEA и его состав, используемые спутниковые навигационные системы и динамическая модель) в значения по умолчанию.

Описание функций библиотеки iarduino_GPS_ATGM336:

В данном разделе описаны функции библиотеки iarduino_GPS_ATGM336 для настройки работы Trema GPS модуля.

Библиотека iarduino_GPS_ATGM336 может использовать как аппаратную, так и программную реализацию шины UART для работы с Trema GPS-модулем.

Подключение библиотеки:

Если GPS-модуль подключён по аппаратной шине UART (в примере используется UART-1):

Строки со звездочкой в комментарии можно исключить, если вы не собираетесь читать данные при помощи библиотеки iarduino_GPS_NMEA.

Если GPS-модуль подключён по программной шине UART (в примере используются выводы D8 и D9 для подключения модуля к Arduino):

Вывод TX Arduino подключается к выводу RX модуля, а вывод RX Arduino подключается к выводу TX модуля.

Функция begin();

Назначение: Инициализация работы с GPS модулем по шине UART.
Синтаксис: begin( SERIAL );
Параметры:
- SERIAL — объект или класс для работы с шиной UART по которой подключён GPS-модуль.
Возвращаемое значение: bool — результат инициализации (true или false).
Примечание:
- Функция должна быть вызвана до обращения к функции begin() библиотеки iarduino_GPS_NMEA, если таковая используется в скетче.
- Функция определяет наличие GPS модуля на шине UART, узнаёт скорость передачи данных на которую настроен модуль (это может занять несколько секунд) и указывает шине UART работать на обнаруженной скорости.
- Если шине UART была задана скорость до обращения к данной функции, то функция сначала проверит соответствует ли указанная скорость для работы с модулем, а если скорость не подходит, то изменит её на скорость передачи данных модуля.
Пример:

Функция baudrate();

Назначение: Установка скорости передачи данных модуля по шине UART.
Синтаксис: baudrate( [СКОРОСТЬ] );
Параметры:
- uint32_t СКОРОСТЬ — целое число может принимать следующие значения:
  - 4800 бит/сек.
  - 9600 бит/сек. — это значение установлено в модуле по умолчанию.
  - 19200 бит/сек.
  - 38400 бит/сек.
  - 57600 бит/сек.
  - 115200 бит/сек.
Возвращаемое значение: uint32_t — результат установки скорости модуля (true / false).
Примечание:
- Функция устанавливает указанную скорость и модулю и шине UART.
- Если функцию вызвать без параметра, то функция обнаружит текущую скорость модуля и установит её для шины UART.
  При этом функция вернет:
  - false (0) — если скорость модуля не определена.
  - true (1) — если скорость модуля совпадает с уже установленной скоростью шины UART.
  - СКОРОСТЬ — обнаруженная скорость модуля установленная для шины UART.
Пример:

Функция updaterate();

Назначение: Установка частоты обновления сообщений NMEA выводимых модулем.
Синтаксис: updaterate( ЧАСТОТА );
Параметры:
- uint8_t ЧАСТОТА — целое число от 1 до 10 Гц (от 1 до 10 раз в секунду).
Возвращаемое значение: Нет.
Примечание:
- Функция указывает модулю, как часто надо отправлять сообщения NMEA по шине UART.
- По умолчанию модуль отправляет сообщения NMEA с частотой 1 Гц (1 раз в секунду).
- Данные читаются функцией read() библиотеки iarduino_GPS_NMEA, в два раза медленнее, чем их отправляет модуль. Функция read() не знает какое количество строк включено в сообщение NMEA 0183 отправляемое GPS-модулем, по этому читает данные до получения идентификатора уже прочитанной строки, или до истечения времени указанного функцией timeOut() той же библиотеки.
Пример:

Функция composition();

Назначение: Установка состава сообщений NMEA 0183 отправляемых модулем.
Синтаксис: composition( ИДЕНТИФИКАТОРЫ );
Параметры:
- uint8_t ИНДЕНТИФИКАТОРЫ — от 1 до 11 идентификаторов строк сообщения NMEA. Идентификаторы указываются через запятую и могут принимать следующие значения:
  - NMEA_GGA — данные о последнем зафиксированном местоположении.
  - NMEA_GLL — географические координаты.
  - NMEA_GSA — активные спутники и геометрические факторы ухудшения точности.
  - NMEA_GSV — информация о всех наблюдаемых спутниках.
  - NMEA_RMC — рекомендуемый минимум навигационных данных.
  - NMEA_VTG — скорость и курс относительно земли.
  - NMEA_ZDA — дата и время.
  - NMEA_ANT — текстовое сообщение о состоянии антенны.
  - NMEA_DHV — скорость движения GNSS приемника.
  - NMEA_TXT — текстовое сообщение.
  - NMEA_GST — статистика ошибок позиционирования.
Возвращаемое значение: Нет.
Примечание:
- По умолчанию модуль отправляет сообщения NMEA 0183 состоящие из строк с идентификаторами: GGA, GLL, GSA, GSV, RMC, VTG, ZDA и ANT.
- Уменьшение строк в составе сообщения NMEA приводит к уменьшению количества данных содержащихся в нём, но способствует ускорению передачи всего сообщения.
Пример:

