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[项目] 树莓派&全球定位系统

树莓派&全球定位系统图13

一、项目背景

全球定位系统(Global Positioning System，GPS)是一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航定位系统，它在全球任何地方以及近地空间都能够提供准确的地理位置、精确及其他的信息。它是由空间卫星、地面监控和用户接收等三大部分组成。在太空中有24颗卫星组成一个分布网络，分别分布在6条离地面2万公里、倾斜角为55°的地球准同步轨道上，每条轨道上有4颗卫星。GPS卫星每隔12小时绕地球一周，使地球上任一地点能够同时接收7～9颗卫星的信号。地面共有1个主控站和5个监控站负责对卫星的监视、遥测、跟踪和控制。它们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。主控站收到数据后，计算出每颗卫星在每一时刻的精确位置，并通过3个注入站将它传送到卫星上去，卫星再将这些数据通过无线电波向地面发射至用户接收端设备。

本次案例模仿GPS系统，具体功能为1.GPS卫星定位，2.生成位置地图，3.谷歌浏览器自动打开地图。

二、硬件和软件

硬件：

1.树莓派4B2G版 *1

https://www.dfrobot.com.cn/goods-1976.html

2.GPS+BDS北斗双模卫星导航模块 *1 （需手工焊接针排，稍有难度，希望以后能给直接焊接好）

https://www.dfrobot.com.cn/goods-2844.html

3.USB to Serial 转串口模块 *1集成了CP2103芯片，树莓派免驱动，即插即用

https://www.dfrobot.com.cn/goods-242.html

树莓派&全球定位系统图14

软件：

树莓派brust系统，Thonny编辑器或python3

三、知识准备

1.UART:一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART用于主机与辅助设备通信，如汽车音响与外接AP之间的通信，与PC机通信包括与监控调试器和其它器件，如EEPROM通信。

2.serial串口：本次只用树莓派4B miniUSB串口UART测试。树莓派有两个串口可以使用，一个是硬件串口（/dev/ttyAMA0）,另一个是mini串口（/dev/ttyS0）。硬件串口有单独的波特率时钟源，性能好，稳定性强；mini串口功能简单，稳定性较差，波特率由CPU内核时钟提供，受内核时钟影响。

3.pip 用来安装来自PyPI的python所有的依赖包，并且可以选择安装任何在PyPI上已上传的先前版本的依赖包；

apt-get 用来安装软件、更新源、也可以用来更新自Ubuntu的典型依赖包，树莓派系统也可以使用该命令；典型安装即意味着它只是安装（最新发布或最近一个的）单一版本，并且我们不能决定我们要安装的依赖包的版本或选择它之前的版本。

4.注意：serial库和pyserial库不一样

卸载serial库（不删除后续会报错），安装pyserial库（python调用serial的API接口库）

树莓派&全球定位系统图8

pyserial库python调用串口的API接口，可用pip3 list 命令查看，没有可以运行pip3 install pyserial安装

树莓派&全球定位系统图9

四、技术实现：

1.GPS模块修改串口+树莓派+python读取数据方案：

树莓派（3/4代）板载蓝牙模块，默认的硬件串口是分配给蓝牙模块使用的，我的树莓派声音输出是蓝牙音箱，正好冲突；而且该操作较为复杂，容易破坏树莓派，不适合初学者使用，所以果断放弃该方案。

2.GPS模块USB转串口+树莓派+python读取数据方案：

不需要复杂的调整，GPS模块直接和转接模块连接，防止插错GPIO口烧毁板子，数据交换简单高效。

硬件连接参考：

GPS模块VCC连接USB转接模块的5V

GPS模块GND连接USB转接模块的GND

GPS模块TX连接USB转接模块的RX

GPS模块RX连接USB转接模块的TX

USB转接模块USB连接树莓派USB口

树莓派&全球定位系统图1

五、软件实现

1.运行lsusb命令看是否检测出来

树莓派&全球定位系统图2

2.安装串口工具运行 sudo apt-get install minicom

运行串口工具运行 minicom -b 9600 -o -D /dev/ttyUSB0

屏幕中可以收到大量信息

树莓派&全球定位系统图3

具体可参考模块的说明

https://www.dfrobot.com.cn/images/upload/File/20200807111306dx8497.pdf

树莓派&全球定位系统图4

注意1：模块首次启动定位时间：32 秒（也有可能是几分钟，要看具体环境而定），定位完成后模块的红色提示灯会一直闪动。

树莓派&全球定位系统图5

注意2.模块天线一定要放在窗外，做好在空地中做测试，可以减少卫星的遮挡，提高实验效率。

键盘CTRL+A，可以调出菜单；键盘X退出串口工具

树莓派&全球定位系统图6

树莓派&全球定位系统图7

3.代码解析

导入串口库，导入folium地图库，导入webbrowser库(调用浏览器打开生成地图网页)

import serial 
import folium
import webbrowser
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打开串口，flag为标志为0时生成地图，1时不再重复生成

ser = serial.Serial("/dev/ttyUSB0",9600)
flag=0
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读取地理坐标

try:
        line = str(str(ser.readline())[2:]) #返回值是bytes,头两位是b',所以数据需要在第二位开始截取
        if line.startswith('$GNGGA'): #GNGGA解析数据
            line = str(line).split(',')  # 字符分隔
            data_jng = float(line[4][:3]) + float(line[4][3:])/60
            # 按照说明解析经度，除60将分转化为度
            data_wei = float(line[2][:2]) + float(line[2][2:])/60
#维度同理可求
            print("经度:",data_jng)
            print("维度:",data_wei)
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生成并打开地图

city_map = folium.Map(location=[data_wei, data_jng], zoom_start=14)
city_map.save('city_Map.html')
if flag==0:
webbrowser.open('city_Map.html')
flag=1
复制代码

完整代码

import serial 
import folium
import webbrowser

ser = serial.Serial("/dev/ttyUSB0",9600)
flag=0

try:
    while True:
        line = str(str(ser.readline())[2:])
        if line.startswith('$GNGGA'):
            line = str(line).split(',')
            data_jng = float(line[4][:3]) + float(line[4][3:])/60
            data_wei = float(line[2][:2]) + float(line[2][2:])/60
            print("经度:",data_jng)
            print("维度:",data_wei)
            city_map = folium.Map(location=[data_wei, data_jng], zoom_start=14)
            city_map.save('city_Map.html')
            if flag==0:
                webbrowser.open('city_Map.html')
                flag=1
except KeyboardInterrupt:
    ser.close()
复制代码