如何将GPS模块与Arduino连接

描述

一、GPS信息

什么是全球定位系统

全球定位系统 (GPS) 是一种基于卫星的导航系统，由至少 24 颗卫星组成。GPS 全天 24 小时在任何天气条件下工作，在世界任何地方工作，无需订阅费或设置费。

GPS的工作原理

GPS 卫星在精确的轨道上每天绕地球两次。每颗卫星都传输独特的信号和轨道参数，使 GPS 设备能够解码和计算卫星的精确位置。GPS 接收器使用此信息和三边测量来计算用户的确切位置。本质上，GPS 接收器通过接收发射信号所需的时间量来测量到每颗卫星的距离。通过更多卫星的距离测量，接收器可以确定用户的位置并显示它。

要计算您的二维位置（纬度和经度）并跟踪运动，GPS 接收器必须锁定至少 3 颗卫星的信号。在视野中有 4 颗或更多卫星的情况下，接收器可以确定您的 3-D 位置（纬度、经度和高度）。通常，GPS 接收器将跟踪 8 颗或更多卫星，但这取决于一天中的时间和您在地球上的位置。

确定您的位置后，GPS 单元可以计算其他信息，例如：

• 速度
• 轴承
• 追踪
• 行程范围
• 到目的地的距离

什么信号？

GPS 卫星至少传输 2 个低功率无线电信号。信号通过视线传播，这意味着它们将穿过云层、玻璃和塑料，但不会穿过大多数固体物体，例如建筑物和山脉。然而，现代接收器更敏感，通常可以跟踪房屋。

GPS 信号包含 3 种不同类型的信息：

• 伪随机码是识别哪个卫星正在传输信息的 ID 码。您可以在设备的卫星页面上查看从哪些卫星接收信号。
• 需要星历数据来确定卫星的位置，并提供有关卫星健康状况、当前日期和时间的重要信息。
• 年历数据告诉 GPS 接收器，每颗 GPS 卫星在一天中的任何时间都应该在哪里，并显示该卫星和系统中所有其他卫星的轨道信息。

2. 下载并安装 GPS 所需的库以在 Arduino IDE 中工作

• (i) SoftwareSerial 库
• (ii) TinyGPS 库

3.NEO-6M GPS模块

NEO-6M GPS模块它带有一个外部天线，不带有插头引脚。所以你需要焊接它。

• NEO-6M GPS芯片

该模块的核心是 u-blox 的 NEO-6M GPS 芯片。它可以在 50 个通道上跟踪多达 22 颗卫星，并达到业界最高水平的灵敏度，即 -161 dB 跟踪，同时仅消耗 45mA 电源电流。u-blox 6 定位引擎还拥有不到 1 秒的首次定位时间 (TTFF)。该芯片提供的最佳功能之一是省电模式 (PSM)。它可以通过选择性地打开和关闭接收器的某些部分来降低系统功耗。这将模块的功耗显着降低至仅 11mA，使其适用于 GPS 手表等对功率敏感的应用。NEO-6M GPS 芯片的必要数据引脚被拆分为“0.1” 间距接头。这包括通过 UART 与微控制器通信所需的引脚。

注意：- 模块支持波特率从 4800bps 到 230400bps，默认波特率为 9600。

 

位置固定 LED 指示灯

NEO-6M GPS 模块上有一个 LED，用于指示定位状态。它会根据它所处的状态以不同的速率闪烁

• No Blinking ==> 表示正在搜索卫星
• 每 1 秒闪烁一次- 表示已找到定位

 

• 3.3V LDO 稳压器

NEO-6M 芯片的工作电压为 2.7 至 3.6V。但是，该模块配备了MICREL的MIC5205超低压差3V3稳压器。逻辑引脚也可以承受 5 伏电压，因此我们可以轻松地将其连接到 Arduino 或任何 5V 逻辑微控制器，而无需使用任何逻辑电平转换器。

 

电池和 EEPROM

该模块配备一个 HK24C32 两线串行 EEPROM。它大小为4KB，通过I2C连接到NEO-6M芯片。模块还包含一个可充电纽扣电池，用作超级电容器。

EEPROM 与电池一起有助于保留电池支持的 RAM (BBR)。BBR 包含时钟数据、最新位置数据（GNSS 或位数据）和模块配置。但它并不意味着永久数据存储。

由于电池保留时钟和最后位置，首次定位时间 (TTFF) 显着减少到 1 秒。这允许更快的位置锁定。

如果没有电池，GPS 总是冷启动，因此初始 GPS 锁定需要更多时间。通电时电池会自动充电，并且可以在没有电源的情况下保持数据长达两周。

引脚排列

 

• GND 是接地引脚，需要连接到 Arduino 上的 GND 引脚。
• TxD（发送器）引脚用于串行通信。
• RxD（接收器）引脚用于串行通信。
• VCC 为模块供电。您可以直接将其连接到 Arduino 上的 5V 引脚。

阿杜诺

Arduino 是一个基于易于使用的硬件和软件的开源电子平台。Arduino 板能够读取输入——传感器上的光、按钮上的手指或 Twitter 消息——并将其转换为输出——激活电机、打开 LED、在线发布内容。您可以通过向板上的微控制器发送一组指令来告诉您的板该做什么。为此，您需要使用 Arduino 编程语言（基于 Wiring）和基于 Processing 的 Arduino 软件 (IDE)。