Функция system();

Назначение: Выбор используемых спутниковых навигационных систем.
Синтаксис: system( СИСТЕМЫ );
Параметры:
- uint8_t СИСТЕМЫ — от 1 до 3 спутниковых навигационных систем, указываются через запятую и могут принимать следующие значения:
  - GPS_GP — использовать данные поступающие от спутников GPS.
  - GPS_BD — использовать данные поступающие от спутников Beidu.
  - GPS_GL — использовать данные поступающие от спутников Glonass.
Возвращаемое значение: Нет.
Примечание:
- По умолчанию модуль использует спутниковые навигационные системы GPS и Glonass.
Пример:

Функция model();

Назначение: Выбор динамической модели навигационной платформы.
Синтаксис: model( МОДЕЛЬ );

Параметр:

uint8_t МОДЕЛЬ — может принимать одно из следующих значений:
- GPS_PORTABLE — модуль используется в портативном устройстве.
- GPS_STATIC — модуль используется статично.
- GPS_WALKING — модуль используется пешеходом.
- GPS_VEHICLE — модуль используется в автомобиле.
- GPS_VOYAGE — модуль используется на морском судне.
- GPS_AVIATION_1G — модуль используется на воздушном судне reset(GPS_FACTORY_SET) .

Пример:

Описание функций библиотеки iarduino_GPS_NMEA:

Библиотека iarduino_GPS_NMEA позволяет получать данные из текстовых сообщений NMEA 0183 отправляемых GPS-модулем по шине UART. Библиотека может использовать как аппаратную, так и программную реализацию шины UART для получения данных от GPS-модуля.

С подробным описанием функций библиотеки и примерами её работы можно ознакомиться на странице Wiki — Парсер протокола NMEA.

Список функций библиотеки:

Библиотека содержит 4 функции:

begin() — инициализация получения данных из строк NMEA.

timeZone() — установка / получение часовой зоны.

timeOut() — ограничение времени чтения данных.

read() — чтение данных.

Чтение данных:

Обращение к функции read() приводит к чтению данных из текстового сообщения NMEA 0183 отправляемого GPS-модулем по шине UART в следующие переменные:

float latitude — Широта (±90.0°).

float longitude — Долгота (±180.0°).

uint16_t altitude — Высота над уровнем моря (±32767м).

uint8_t speed — Скорость (0-255 км/ч).

float course — Курс (±180.0°).

uint8_t satellites[GPS_ACTIVE] — Количество активных спутников (0-12).

uint8_t satellites[GPS_VISIBLE] — Количество наблюдаемых спутников.

float PDOP — Пространственный геометрический фактор ухудшения точности (0-25.5).

float HDOP — Горизонтальный геометрический фактор ухудшения точности (0-25.5).

float VDOP — Вертикальный геометрический фактор ухудшения точности (0-25.5).

uint8_t seconds — Секунды (0-59).

uint8_t minutes — Минуты (0-59).

uint8_t hours — Часы (1-12).

uint8_t Hours — Часы (0-23).

uint8_t midday — Полдень (0-am, 1-pm).

uint8_t day — День месяца (1-31).

uint8_t weekday — День недели (0-воскресенье, 1-понедельник, . , 6-суббота).

uint8_t month — Месяц (1-12).

uint8_t year — Год (0-99).

uint16_t Year — Год (0-65’535).

uint32_t Unix — Unix время (0-‭4’294’967’296 сек).

Функцию read() можно вызвать с указанием массива в качестве параметра, тогда этот массив будет заполнен данными о наблюдаемых спутниках.

Содержание данных в строках сообщения NMEA 0183:

Переменные: Идентификаторы строк сообщения NMEA 0183 отправляемого модулем:

latitude
longitude GGA GLL RMC — — — — — —

altitude GGA — — — — — — — —

satellites GGA — — — — — — — —

speed
course — — RMC VTG — — — — —

PDOP
VDOP — — — — — GSA — — —

HDOP GGA — — — — GSA — — —

Hours
hours
minutes
seconds
midday GGA GLL RMC — ZDA — — DHV GST

day
weekday
month
year
Year — — RMC — ZDA — — — —

Unix (GGA || GLL || RMC || ZDA || DHV || GST ) && ( RMC || ZDA )

Массив — — — — — GSA GSV — —

Наличие в составе сообщения NMEA 0183, отправленного модулем, строки с любым из указанных в таблице идентификатором, приводит к заполнению данными соответствующей переменной.

Источник