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如何將GPS模塊與Arduino連接

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資料介紹

描述

一、GPS信息

什么是全球定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng) (GPS) 是一種基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)，由至少 24 顆衛(wèi)星組成。GPS 全天 24 小時在任何天氣條件下工作，在世界任何地方工作，無需訂閱費(fèi)或設(shè)置費(fèi)。

GPS的工作原理

GPS 衛(wèi)星在精確的軌道上每天繞地球兩次。每顆衛(wèi)星都傳輸獨特的信號和軌道參數(shù)，使 GPS 設(shè)備能夠解碼和計算衛(wèi)星的精確位置。GPS 接收器使用此信息和三邊測量來計算用戶的確切位置。本質(zhì)上，GPS 接收器通過接收發(fā)射信號所需的時間量來測量到每顆衛(wèi)星的距離。通過更多衛(wèi)星的距離測量，接收器可以確定用戶的位置并顯示它。

要計算您的二維位置（緯度和經(jīng)度）并跟蹤運(yùn)動，GPS 接收器必須鎖定至少 3 顆衛(wèi)星的信號。在視野中有 4 顆或更多衛(wèi)星的情況下，接收器可以確定您的 3-D 位置（緯度、經(jīng)度和高度）。通常，GPS 接收器將跟蹤 8 顆或更多衛(wèi)星，但這取決于一天中的時間和您在地球上的位置。

確定您的位置后，GPS 單元可以計算其他信息，例如：

速度
軸承
追蹤
行程范圍
到目的地的距離

什么信號？

GPS 衛(wèi)星至少傳輸 2 個低功率無線電信號。信號通過視線傳播，這意味著它們將穿過云層、玻璃和塑料，但不會穿過大多數(shù)固體物體，例如建筑物和山脈。然而，現(xiàn)代接收器更敏感，通?？梢愿櫡课?。

GPS 信號包含 3 種不同類型的信息：

偽隨機(jī)碼是識別哪個衛(wèi)星正在傳輸信息的 ID 碼。您可以在設(shè)備的衛(wèi)星頁面上查看從哪些衛(wèi)星接收信號。
需要星歷數(shù)據(jù)來確定衛(wèi)星的位置，并提供有關(guān)衛(wèi)星健康狀況、當(dāng)前日期和時間的重要信息。
年歷數(shù)據(jù)告訴 GPS 接收器，每顆 GPS 衛(wèi)星在一天中的任何時間都應(yīng)該在哪里，并顯示該衛(wèi)星和系統(tǒng)中所有其他衛(wèi)星的軌道信息。

2. 下載并安裝 GPS 所需的庫以在 Arduino IDE 中工作

(i) SoftwareSerial 庫
(ii) TinyGPS 庫

3.NEO-6M GPS模塊

NEO-6M GPS模塊它帶有一個外部天線，不帶有插頭引腳。所以你需要焊接它。

NEO-6M GPS芯片

該模塊的核心是 u-blox 的 NEO-6M GPS 芯片。它可以在 50 個通道上跟蹤多達(dá) 22 顆衛(wèi)星，并達(dá)到業(yè)界最高水平的靈敏度，即 -161 dB 跟蹤，同時僅消耗 45mA 電源電流。u-blox 6 定位引擎還擁有不到 1 秒的首次定位時間 (TTFF)。該芯片提供的最佳功能之一是省電模式 (PSM)。它可以通過選擇性地打開和關(guān)閉接收器的某些部分來降低系統(tǒng)功耗。這將模塊的功耗顯著降低至僅 11mA，使其適用于 GPS 手表等對功率敏感的應(yīng)用。NEO-6M GPS 芯片的必要數(shù)據(jù)引腳被拆分為“0.1” 間距接頭。這包括通過 UART 與微控制器通信所需的引腳。

注意：- 模塊支持波特率從 4800bps 到 230400bps，默認(rèn)波特率為 9600。

位置固定 LED 指示燈

NEO-6M GPS 模塊上有一個 LED，用于指示定位狀態(tài)。它會根據(jù)它所處的狀態(tài)以不同的速率閃爍

No Blinking ==> 表示正在搜索衛(wèi)星
每 1 秒閃爍一次- 表示已找到定位

3.3V LDO 穩(wěn)壓器

NEO-6M 芯片的工作電壓為 2.7 至 3.6V。但是，該模塊配備了MICREL的MIC5205超低壓差3V3穩(wěn)壓器。邏輯引腳也可以承受 5 伏電壓，因此我們可以輕松地將其連接到 Arduino 或任何 5V 邏輯微控制器，而無需使用任何邏輯電平轉(zhuǎn)換器。

