AN1409A ATK-NEO-6M GPS 模块使用
本应用文档(AN1409A,对应探索者 STM32F407 开发板扩展实验 2)将教大家如何在
ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板上使用 ATK-NEO-6M GPS 模块,并实现 GPS 定位。
本文档分为如下几部分:
1, ATK-NEO-6M GPS 模块简介
2, 硬件连接
3, 软件实现
4, 验证
1、ATK-NEO-6M GPS 模块简介
ATK-NEO-6M-V23 模块,是 ALIENTEK 生产的一款高性能 GPS 模块,模块核心采用 UBLOX
公司的 NEO-6M 模组,具有 50 个通道,追踪灵敏度高达-161dBm,测量输出频率最高可达
5Hz。ATK-NEO-6M-V23 模块具有以下特点:
1, 模块采用 U-BLOX NEO-6M 模组,体积小巧,性能优异。
2, 模块自带陶瓷天线及 MAXIM 公司 20.5dB 高增益 LNA 芯片,搜星能力强。
3, 模块可通过串口进行各种参数设置,并可保存在 EEPROM,使用方便。
4, 模块自带 IPX 接口,可以连接各种有源天线,适应能力强。
5, 模块兼容 3.3V/5V 电平,方便连接各种单片机系统。
6, 模块自带可充电后备电池,可以掉电保持星历数据 1。
注 1:在主电源断开后,后备电池可以维持半小时左右的 GPS 星历数据的保存,以支持温启动或热启
动,从而实现快速定位。
ATK-NEO-6M 模块非常小巧(25.5mm*31mm),模块通过 5 个 2.54mm 间距的排针与外
部连接,模块外观如图 1.1 所示:
图 1.1 ATK-NEO-6M 模块外观图
图 1.1 中,从右到左,依次为模块引出的 PIN1~PIN5 脚,各引脚的详细描述如表 1.1 所
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示:
序号
1
2
3
4
5
名称
PPS
RXD
TXD
GND
VCC
时钟脉冲输出脚
说明
模块串口接收脚(TTL 电平,不能直接接 RS232 电平!),可接单片机的 TXD
模块串口发送脚(TTL 电平,不能直接接 RS232 电平!),可接单片机的 RXD
地
电源(3.3V~5.0V)
表 1.1 ATK-NEO-6M 模块各引脚功能描述
其中,PPS 引脚同时连接到了模块自带了的状态指示灯:PPS,该引脚连接在 UBLOX
NEO-6M 模组的 TIMEPULSE 端口,该端口的输出特性可以通过程序设置。PPS 指示灯(即 PPS
引脚),在默认条件下(没经过程序设置),有 2 个状态:
1, 常亮,表示模块已开始工作,但还未实现定位。
2, 闪烁(100ms 灭,900ms 亮),表示模块已经定位成功。
这样,通过 PPS 指示灯,我们就可以很方便的判断模块的当前状态,方便大家使用。
另外,图 1.1 中,左上角的 IPX 接口,可以用来外接一个有源天线,从而进一步提高模
块的接收能力,通过外接有源天线,我们就可以把模块放到室内,天线放到室外,实现室内
定位。
ATK-NEO-6M 模块默认采用 NMEA-0183 协议输出 GPS 定位数据,并可以通过 UBX 协议
对模块进行配置,NMEA-0183 协议详细介绍请参考《ATK-NEO-6M 用户手册.pdf》,UBX 配置
协议,请参考《u-blox6_ReceiverDescriptionProtocolSpec_GPS.G6-SW-10018-C.pdf》。
通过 ATK-NEO-6M GPS 模块,任何单片机(3.3V/5V 电源)都可以很方便的实现 GPS 定位,
当然他也可以连接电脑,利用电脑软件实现定位。ATK-NEO-6M-V23 GPS 模块的原理图如图
1.2 所示:
图 1.2 ATK-NEO-6M GPS 模块原理图
2、硬件连接
本实验功能简介:通过串口 3 连接 ATK-NEO-6M GPS 模块,然后通过液晶显示 GPS 信息,
