基礎(chǔ)知識(shí)之全球定位系統(tǒng)GPS模塊
1.什么是GPS?
GPS全稱為Global Positioning System,是一種基于衛(wèi)星系統(tǒng)的全球定位技術(shù)。它由一組衛(wèi)星和地面接收設(shè)備組成,用于準(zhǔn)確確定地球上的位置、速度和時(shí)間信息。GPS系統(tǒng)通過將地球上的衛(wèi)星信號(hào)與接收設(shè)備之間的距離計(jì)算來確定位置。接收設(shè)備通過接收來自多顆衛(wèi)星的信號(hào),并使用三角定位原理計(jì)算自身的準(zhǔn)確位置。GPS系統(tǒng)由美國政府的國防部負(fù)責(zé)維護(hù)和運(yùn)營,目前由全球共有約30顆工作衛(wèi)星,其中至少有4顆衛(wèi)星同時(shí)可見任何地方。GPS接收設(shè)備可以是專用的GPS導(dǎo)航器、手機(jī)、智能手表、車載導(dǎo)航系統(tǒng)等,這些設(shè)備接收衛(wèi)星信號(hào),并提供定位和導(dǎo)航功能。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/202402/455608.htmGPS模塊是一種在手機(jī)或者機(jī)器的主板上結(jié)合的無線芯片模塊,可以和GPS聯(lián)絡(luò),從而實(shí)現(xiàn)定位和導(dǎo)航。
2. GPS是如何工作的
GPS內(nèi)有原子鐘用來計(jì)時(shí),它以原子共振頻率標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算時(shí)間。原子鐘是目前世界上最準(zhǔn)確的衡量時(shí)間和頻率的標(biāo)準(zhǔn),廣泛用于控制廣播頻率和衛(wèi)星信號(hào)。
GPS定位原理: 當(dāng)我們需要定位時(shí),我們可以從GPS衛(wèi)星上接受一些信息,就是衛(wèi)星的星歷,星歷里有衛(wèi)星自己的空間坐標(biāo)x1,y1,z1,衛(wèi)星有原子鐘,所以可以獲得一個(gè)準(zhǔn)取得時(shí)間t1,衛(wèi)星會(huì)把這些信息發(fā)送給我們的設(shè)備上的GPS模塊。通過坐標(biāo)和時(shí)間都可以算出GPS模塊和衛(wèi)星之間的距離。 已知:衛(wèi)星的空間坐標(biāo)x1,y1,z1,時(shí)間t1 未知:設(shè)備的空間坐標(biāo)x2,y2,z2,時(shí)間t2
四個(gè)未知數(shù),所以需要4個(gè)這樣的方程,所以需要4個(gè)衛(wèi)星,這樣就可以解出x2,y2,z2,t2 實(shí)際上,衛(wèi)星定位的誤差還是較大,因?yàn)樾盘?hào)在大氣中傳輸速度會(huì)有損耗,一般會(huì)使用差分GPS技術(shù)來減小誤差。
差分GPS技術(shù): 在地面上建立位置已知的GPS基站,當(dāng)定位時(shí),基站也可以接收到為我們提供位置信息的4顆衛(wèi)星的信號(hào),根據(jù)位置信號(hào)測出坐標(biāo)值,與已知坐標(biāo)比較,得出偏差量,將偏差量或者實(shí)時(shí)測得的載波相位,通過數(shù)傳鏈路或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給終端設(shè)備,然后終端設(shè)備根據(jù)這個(gè)信息進(jìn)行修正位置,得出比較精準(zhǔn)的位置信息。
3. 如何應(yīng)用GPS?