電池和 EEPROM

該模塊配備一個 HK24C32 兩線串行 EEPROM。它大小為4KB，通過I2C連接到NEO-6M芯片。模塊還包含一個可充電紐扣電池，用作超級電容器。

EEPROM 與電池一起有助于保留電池支持的 RAM (BBR)。BBR 包含時鐘數(shù)據(jù)、最新位置數(shù)據(jù)（GNSS 或位數(shù)據(jù)）和模塊配置。但它并不意味著永久數(shù)據(jù)存儲。

由于電池保留時鐘和最后位置，首次定位時間 (TTFF) 顯著減少到 1 秒。這允許更快的位置鎖定。

如果沒有電池，GPS 總是冷啟動，因此初始 GPS 鎖定需要更多時間。通電時電池會自動充電，并且可以在沒有電源的情況下保持?jǐn)?shù)據(jù)長達(dá)兩周。

引腳排列

GND 是接地引腳，需要連接到 Arduino 上的 GND 引腳。
TxD（發(fā)送器）引腳用于串行通信。
RxD（接收器）引腳用于串行通信。
VCC 為模塊供電。您可以直接將其連接到 Arduino 上的 5V 引腳。

阿杜諾

Arduino 是一個基于易于使用的硬件和軟件的開源電子平臺。Arduino 板能夠讀取輸入——傳感器上的光、按鈕上的手指或 Twitter 消息——并將其轉(zhuǎn)換為輸出——激活電機(jī)、打開 LED、在線發(fā)布內(nèi)容。您可以通過向板上的微控制器發(fā)送一組指令來告訴您的板該做什么。為此，您需要使用 Arduino 編程語言（基于 Wiring）和基于 Processing 的 Arduino 軟件 (IDE)。

引腳排列

引腳說明

Arduino Uno 是一款基于 8 位 ATmega328P 微控制器的微控制器板。除 ATmega328P 外，它還包括其他組件，如晶體振蕩器、串行通信、穩(wěn)壓器等，以支持微控制器。Arduino Uno 有 14 個數(shù)字輸入/輸出引腳（其中 6 個可用作 PWM 輸出）、6 個模擬輸入引腳、一個 USB 連接、一個電源桶插孔、一個 ICSP 接頭和一個復(fù)位按鈕。

在 Arduino 編程中使用 pinMode()、digitalRead() 和 digitalWrite() 函數(shù)可以將 14 個數(shù)字輸入/輸出引腳用作輸入或輸出引腳。每個引腳工作電壓為 5V，可提供或接收最大 40mA 的電流，并具有一個 20-50 KOhms 的內(nèi)部上拉電阻，默認(rèn)斷開。在這 14 個引腳中，一些引腳具有如下所列的特定功能

串行引腳 0 (Rx) 和 1 (Tx) ==> Rx 和 Tx 引腳用于接收和傳輸 TTL 串行數(shù)據(jù)。它們與相應(yīng)的 ATmega328P USB 轉(zhuǎn) TTL 串行芯片相連。
外部中斷引腳 2 和 3 ==> 這些引腳可配置為在低值、上升沿或下降沿或值變化時觸發(fā)中斷。
PWM 引腳 3、5、6、9 和 11 ==> 這些引腳通過使用模擬寫入（）函數(shù)提供 8 位 PWM 輸出。
SPI 引腳 10 (SS)、11 (MOSI)、12 (MISO) 和 13 (SCK) ==> 這些引腳用于 SPI 通信。
內(nèi)置 LED 引腳 13 ==> 此引腳與內(nèi)置 LED 連接，當(dāng)引腳 13 為高電平時 - LED 亮，當(dāng)引腳 13 為低電平時，它關(guān)閉。

有 6 個模擬輸入引腳，每個引腳提供 10 位分辨率，即 1024 個不同的值。它們的測量電壓范圍為 0 到 5 伏，但可以通過使用具有模擬 Reference() 功能的 AREF 引腳來增加此限制。

模擬引腳 4 ( SDA ) 和引腳 5 ( SCA ) 也用于使用 Wire 庫的 TWI 通信。
AREF ==> 用于通過analogReference() 函數(shù)為模擬輸入提供參考電壓。
復(fù)位引腳==>將此引腳設(shè)為低電平，復(fù)位微控制器。