引脚排列

引脚说明

Arduino Uno 是一款基于 8 位 ATmega328P 微控制器的微控制器板。除 ATmega328P 外，它还包括其他组件，如晶体振荡器、串行通信、稳压器等，以支持微控制器。Arduino Uno 有 14 个数字输入/输出引脚（其中 6 个可用作 PWM 输出）、6 个模拟输入引脚、一个 USB 连接、一个电源桶插孔、一个 ICSP 接头和一个复位按钮。

在 Arduino 编程中使用 pinMode()、digitalRead() 和 digitalWrite() 函数可以将 14 个数字输入/输出引脚用作输入或输出引脚。每个引脚工作电压为 5V，可提供或接收最大 40mA 的电流，并具有一个 20-50 KOhms 的内部上拉电阻，默认断开。在这 14 个引脚中，一些引脚具有如下所列的特定功能

• 串行引脚 0 (Rx) 和 1 (Tx) ==> Rx 和 Tx 引脚用于接收和传输 TTL 串行数据。它们与相应的 ATmega328P USB 转 TTL 串行芯片相连。
• 外部中断引脚 2 和 3 ==> 这些引脚可配置为在低值、上升沿或下降沿或值变化时触发中断。
• PWM 引脚 3、5、6、9 和 11 ==> 这些引脚通过使用模拟写入（）函数提供 8 位 PWM 输出。
• SPI 引脚 10 (SS)、11 (MOSI)、12 (MISO) 和 13 (SCK) ==> 这些引脚用于 SPI 通信。
• 内置 LED 引脚 13 ==> 此引脚与内置 LED 连接，当引脚 13 为高电平时 - LED 亮，当引脚 13 为低电平时，它关闭。

有 6 个模拟输入引脚，每个引脚提供 10 位分辨率，即 1024 个不同的值。它们的测量电压范围为 0 到 5 伏，但可以通过使用具有模拟 Reference() 功能的 AREF 引脚来增加此限制。

• 模拟引脚 4 ( SDA ) 和引脚 5 ( SCA ) 也用于使用 Wire 库的 TWI 通信。
• AREF ==> 用于通过analogReference() 函数为模拟输入提供参考电压。
• 复位引脚==>将此引脚设为低电平，复位微控制器。

4. Arduino UNO与GPS模块的连接

将 UBLOX 的四个引脚连接到 Arduino，如下所示：

GPS模块==> Arduino

• 接地 ==> 接地
• TX ==> 数字引脚 (D3)
• RX ==> 数字引脚 (D4)
• VCC ==> 3.3 V

在这里，我建议您使用外部电源为 GPS 模块供电，因为 GPS 模块工作的最低功率要求是 3.3 V，而 Arduino 无法提供这么多的电压。

要提供电压，请使用多产的 USB TTL。

• USB 驱动程序

我在使用带有模块的 GPS 天线时发现的另一件事是它在屋内没有接收到信号，所以我使用了这个天线。

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

要连接此天线，您必须使用连接器：

5. JHD162a液晶显示器

• 接地 ==> LCD 模块的接地引脚。
• Pin2(Vcc) ==> LCD 模块的电源（+5V 电源提供给该引脚）
• Pin3(VEE) ==>对比度调整引脚。这是通过将 10K 电位器的末端连接到 +5V 和接地，然后将滑块引脚连接到 VEE 引脚来完成的。VEE 引脚上的电压决定了对比度。正常设置在 0.4 和 0.9V 之间。
• Pin4(RS) ==>寄存器选择引脚。JHD162A 有两个寄存器，即命令寄存器和数据寄存器。RS 引脚的逻辑高电平选择数据寄存器，RS 引脚的逻辑低电平选择命令寄存器。如果我们将 RS 引脚设为高电平并向数据线（DB0 到 DB7）提供一个输入，该输入将被视为显示在 LCD 屏幕上的数据。如果我们将 RS 引脚设为低电平并向数据线提供输入，那么这将被视为命令（要写入 LCD 控制器的命令——例如定位光标或清除屏幕或滚动）。
• Pin5(R/W) ==>读/写模式。该引脚用于在读取和写入模式之间进行选择。该引脚的逻辑高电平激活读模式，该引脚的逻辑低电平激活写模式。
• Pin6(E) ==>此引脚用于启用 LCD 模块。此引脚上的 HIGH 到 LOW 信号将启用模块。
• Pin7(DB0) 到 Pin14(DB7) ==>这些是数据引脚。命令和数据通过这些引脚馈送到 LCD 模块。
• Pin15(LED+) ==>背光 LED 的阳极。在 5V 电压下工作时，应在此引脚上串联一个 560 欧姆的电阻。在基于 arduino 的项目中，背光 LED 可以由 arduino 板上的 3.3V 电源供电。
• Pin16(LED-) ==>背光 LED 的阴极。

6. Arduino UNO与JHD162a LCD的连接

LCD ==> Arduino

• VSS ==> 接地
• VCC ==> 5V
• VEE ==> 10K 电阻
• RS ==> A0（模拟引脚）
• 读/写 ==> 接地
• E ==> A1
• D4 ==> A2
• D5 ==> A3
• D6 ==> A4
• D7 ==> A5
• LED+ ==> VCC
• LED- ==> GND

编程

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); 
} 

 

7. 结果

 

视频