GPS可以在多個(gè)領(lǐng)域和應(yīng)用中使用,下面是一些常見的應(yīng)用GPS的示例:
4. 主要的GPS供應(yīng)商
- Garmin
Garmin是一家總部位于美國的跨國科技公司,成立于1989年。該公司專注于設(shè)計(jì)、制造和銷售各種全球定位系統(tǒng)(GPS)產(chǎn)品,包括手持式導(dǎo)航設(shè)備、智能手表、運(yùn)動(dòng)追蹤器、航空設(shè)備和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)等。 Garmin的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、航海、汽車、戶外運(yùn)動(dòng)和健身等領(lǐng)域。公司的產(chǎn)品以其高精度、可靠性和創(chuàng)新性而聞名,被廣泛使用于個(gè)人消費(fèi)者、專業(yè)人士和軍事領(lǐng)域。
- UBlox
UBlox是一家瑞士的全球領(lǐng)先的無線通信和定位技術(shù)提供商。該公司成立于1997年,總部位于瑞士的蒙特勒。UBlox專注于提供高精度、高可靠性的定位和導(dǎo)航解決方案,包括全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)接收器、芯片組和軟件。 UBlox的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車導(dǎo)航、智能交通系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、航空航天、農(nóng)業(yè)、測繪、無人機(jī)等領(lǐng)域。公司的產(chǎn)品包括GNSS接收器、GNSS芯片組、GNSS模塊、GNSS天線、數(shù)據(jù)鏈路模塊、無線通信模塊等。
- NXP
NXP公司全稱為恩智浦半導(dǎo)體公司,它成立于2006年,其前身是荷蘭飛利浦公司于1953年成立的半導(dǎo)體事業(yè)部。恩智浦總部位于荷蘭埃因霍溫,并在全球30個(gè)國家和地區(qū)設(shè)有辦事處,員工人數(shù)超過30000人。 恩智浦提供低成本、便攜式GPS設(shè)備完整解決方案,包括軟件和硬件方面。通過swGPS Personal軟件實(shí)現(xiàn)GPS計(jì)算,從而取代了一個(gè)GPS基帶處理器,降低了材料清單成本并支持現(xiàn)場升級(jí)。
- SiRF
SiRF公司是一家全球領(lǐng)先的定位芯片供應(yīng)商,成立于1995年,總部位于美國加州的圣荷西市。SiRF專注于研發(fā)、制造和銷售GPS芯片和軟件產(chǎn)品,其GPS芯片和軟件產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備、汽車、個(gè)人電腦、服務(wù)器和其他嵌入式設(shè)備中。SiRF公司在全球擁有眾多客戶和合作伙伴,包括GPS模塊廠商、移動(dòng)設(shè)備制造商、汽車制造商等。
5. 參考案例
下面是一項(xiàng)使用RP2040作為主控芯片,驅(qū)動(dòng)中科微電子的ATGM336H型號(hào)的傳感器的參考案例,通過UART進(jìn)行傳感器與主控之間的數(shù)據(jù)通信,當(dāng)有數(shù)據(jù)回傳回來時(shí),將數(shù)據(jù)按照指定的流程分割好,找到其中的GPS坐標(biāo),并且通過ssd1306芯片驅(qū)動(dòng)的OLED屏幕打印出來,主控芯片與OLED屏幕通過SPI協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
效果如圖所示:
代碼如下
from machine import UART,Pin,SPI import time import uasyncio from ssd1306 import SSD1306_SPI import framebuf from utime import sleep_ms spi1_mosi = 11 spi1_sck = 10 spi1_dc = 9 spi1_rstn = 8 spi1_cs = 16 spi = SPI(1, 100000, mosi=Pin(spi1_mosi), sck=Pin(spi1_sck)) oled = SSD1306_SPI(128, 64, spi, Pin(spi1_dc),Pin(spi1_rstn), Pin(spi1_cs)) uart1 = UART(1, baudrate=9600, tx=Pin(4), rx=Pin(5)) flag = 0 class GPS(): buff = bytearray(270) def __init__(self): self.a = 0 self.b = 0 self.array2 = “” def read_and_process(self): buff = uart1.read(1) if buff == None: self.b = 0 else: if buff == b'n': self.a = 1 if self.a == 1: buff = uart1.read(270) if buff != None: self.array2 = buff[0:6] if self.array2 == b'GNGGA,': self.array2 = buff[7:44] if self.array2[-1] == 44: ##ascii value ',' flag = 1 print(flag) oled.fill(0) oled.show() oled.text(self.array2[10:22],0,0) oled.text(self.array2[23:-1],0,32) oled.show() gps = GPS() while 1: gps.read_and_process()
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