【随手笔记】GPS基础知识+模组使用

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#单片机 #嵌入式硬件

于 2024-03-15 17:54:49 首次发布

本文详细解释了GPS的基本概念、卫星组成、定位方法（冷启动和AGPS）、坐标数据解读、NMEA-0183格式、GCJ-02坐标系、星历预测机制以及AT6556R模组的通信和数据解析。还提供了坐标查看的相关资源。

1. GPS基础知识

1. 方位的概念

上北下南，左西右东，表明方位
北 north
南 south
东 east
西 west
纬度 latitude
经度 longitude
看懂方位才知道处于哪个位置

分不清经纬度的话简单记
经度长 long
108.924671

lat_value=34.359225
lon_value=108.924671

在这里插入图片描述
如图所示
横轴线为纬线，分为北纬和南纬
纵轴线为经线，分区东经和西经

2. gps是什么

GPS由24颗工作星和4颗备用星组成

在全球的任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的GPS卫星
GPS终端收到卫星发送的数据，经解算即可确定当前位置，
并以NMEA0183格式，WGS-84坐标系输出数据

在这里插入图片描述

2.1 模组使用注意

在无遮挡空旷地使用
陶瓷天线上面的小圆点必须朝上
楼间距小也可能定位失败

这是陶瓷天线

2.2 缩写标识

在这里插入图片描述

2.3 冷启动

定位模块上电开机后，通过天线搜索卫星，解析卫星发射的数据（导航电文），然后内部生成星历，再经过复杂的计算，从而得到当前精确的位置（3D Fix）。这个过程称之为“冷启动”。根据信号强度、芯片运算能力，通常耗时几十秒到几分钟不等
这个过程中，搜星+生成星历文件耗时最久

冷启动是指在一个默认的环境下启动GPS直到GPS和周围的卫星联系并计算出坐标
冷启动大概需要1-2分钟才会定位成功
在这里插入图片描述

2.4 AGPS辅助定位

是通过网络直接下载当前地区的可用卫星星历数据，并将之发送给定位模块，定位模块只搜索特定的卫星，从而提高了搜星速度，减少设备耗电

“AGPS辅助定位”能否提高定位精度？

不能，它只能加快定位速度。无法提升定位精度

2.5 读懂坐标数据

经纬度格式分为三种：度、度-分、度-份-秒

1.） ddd.ddddd °【度 . 度格式】的十进制小数部分（5位）

2.） ddd°mm.mmm’ 【度 . 分 . 分格式】的十进制小数部分（3位）

3.) ddd°mm’ss’’ 【度 . 分 . 秒格式】

关系：
一度（°）等于60分钟（’）等于3600秒（“）：
整度（d）等于十进制的度的整数部分（dd）：
分钟（m）等于十进制的度的整数部分（dd）减去整数度（d）的60倍：
秒（s）等于十进制的度（dd）减去整数度（d）减分（M）除以60乘以3600：

Google使用的是第三种格式：度。分’秒’’

上面的经纬度坐标会看到那里呢？
度分转换：
将度分单位数据转换为度单位数据
度=度+分/60
例如：
经度 = 116°20.12’（度分）
纬度 = 39°12.34’
经度 = 116 + 20.12 / 60 = 116.33533°（度）
纬度 = 39 + 12.34 / 60 = 39.20567°

度分秒转换：
将度分秒单位数据转换为度单位数据
度 = 度 + 分 / 60 + 秒 / 60 / 60
例如：
经度 = 116°20’43”
纬度 = 39°12’37”
经度 = 116 + 20 / 60 + 43 / 60 / 60 = 116.34528°
纬度 = 39 + 12 / 60 + 37 / 60 / 60 = 39.21028°

