读取 GPS 数据 - 虚拟物联网硬件

在本课程的这一部分，你将为虚拟物联网设备添加一个 GPS 传感器，并从中读取数据。

虚拟硬件

虚拟物联网设备将使用一个通过串口 UART 访问的模拟 GPS 传感器。

物理 GPS 传感器通常配备天线，用于接收来自 GPS 卫星的无线电波，并将 GPS 信号转换为 GPS 数据。虚拟版本通过以下方式进行模拟：你可以设置纬度和经度、发送原始 NMEA 语句，或者上传包含多个位置的 GPX 文件，这些位置将按顺序返回。

🎓 NMEA 语句将在本课程后续部分介绍

将传感器添加到 CounterFit

要使用虚拟 GPS 传感器，你需要将其添加到 CounterFit 应用中。

任务 - 将传感器添加到 CounterFit

将 GPS 传感器添加到 CounterFit 应用。

1. 在你的电脑上创建一个名为 gps-sensor 的文件夹，并在其中创建一个新的 Python 应用，包含一个名为 app.py 的文件和一个 Python 虚拟环境，然后添加 CounterFit 的 pip 包。

   ⚠️ 如果需要，可以参考课程 1 中关于创建和设置 CounterFit Python 项目的说明。

2. 安装一个额外的 Pip 包，用于安装一个 CounterFit shim，可以通过串口与基于 UART 的传感器通信。确保在激活虚拟环境的终端中安装此包。

   pip install counterfit-shims-serial

3. 确保 CounterFit 网页应用正在运行。

4. 创建一个 GPS 传感器：

   1. 在 Sensors 面板的 Create sensor 框中，点击 Sensor type 下拉框并选择 UART GPS。

   2. 将 Port 保持为 /dev/ttyAMA0。

   3. 点击 Add 按钮，在端口 /dev/ttyAMA0 上创建 GPS 传感器。

   

   GPS 传感器将被创建并显示在传感器列表中。

   

编程 GPS 传感器

现在可以为虚拟物联网设备编程以使用虚拟 GPS 传感器。

任务 - 编程 GPS 传感器

编写 GPS 传感器应用程序。

1. 确保 gps-sensor 应用已在 VS Code 中打开。

2. 打开 app.py 文件。

3. 在 app.py 文件顶部添加以下代码，将应用连接到 CounterFit：

   from counterfit_connection import CounterFitConnection
   CounterFitConnection.init('127.0.0.1', 5000)

4. 在此代码下方添加以下代码，导入一些所需的库，包括用于 CounterFit 串口的库：

   import time
   import counterfit_shims_serial
   
   serial = counterfit_shims_serial.Serial('/dev/ttyAMA0')

   此代码从 counterfit_shims_serial Pip 包中导入 serial 模块。然后连接到 /dev/ttyAMA0 串口——这是虚拟 GPS 传感器用于其 UART 端口的地址。

5. 在此代码下方添加以下代码，从串口读取数据并将值打印到控制台：

   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)

   定义了一个名为 print_gps_data 的函数，用于将传入的行打印到控制台。

   接下来，代码进入一个无限循环，在每次循环中尽可能多地从串口读取文本行。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。

6. 运行此代码，确保使用与运行 CounterFit 应用不同的终端，以便 CounterFit 应用保持运行状态。

7. 在 CounterFit 应用中更改 GPS 传感器的值。你可以通过以下方式之一进行更改：

   • 将 Source 设置为 Lat/Lon，并设置明确的纬度、经度以及用于获取 GPS 定位的卫星数量。此值将仅发送一次，因此勾选 Repeat 复选框以使数据每秒重复发送。

     

   • 将 Source 设置为 NMEA，并在文本框中添加一些 NMEA 语句。所有这些值将被发送，每个新的 GGA（位置固定）语句之间有 1 秒的延迟。

     

     你可以使用类似 nmeagen.org 的工具通过在地图上绘制来生成这些语句。这些值将仅发送一次，因此勾选 Repeat 复选框以使数据在全部发送后每秒重复一次。

   • 将 Source 设置为 GPX 文件，并上传一个包含轨迹位置的 GPX 文件。你可以从许多流行的地图和徒步网站（如 AllTrails）下载 GPX 文件。这些文件包含多个 GPS 位置作为轨迹，GPS 传感器将以 1 秒间隔返回每个新位置。

     

     这些值将仅发送一次，因此勾选 Repeat 复选框以使数据在全部发送后每秒重复一次。

   配置 GPS 设置后，点击 Set 按钮将这些值提交到传感器。

8. 你将看到来自 GPS 传感器的原始输出，类似如下：

   $GNGGA,020604.001,4738.538654,N,12208.341758,W,1,3,,164.7,M,-17.1,M,,*67
   $GNGGA,020604.001,4738.538654,N,12208.341758,W,1,3,,164.7,M,-17.1,M,,*67

💁 你可以在 code-gps/virtual-device 文件夹中找到此代码。

😀 恭喜！你的 GPS 传感器程序运行成功！