GPS Walker：使用 Arduino 获取 GPS 数据

• 下载 GpsWalker.zip (Arduino 草图) - 763 B
• 下载 TinyGPS.zip (Arduino 库) - 5.9 KB

引言：卫星故事

早在 1977 年，我就得到了我的第一台望远镜，开始观测夜空。我将望远镜对准月球，长时间盯着月球，试图理解我所看到的一切。接下来，我尝试将望远镜对准我看到的各种*星星*，但望远镜太弱了，我也不知道自己在看什么。我终于弄到了一张星图，并努力辨认我在看什么。土星在哪里？如果我能看一眼土星那壮丽的光环，我会惊叹不已。

在一个非常晴朗的夜晚，当我躺在地上仰望星空时，我看到了什么东西在移动。它非常非常小，只是一个光点，比我能看到的许多*星星*都要小。它以惊人的速度划过天空。我想离开去告诉别人并给他们看，但我知道它会消失，所以我只能盯着看，好奇着。

1977 年没有（对平民开放的）互联网

回到 77 年，你无法查找这样的东西。作为一个 10 岁的孩子，我不知道我看到了什么，但那太奇妙了。幸运的是，我告诉了我妈妈的一位朋友，他是一名工程师，他告诉我：“你看到的是一颗绕地球运行的卫星。”

构成该系统的*24 颗 GPS 卫星*直到 1989 年才投入使用**，所以我看到的是另一颗卫星。我当时一定也很幸运，因为那时的卫星数量少得多。

*我以为 GPS 卫星是地球静止的，但它们不是，它们有 12 小时的轨道。*

**编辑 - 我发现了这个，其中提到 Navstar^ 第一颗 GPS 卫星于 1978 年部署。**

GPS 组件与卫星通信

如果那时有人告诉我，有一天我能建造自己的设备，它由电池供电，装在我的手里，还能与卫星通信，我肯定会认为他们疯了。

这就是为什么这个小小的实验让我如此兴奋。你可以构建这个便宜的小电路，由 4 节 AA 电池供电，连接到 GPS 卫星并将数据存储在 SD 卡上。

电路首次亮相

我把所有东西（Atmega328p-pu、GPS 组件、SD 卡读写器）都放在了一个小面包板上。由于我的长电线，它有点丑，但我昨天（2018 年 8 月 5 日）仅花了几个小时就构建了这个电路。

 

你可以看到我把裸露的 Atmega328p-pu 芯片放在了面包板上。使用我的 Arduino Uno 板对芯片进行编程后，我取下了芯片，以便创建更小的外形。我需要这样做，因为我想带着设备四处走动，而带着 Arduino Uno 板一起走，这根本不合理。

没有 16MHz 晶振将无法运行

正如我在另一篇文章（Arduino Uno：将您的 ATMega328p-u 用作独立设备[^]）中详细介绍的那样，此电路无法在 Atmega328 独立运行时正常工作，除非添加 16MHz 晶振，您可以在板子中间，Atmega 芯片下方看到它。

由于图片中的电线看起来有点混乱，我将为您提供一个漂亮的原理图，以便您可以轻松构建电路。

首先，我将列出您需要的所有东西。

项目零件清单

• 1 - **16MHz 晶振** - 10 个 5.04 美元（https://amzn.to/2MmYPru）这个项目只需要 1 个，但它们非常便宜，您以后很可能会在其他项目中使用更多。
• 2 - **22pF 陶瓷电容器**（无极性）- 用于晶振。50 个 5.69 美元（https://amzn.to/2AM3KRz）
• 1 - **GPS 模块** - 我对找到这个不到 20 美元的模块感到惊讶——只需 15.66 美元（https://amzn.to/2KvA2zP）。制作精良，性能比 iPhone（在高精度模式下）更好（更精确）。太棒了！
• 1 - **SD 卡读写器**。您可以用 8.98 美元买到一包 5 个（https://amzn.to/2vmi51C）
• 1 - **Arduino Uno**。您将使用 Uno 来编程您的 Atmega328 芯片。这款仿制板价格便宜，性能极佳，附带安装好的 Atmeg328 和 USB 线，总共不到 12 美元（https://amzn.to/2KySU0J）。这就是我用的那款。
• 1 - **面包板**（https://amzn.to/2vtlCLZ）一包三块 8.20 美元。
• AA 电池座 - 我使用这些两节电池的电池座，并将它们串联。12 个 7.99 美元（https://amzn.to/2vkjPJ4）

