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读取 GPS 数据 - 树莓派 ​

在本节课程中，您将为树莓派添加一个 GPS 传感器，并从中读取数据。

硬件 ​

树莓派需要一个 GPS 传感器。

您将使用的传感器是 Grove GPS Air530 传感器。该传感器可以连接到多个 GPS 系统，以实现快速、准确的定位。传感器由两部分组成——传感器的核心电子部分，以及通过细线连接的外部天线，用于接收来自卫星的无线电波。

这是一个 UART 传感器，因此通过 UART 发送 GPS 数据。

连接 GPS 传感器 ​

Grove GPS 传感器可以连接到树莓派。

任务 - 连接 GPS 传感器 ​

连接 GPS 传感器。

一个 Grove GPS 传感器

  1. 将 Grove 电缆的一端插入 GPS 传感器上的插座。它只能以一种方式插入。

  2. 在树莓派断电的情况下，将 Grove 电缆的另一端连接到树莓派上 Grove Base Hat 的 UART 插座。该插座位于中间一排，靠近 SD 卡插槽的一侧，与 USB 端口和以太网插座相对。

    Grove GPS 传感器连接到 UART 插座

  3. 将 GPS 传感器放置好，使连接的天线能够看到天空——理想情况下靠近窗户或在室外。天线周围没有障碍物时，信号会更清晰。

编程 GPS 传感器 ​

现在可以为树莓派编程以使用连接的 GPS 传感器。

任务 - 编程 GPS 传感器 ​

为设备编程。

  1. 启动树莓派并等待其启动完成。

  2. GPS 传感器有两个 LED 指示灯——一个蓝色 LED，当数据传输时会闪烁；一个绿色 LED，当从卫星接收数据时每秒闪烁一次。启动树莓派时，确保蓝色 LED 闪烁。几分钟后，绿色 LED 会开始闪烁——如果没有，可能需要重新调整天线的位置。

  3. 启动 VS Code，可以直接在树莓派上运行，也可以通过 Remote SSH 扩展连接。

    ⚠️ 如果需要，可以参考第 1 课中设置和启动 VS Code 的说明。

  4. 对于支持蓝牙的新版本树莓派，蓝牙使用的串口与 Grove UART 端口使用的串口存在冲突。为了解决这个问题，请执行以下操作：

    1. 在 VS Code 的终端中，使用以下命令编辑 /boot/config.txt 文件。nano 是一个内置的终端文本编辑器：

      sh
      sudo nano /boot/config.txt

      由于需要 sudo 权限（提升的权限）才能编辑此文件，因此无法通过 VS Code 编辑。

    2. 使用光标键导航到文件末尾，然后将以下代码复制并粘贴到文件末尾：

      ini
      dtoverlay=pi3-miniuart-bt
dtoverlay=pi3-disable-bt
enable_uart=1

      您可以使用设备的常规键盘快捷键粘贴（Windows、Linux 或树莓派 OS 上为 Ctrl+v，macOS 上为 Cmd+v）。

    3. 按 Ctrl+x 保存文件并退出 nano。当被询问是否保存修改的缓冲区时，按 y，然后按 Enter 确认覆盖 /boot/config.txt。

      如果出错，可以不保存退出，然后重复这些步骤。

    4. 使用以下命令在 nano 中编辑 /boot/cmdline.txt 文件：

      sh
      sudo nano /boot/cmdline.txt

    5. 此文件包含多个用空格分隔的键值对。删除任何键为 console 的键值对。它们可能看起来像这样：

      text
      console=serial0,115200 console=tty1

      您可以使用光标键导航到这些条目，然后使用常规的 del 或 backspace 键删除。

      例如，如果您的原始文件如下所示：

      text
      console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=058e2867-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

      新版本将如下所示：

      text
      root=PARTUUID=058e2867-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

    6. 按上述步骤保存此文件并退出 nano。

    7. 重启树莓派，重启后重新连接到 VS Code。

  5. 在终端中，在 pi 用户的主目录中创建一个名为 gps-sensor 的新文件夹。在此文件夹中创建一个名为 app.py 的文件。

  6. 在 VS Code 中打开此文件夹。

  7. GPS 模块通过串口发送 UART 数据。安装 pyserial Pip 包，以便从 Python 代码与串口通信：

    sh
    pip3 install pyserial

  8. 将以下代码添加到您的 app.py 文件中：

    python
    import time
import serial

serial = serial.Serial('/dev/ttyAMA0', 9600, timeout=1)
serial.reset_input_buffer()
serial.flush()

def print_gps_data(line):
    print(line.rstrip())

while True:
    line = serial.readline().decode('utf-8')

    while len(line) > 0:
        print_gps_data(line)
        line = serial.readline().decode('utf-8')

    time.sleep(1)

    这段代码从 pyserial Pip 包中导入了 serial 模块。然后它连接到 /dev/ttyAMA0 串口——这是 Grove Pi Base Hat 用于其 UART 端口的串口地址。接着，它清除了此串口连接中的任何现有数据。

    接下来定义了一个名为 print_gps_data 的函数，用于将传递给它的行打印到控制台。

    然后代码进入一个无限循环，在每次循环中读取串口中的多行文本。它为每一行调用 print_gps_data 函数。

    读取完所有数据后，循环会休眠 1 秒，然后再次尝试。

  9. 运行此代码。您将看到来自 GPS 传感器的原始输出，类似如下内容：

    text
    $GNGGA,020604.001,4738.538654,N,12208.341758,W,1,3,,164.7,M,-17.1,M,,*67
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*1E
$BDGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*0F
$GPGSV,1,1,00*79
$BDGSV,1,1,00*68

    如果在停止和重新启动代码时遇到以下错误之一，请在 while 循环中添加一个 try - except 块。

    text
    UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0x93 in position 0: invalid start byte
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0xf1 in position 0: invalid continuation byte
    python
    while True:
    try:
        line = serial.readline().decode('utf-8')
          
        while len(line) > 0:
            print_gps_data()
            line = serial.readline().decode('utf-8')
  
    # There's a random chance the first byte being read is part way through a character.
    # Read another full line and continue.

    except UnicodeDecodeError:
        line = serial.readline().decode('utf-8')

time.sleep(1)

💁 您可以在 code-gps/pi 文件夹中找到此代码。

😀 恭喜！您的 GPS 传感器程序运行成功！