包括精度、纬度、高度、速度、用于定位的卫星数、可见卫星数、UTC 时间等信息。同时,
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可以通过 USMART 工具,设置 GPS 模块的刷新速率(最大支持 5Hz 刷新)和时钟脉冲的配
置。另外,通过 KEY0 按键,可以开启或关闭 NMEA 数据的上传(即输出到串口 1,方便开
发调试)。
所要用到的硬件资源如下:
1, 指示灯 DS0
2, KEY0 按键
3, 串口 1、串口 3
4, TFTLCD 模块
5, ATK-NEO-6M GPS 模块
接下来,我们看看 ATK-NEO-6M GPS 模块同 ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板的连接,
前面我们介绍了 ATK-NEO-6M 模块的接口,探索者 STM32F407 开发板有 ATK MODULE 接口,
ATK-NEO-6M GPS 模块可以直接插到该接口实现与开发板的连接。
ATK MODULE 接口同开发板主芯片的连接原理图如图 2.1 所示:
图 2.1 ATK-MODULE 接口与 MCU 连接关系
GPS 的串口将连接在探索者 STM32F407 开发板的串口 3 上面(需要用跳线帽短接 P10
的 USART3_RX 和 GBC_TX 以及 USART3_TX 和 GBC_RX),且 GPS 的 PPS 信号接接在 GBC_KEY
信号上面。探索者 STM32F407 开发板与 ATK-NEO-6M GPS 模块的连接关系如表 2.1 所示::
ATK-NEO-6M GPS 模块与开发板连接关系
ATK-NEO-6M GPS 模块
探索者 STM32F407 开发板
VCC
5V
GND
TXD
RXD
GND
PB11
PB10
PPS
PF6
表 2.1 ATK-NEO-6M 模块同探索者 STM32F407 开发板连接关系表
使用时,我们只需要将 ATK-NEO-6M GPS 模块插入到开发板的 ATK-MODULE 接口(靠下
插)即可,如图 2.2 所示:
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图 2.2 ATK-NEO-6M GPS 模块与探索者开发板对接实物图
注意,我们虽然将 PPS 连接到了开发板的 PF6,但是本例程并没有用到 PPS 信号,所以
没做处理。注意,连接好之后,记得检查开发板 P10 的跳线帽哦!!必须短接:USART3_RX
和 GBC_TX 以及 USART3_TX 和 GBC_RX。
可以看出,模块与开发板的连接是很简单,不过这里特别提醒大家:
1, 请把 GPS 模块放到窗户边/阳台,否则可能收不到 GPS 信号。
2, 如果想在室内开发,可以自备有源天线,将天线放外面,模块放室内,亦可实现定
位。也可以考虑使用 ALIENTEK 提供的蓝牙串口模块(ATK-HC05)一对,这样,我
们可以将 GPS 放到户外/窗口,而仍然在室内进行程序的调试开发。
3、软件实现
本实验,我们在探索者 STM32F407 开发板扩展实验 1:ATK-HC05 蓝牙串口模块实验
的基础上修改,本例程用不到蓝牙模块,所以先删掉 hc05.c。
然后,在 HARDWARE 文件夹里面新建一个 GPS 文件夹,并新建 gps.c,gps.h 两个文
件。然后在工程 HARDWARE 组里面添加 gps.c,并在工程添加 gps.h 的头文件包含路径。
在 gps.c 里面,我们输入如下代码:
#include "gps.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "usart3.h"
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"
#include "string.h"
#include "math.h"
//从 buf 里面得到第 cx 个逗号所在的位置
//返回值:0~0XFE,代表逗号所在位置的偏移.
