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讀取 GPS 數據 - Raspberry Pi

在這部分課程中，你將為 Raspberry Pi 添加一個 GPS 感測器，並從中讀取數據。

硬件

Raspberry Pi 需要一個 GPS 感測器。

你將使用的感測器是 Grove GPS Air530 感測器。這款感測器可以連接多個 GPS 系統，提供快速且準確的定位。感測器由兩部分組成——感測器的核心電子元件，以及通過細線連接的外部天線，用於接收衛星的電波。

這是一個 UART 感測器，因此它通過 UART 傳輸 GPS 數據。

連接 GPS 感測器

Grove GPS 感測器可以連接到 Raspberry Pi。

任務 - 連接 GPS 感測器

連接 GPS 感測器。

將 Grove 電纜的一端插入 GPS 感測器上的插座。它只能以一種方向插入。
在 Raspberry Pi 關機的情況下，將 Grove 電纜的另一端連接到 Pi 上的 Grove Base Hat 的 UART 插座，該插座標記為 UART。此插座位於中間排，靠近 SD 卡插槽的一側，遠離 USB 端口和以太網插座。
將 GPS 感測器放置在天線能夠看到天空的位置——理想情況下靠近窗戶或室外。天線周圍沒有障礙物時，信號會更清晰。

編程 GPS 感測器

現在可以編程 Raspberry Pi 以使用連接的 GPS 感測器。

任務 - 編程 GPS 感測器

編程設備。

啟動 Raspberry Pi，並等待其完成啟動。
GPS 感測器有兩個 LED——藍色 LED 在傳輸數據時閃爍，綠色 LED 在接收衛星數據時每秒閃爍一次。啟動 Raspberry Pi 時，確保藍色 LED 閃爍。幾分鐘後，綠色 LED 會開始閃爍——如果沒有，可能需要重新調整天線的位置。
啟動 VS Code，可以直接在 Raspberry Pi 上啟動，也可以通過 Remote SSH 擴展連接。

⚠️ 如果需要，可以參考課程 1 中設置和啟動 VS Code 的指導。
對於支持藍牙的新版本 Raspberry Pi，藍牙使用的串口與 Grove UART 端口使用的串口存在衝突。為了解決這個問題，請執行以下操作：
1. 在 VS Code 的終端中，使用以下命令通過 nano 編輯 /boot/config.txt 文件，nano 是內置的終端文本編輯器：
```
sudo nano /boot/config.txt
```
  由於需要使用 sudo 權限（提升的權限）來編輯此文件，因此無法直接通過 VS Code 編輯。
2. 使用光標鍵移動到文件末尾，然後將以下代碼複製並粘貼到文件末尾：
```
dtoverlay=pi3-miniuart-bt
dtoverlay=pi3-disable-bt
enable_uart=1
```
  你可以使用設備的常規鍵盤快捷鍵粘貼（Windows、Linux 或 Raspberry Pi OS 上使用 Ctrl+v，macOS 上使用 Cmd+v）。
3. 按 Ctrl+x 保存文件並退出 nano。當被詢問是否保存修改的緩衝區時，按 y，然後按 Enter 確認覆蓋 /boot/config.txt。
  
  如果出現錯誤，可以選擇不保存退出，然後重複這些步驟。
4. 使用以下命令在 nano 中編輯 /boot/cmdline.txt 文件：
```
sudo nano /boot/cmdline.txt
```
5. 此文件包含多個用空格分隔的鍵值對。刪除任何鍵為 console 的鍵值對。它們可能看起來像這樣：
```
console=serial0,115200 console=tty1 
```
  你可以使用光標鍵移動到這些條目，然後使用常規的 del 或 backspace 鍵刪除。
  
  例如，如果原始文件如下所示：
```
console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=058e2867-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait
```
  新版本將如下所示：
```
root=PARTUUID=058e2867-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait
```
6. 按上述步驟保存文件並退出 nano。
7. 重啟 Raspberry Pi，然後在 Pi 重啟後重新連接到 VS Code。
在終端中，為 pi 用戶的主目錄創建一個名為 gps-sensor 的新文件夾。在此文件夾中創建一個名為 app.py 的文件。
在 VS Code 中打開此文件夾。
GPS 模塊通過串口傳輸 UART 數據。安裝 pyserial Pip 包以便從 Python 代碼與串口通信：
```
pip3 install pyserial
```
將以下代碼添加到你的 app.py 文件中：
```
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)
```
此代碼從 pyserial Pip 包中導入 serial 模塊。然後它連接到 /dev/ttyAMA0 串口——這是 Grove Pi Base Hat 使用的 UART 端口的地址。接著，它清除此串口連接中的任何現有數據。

接下來定義了一個名為 print_gps_data 的函數，用於將傳入的行打印到控制台。

然後代碼進行無限循環，每次循環從串口讀取多行文本。它對每行調用 print_gps_data 函數。

在所有數據讀取完成後，循環會休眠 1 秒，然後再次嘗試。

運行此代碼。你將看到來自 GPS 感測器的原始輸出，類似如下：

$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

如果在停止並重新啟動代碼時遇到以下錯誤之一，請在你的 while 循環中添加 try - except 塊。

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

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)

💁 你可以在 code-gps/pi 文件夾中找到此代碼。

😀 恭喜！你的 GPS 感測器程式成功運行！

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