4. Arduino UNO與GPS模塊的連接

將 UBLOX 的四個引腳連接到 Arduino，如下所示：

GPS模塊==> Arduino

接地 ==> 接地
TX ==> 數(shù)字引腳 (D3)
RX ==> 數(shù)字引腳 (D4)
VCC ==> 3.3 V

在這里，我建議您使用外部電源為 GPS 模塊供電，因為 GPS 模塊工作的最低功率要求是 3.3 V，而 Arduino 無法提供這么多的電壓。

要提供電壓，請使用多產(chǎn)的 USB TTL。

USB 驅(qū)動程序

我在使用帶有模塊的 GPS 天線時發(fā)現(xiàn)的另一件事是它在屋內(nèi)沒有接收到信號，所以我使用了這個天線。

https://linxtechnologies.com/wp/product/sh-series-gps-antenna/

要連接此天線，您必須使用連接器：

5. JHD162a液晶顯示器

接地 ==> LCD 模塊的接地引腳。
Pin2(Vcc) ==> LCD 模塊的電源（+5V 電源提供給該引腳）
Pin3(VEE) ==>對比度調(diào)整引腳。這是通過將 10K 電位器的末端連接到 +5V 和接地，然后將滑塊引腳連接到 VEE 引腳來完成的。VEE 引腳上的電壓決定了對比度。正常設(shè)置在 0.4 和 0.9V 之間。
Pin4(RS) ==>寄存器選擇引腳。JHD162A 有兩個寄存器，即命令寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。RS 引腳的邏輯高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，RS 引腳的邏輯低電平選擇命令寄存器。如果我們將 RS 引腳設(shè)為高電平并向數(shù)據(jù)線（DB0 到 DB7）提供一個輸入，該輸入將被視為顯示在 LCD 屏幕上的數(shù)據(jù)。如果我們將 RS 引腳設(shè)為低電平并向數(shù)據(jù)線提供輸入，那么這將被視為命令（要寫入 LCD 控制器的命令——例如定位光標(biāo)或清除屏幕或滾動）。
Pin5(R/W) ==>讀/寫模式。該引腳用于在讀取和寫入模式之間進(jìn)行選擇。該引腳的邏輯高電平激活讀模式，該引腳的邏輯低電平激活寫模式。
Pin6(E) ==>此引腳用于啟用 LCD 模塊。此引腳上的 HIGH 到 LOW 信號將啟用模塊。
Pin7(DB0) 到 Pin14(DB7) ==>這些是數(shù)據(jù)引腳。命令和數(shù)據(jù)通過這些引腳饋送到 LCD 模塊。
Pin15(LED+) ==>背光 LED 的陽極。在 5V 電壓下工作時，應(yīng)在此引腳上串聯(lián)一個 560 歐姆的電阻。在基于 arduino 的項目中，背光 LED 可以由 arduino 板上的 3.3V 電源供電。
Pin16(LED-) ==>背光 LED 的陰極。

6. Arduino UNO與JHD162a LCD的連接

LCD ==> Arduino

VSS ==> 接地
VCC ==> 5V
VEE ==> 10K 電阻
RS ==> A0（模擬引腳）
讀/寫 ==> 接地
E ==> A1
D4 ==> A2
D5 ==> A3
D6 ==> A4
D7 ==> A5
LED+ ==> VCC
LED- ==> GND

編程

Arduino IDE

#include  
#include  
#include  
float lat = 28.5458,lon = 77.1703; // create variable for latitude and longitude object  
SoftwareSerial gpsSerial(3,4);//rx,tx 
LiquidCrystal lcd(A0,A1,A2,A3,A4,A5); 
TinyGPS gps; // create gps object 
void setup(){ 
Serial.begin(9600); // connect serial 
//Serial.println("The GPS Received Signal:"); 
gpsSerial.begin(9600); // connect gps sensor 
lcd.begin(16,2); 
} 
void loop(){ 
  while(gpsSerial.available()){ // check for gps data 
  if(gps.encode(gpsSerial.read()))// encode gps data 
  {  
  gps.f_get_position(&lat,&lon); // get latitude and longitude 
  // display position 
  lcd.clear(); 
  lcd.setCursor(1,0); 
  lcd.print("GPS Signal"); 
  //Serial.print("Position: "); 
  //Serial.print("Latitude:"); 
  //Serial.print(lat,6); 
  //Serial.print(";"); 
  //Serial.print("Longitude:"); 
  //Serial.println(lon,6);  
  lcd.setCursor(1,0); 
  lcd.print("LAT:"); 
  lcd.setCursor(5,0); 
  lcd.print(lat); 
  //Serial.print(lat); 
  //Serial.print(" "); 
  lcd.setCursor(0,1); 
  lcd.print(",LON:"); 
  lcd.setCursor(5,1); 
  lcd.print(lon); 
 } 
} 
String latitude = String(lat,6); 
  String longitude = String(lon,6); 
Serial.println(latitude+";"+longitude); 
delay(1000); 
}