// 0XFF,代表不存在第 cx 个逗号
u8 NMEA_Comma_Pos(u8 *buf,u8 cx)
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{
u8 *p=buf;
while(cx)
{
if(*buf=='*'||*buf<' '||*buf>'z')return 0XFF;
//遇到'*'或者非法字符,则不存在第 cx 个逗号
if(*buf==',')cx--;
buf++;
}
return buf-p;
}
//m^n 函数
//返回值:m^n 次方.
u32 NMEA_Pow(u8 m,u8 n)
{
u32 result=1;
while(n--)result*=m;
return result;
}
//str 转换为数字,以','或者'*'结束
//buf:数字存储区
//dx:小数点位数,返回给调用函数
//返回值:转换后的数值
int NMEA_Str2num(u8 *buf,u8*dx)
{
u8 *p=buf;
u32 ires=0,fres=0;
u8 ilen=0,flen=0,i;
u8 mask=0;
int res;
while(1) //得到整数和小数的长度
{
if(*p=='-'){mask|=0X02;p++;}//是负数
if(*p==','||(*p=='*'))break;//遇到结束了
if(*p=='.'){mask|=0X01;p++;}//遇到小数点了
else if(*p>'9'||(*p<'0'))
//有非法字符
{
ilen=0;
flen=0;
break;
}
if(mask&0X01)flen++;
else ilen++;
p++;
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}
if(mask&0X02)buf++;
for(i=0;i5)flen=5;
//最多取 5 位小数
//小数点位数
*dx=flen;
for(i=0;isvnum=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
for(i=0;islmsg[slx].num=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
//得到卫星编号
else break;
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,5+j*4);
if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].eledeg=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
//得到卫星仰角
else break;
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,6+j*4);
if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].azideg=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
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//得到卫星方位角
else break;
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,7+j*4);
if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].sn=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
//得到卫星信噪比
else break;
slx++;
}
p=p1+1;//切换到下一个 GPGSV 信息
}
}
//分析 GPGGA 信息
//gpsx:nmea 信息结构体
//buf:接收到的 GPS 数据缓冲区首地址
void NMEA_GPGGA_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{
u8 *p1,dx;
u8 posx;
p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"$GPGGA");
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,6);
//得到 GPS 状态
if(posx!=0XFF)gpsx->gpssta=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,7);
//得到用于定位的卫星数
if(posx!=0XFF)gpsx->posslnum=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,9);
//得到海拔高度
if(posx!=0XFF)gpsx->altitude=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
}
//分析 GPGSA 信息
//gpsx:nmea 信息结构体
//buf:接收到的 GPS 数据缓冲区首地址
void NMEA_GPGSA_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
u8 *p1,dx;
u8 posx;
u8 i;
p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"$GPGSA");
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,2);
//得到定位类型
if(posx!=0XFF)gpsx->fixmode=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
for(i=0;i<12;i++)
{
{
//得到定位卫星编号
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,3+i);
if(posx!=0XFF)gpsx->possl[i]=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
else break;
}
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,15);
//得到 PDOP 位置精度因子
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if(posx!=0XFF)gpsx->pdop=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,16);
//得到 HDOP 位置精度因子
if(posx!=0XFF)gpsx->hdop=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,17);
//得到 VDOP 位置精度因子
if(posx!=0XFF)gpsx->vdop=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
}
//分析 GPRMC 信息
//gpsx:nmea 信息结构体
//buf:接收到的 GPS 数据缓冲区首地址
void NMEA_GPRMC_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
u8 *p1,dx;
u8 posx;
u32 temp;
float rs;
p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"GPRMC");
//"$GPRMC",经常有&和 GPRMC 分开的情况,故只判断 GPRMC.
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,1);
//得到 UTC 时间
if(posx!=0XFF)
{
temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx)/NMEA_Pow(10,dx);//得到 UTC 时间
gpsx->utc.hour=temp/10000;
gpsx->utc.min=(temp/100)%100;
gpsx->utc.sec=temp%100;
}
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,3);
//得到纬度
if(posx!=0XFF)
{
}
temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
gpsx->latitude=temp/NMEA_Pow(10,dx+2);
rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2);
//得到°
//得到'
gpsx->latitude=gpsx->latitude*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))/60;
//转换为°
{
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,4);
if(posx!=0XFF)gpsx->nshemi=*(p1+posx);
posx=NMEA_Comma_Pos(p1,5);
if(posx!=0XFF)
{
//南纬还是北纬
//得到经度
//得到°
//得到'
temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
gpsx->longitude=temp/NMEA_Pow(10,dx+2);
rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2);
gpsx->longitude=gpsx->longitude*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))
/60;//转换为°
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