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讀取 GPS 數據 - Raspberry Pi

在本課程中，您將為 Raspberry Pi 添加一個 GPS 感測器，並從中讀取數據。

硬體

Raspberry Pi 需要一個 GPS 感測器。

您將使用的感測器是 Grove GPS Air530 感測器。這款感測器可以連接到多個 GPS 系統，以快速且準確地定位。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，用於接收來自衛星的無線電波。

這是一個 UART 感測器，因此會通過 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 感測器上的插槽。它只能以一種方式插入。
在 Raspberry Pi 關機的情況下，將 Grove 電纜的另一端連接到安裝在 Pi 上的 Grove Base Hat 上標有 UART 的 UART 插槽。該插槽位於中間排，靠近 SD 卡插槽的一側，與 USB 埠和乙太網插槽相對的一端。
將 GPS 感測器放置在附加天線可以看到天空的位置——理想情況下靠近窗戶或在戶外。天線周圍沒有障礙物時，信號會更清晰。

編程 GPS 感測器

現在可以為 Raspberry Pi 編寫程式，以使用連接的 GPS 感測器。

任務 - 編程 GPS 感測器

編寫設備程式。

啟動 Raspberry Pi，並等待其啟動完成。
GPS 感測器有兩個 LED 指示燈——藍色 LED 在傳輸數據時閃爍，綠色 LED 在接收到來自衛星的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，您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，您可以參考第 1 課中有關設置和啟動 VS Code 的說明。
對於支持藍牙的新版本 Raspberry Pi，藍牙使用的串口與 Grove UART 埠使用的串口會發生衝突。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 是內建的終端文字編輯器：
```
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. 使用方向鍵移動到文件末尾，然後複製以下代碼並粘貼到文件末尾：
```
dtoverlay=pi3-miniuart-bt
dtoverlay=pi3-disable-bt
enable_uart=1
```
  您可以使用設備的常規鍵盤快捷鍵粘貼（Windows、Linux 或 Raspberry Pi OS 上為 Ctrl+v，macOS 上為 Cmd+v）。
3. 按 Ctrl+x 保存文件並退出 nano。當系統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，您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. 該文件包含多個用空格分隔的鍵/值對。刪除鍵為 console 的所有鍵/值對。它們可能看起來像這樣：
```
console=serial0,115200 console=tty1 
```
  您可以使用方向鍵導航到這些條目，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. 按照上述步驟保存文件並退出 nano。
7. 重新啟動 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。在該文件夾中創建一個名為 app.py 的文件。
在 VS Code 中打開該文件夾。
GPS 模組通過串口發送 UART 數據。安裝 pyserial Pip 套件，以便從 Python 程式碼與串口通信：
```
pip3 install pyserial
```
將以下代碼添加到您的 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 套件中導入 serial 模組。然後，它連接到 /dev/ttyAMA0 串口——這是 Grove Pi Base Hat 用於其 UART 埠的串口地址。接著，它清除該串口的任何現有數據。

接下來，定義了一個名為 print_gps_data 的函數，用於將傳遞給它的行打印到控制台。

然後，代碼進行無限循環，在每次循環中從串口讀取盡可能多的文本行。對於每一行，它都會調用 print_gps_data 函數。

在讀取所有數據後，循環會休眠 1 秒，然後再次嘗試。

運行此代碼。您將看到來自 GPS 感測器的原始輸出，類似於以下內容：

$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，請在您的 while 循環中添加一個 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)

💁 您可以在 code-gps/pi 文件夾中找到此代碼。

😀 恭喜！您的 GPS 感測器程式運行成功！

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