模组输出的格式为度分格式
一般使用为度格式

输出格式：ddmm.mmmm（度-分）
日常使用格式：dd.dddddd（度）

ddmm.mmmm（度-分）
dd.dddddd（度）

转换公式：
ddmm.mmmm=
dd.mmmmmm(小数点前移2位)
dd.(mmmmmm/60)
结果是
dd.dddddd

2.7 GCJ-02 火星坐标系统纠偏

NMEA-0183输出格式和我们日常使用的格式不同

模块输出数据的格式为NMEA-0183，使用的坐标系是WGS-84
输出格式：ddmm.mmmm（度-分）
日常使用格式：dd.dddddd（度）

//国际原始坐标系
WGS-84
//中国坐标偏移标准（火星坐标系）
GCJ-02

模块输出数据的格式为NMEA-0183，使用的坐标系是WGS-84。通常，国际上其他国家的地图软件也都是使用WGS-84，相安无事。不过，中国国家测绘局要求所有从事地理测量、地图绘制的公司、单位机构、个人必须使用GCJ-02坐标系（G表示Guojia国家，C表示Cehui测绘，J表示Ju局）。

也就是说，国内的地图软件大都是使用的GCJ-02坐标系。所以开发者/用户如果将WGS-84的经纬度填入国内的地图软件，就会产生极大的偏差

（所有的电子地图、导航设备，都需要使用GCJ-02坐标系。第一步，地图公司测绘地图，测绘完成后，送到国家测绘局，将真实坐标WGS-84的电子地图，加密成“GCJ-02火星坐标”，这样的地图才是可以出版和发布的。第二步，所有的面向客户的设备厂商，要在软件中加入该转换算法，将定位模块输出的真实WGS-84坐标，转换成GCJ-02的坐标。这样一来，“以偏治偏”，坐标系才可以完全匹配，也就没有“偏差”了）

两者之间存在转换

公式如下：

ddmm.mmmm → 小数点前移两位 → dd.mmmm → dd + 0.(mmmm/60) = dd.dddddd

举例：

12023.4047 → 120.234047 → 120 + 0.(234047÷60) = 120.390078

在这里插入图片描述

2.8 什么是“星历预测”？

指在信号正常（CN值大于27）的情况下，硬件连续运行5-10分钟，即可在内部自动生成星历，并预测出未来2~3天的星历，此过程不需要耗费任何流量
实现“星历预测”这个功能，是有条件的：

1、星历被下载过一次（外部输入给GPS芯片星历文件，或者GPS芯片自主3D Fix）

2、GPS信号CN值不低于27

3、正常定位过一次；

4、RTC不掉电（当主电源断开后，只有RTC电源不断，星历预测功能才可以使用，RTC断开后星历预测功能将不再起作用）

2.9 分享

科普文章链接

参考文章1

参考文章2

参考文章3

2. ATGM336H模组

在这里插入图片描述

模组内芯片是AT6558
详细资料在官网

1. 通讯

使用串口通讯
NMEA0183 4.1 版本

国际标准 NMEA0183 协议
理解为航海协会的一个通用协议

在这里插入图片描述

2. 数据

在这里插入图片描述
NAME标准消息看需求，仅定位数据使用RMC即可

3.RMC

在这里插入图片描述

解析注意协议中重要参数


/*
 * RMC数据解析
 */
uint8_t gps_rec_data_parse(uint8_t *data)
{
   
   
	uint8_t *data_p = data;
	uint32_t value1 = 0;
	uint32_t value2 = 0;

	LOG_OUT("$GNRMC rec ok\r\n");

	if(*(data_p+18) == 'A')//数据有效
	{
   
   
	    //取出数据
		gps_data.data_valid = 'A';
		memcpy(gps_data.latitude, data_p+20, 10);
		gps_data.lat_n_s = *(data_p+31);
		memcpy(gps_data.longitude, data_p+33, 11);
		gps_data.lon_e_w = *(data_p+45);

		LOG_OUT("%c\r\n", gps_data.data_valid);
		for(uint8_t t=0; t<10; t++)
		{
   
   
			gps_data.latitude[t] -= '0';
			LOG_OUT("%d-", gps_data.latitude[t]);
		}
		LOG_OUT("-%c\r\n", gps_data.lat_n_s);

		for(uint8_t t=0

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