现在，看看原理图。您可以在不到一个小时的时间内构建电路。

电路详情

 

引脚标签

我结合了几种不同的方法来标记 Atmega 芯片的引脚。每条引脚上的第一个数字（从左到右）是 Atmega 芯片上的物理引脚编号。物理引脚编号从芯片的左上角开始，向下递增到底部，然后继续向上到芯片的右侧。我跳过了一些引脚以节省空间。

我还用它们的数字引脚编号（Arduino 使用的）和引脚组编号（PBx、PDx 等，在查看 Atmega 数据手册时会用到）标记了引脚。我这样做是为了确保您能分辨出您正在连接哪个引脚。

这是一个非常好的引脚映射图，可以帮助您弄清楚（由官方 Arduino 网站提供，在此处^）。

构建好电路后，您可以上传代码，将 micro SD 卡插入读写器并运行它。

Arduino 草图概述

我已经将 Arduino 草图添加到了这篇文章中，供您下载。

如果您尝试构建草图，您首先会注意到的事情是它会失败，因为您（可能）没有它依赖的 TinGPS 库。

什么是 TinyGPS 库？

TinyGPS 是一个辅助库，它将来自 GPS 组件的原始数据格式化成更易读的内容。

在我们的例子中，我们只用它来获取经纬度值，但还可以获取更多数据。

您可以在 GitHub 此处^ 获取该库。

您只需要两个源文件（TinyGPS.cpp, TinyGPS.h）。它们需要放在一个名为 TinyGPS 的文件夹中，然后将该文件夹放在您的 Arduino IDE 库文件夹下。

由于该代码是开源的，我已将其放入 TinyGPS 文件夹，进行压缩，并作为下载包含在本文章中。这意味着您可以只下载 zip 文件，解压缩，然后将 TinyGPS 文件夹放入您的 Arduino IDE 库文件夹（可能安装在 \Program Files x86\ 目录下）。

代码的作用

这段代码基于我找到的一个草图，其中作者正在测试 GPS 组件^。这是一篇信息丰富的文章，而且非常有趣，因为他发现 GPS 组件比 iPhone 的 GPS 精确得多。但是，该作者只将数据写入蓝牙模块，而我想将数据写入 SD 卡以供以后分析，所以我对代码进行了很多修改。

它的基本功能可以概括在以下几行代码中：

if (latitude<=90 and latitude>=-90 and longitude>-180 and longitude<180){
    dtostrf(latitude,1,4,latitude_str);
    strcat(out_data,latitude_str);
    strcat(out_data,",");
    writeToSD(out_data);

如果从 GPS 单元读取的值在有效范围内，则获取纬度并将其写入 SD 卡。

接下来的代码块执行相同经度值的操作。

它每秒写入一次数据，所以如果您在移动，它将捕获变化的值。它将值作为浮点值（小数点后四位）写入，并用逗号分隔。数据保存在一个名为 gps.txt 的文件中，内容大致如下：

• 39.7624,-84.0624
• 39.7624,-84.0600

该数据格式与 Google Maps 接受的格式相同，您可以复制这些坐标并粘贴进去，它们将显示位置。稍后，您可以从 SD 卡捕获中上传多个点，并创建显示 GPS Walker 行进路线的路径。

现在，您可以用 4 节 AA 电池供电，出去散步了。当然，您也可以把它放在车里或自行车上。

这是它在电池供电下运行的景象。

 

第一次运行时，您应该在室外才能获得来自 GPS 卫星的良好信号。不过，这个模块似乎工作得很好，即使在我家里面也能接收到卫星信号。

绿色 LED 会告诉您何时已与卫星连接。

试试看。我认为您会发现它非常有趣，而且令人惊叹的是，您可以构建一个能够与 20,000 公里外的卫星通信的设备。

获得数据后，您可以将其上传到 Google Maps，并使用其 API 从数据创建路线。

历史

2018-08-06：首次发布