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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。此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電波。

這是一個 UART 感測器，因此它通過 UART 傳送 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。它只能以一種方式插入。
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。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 感測器放置在天線可以看到天空的位置——理想情況下靠近窗戶或在室外。天線周圍沒有障礙物時，信號會更清晰。

程式設計 GPS 感測器

現在可以為 Raspberry Pi 程式設計以使用連接的 GPS 感測器。

任務 - 程式設計 GPS 感測器

為設備編寫程式。

啟動 Raspberry Pi，並等待其完成啟動。
GPS 感測器有兩個 LED 指示燈——藍色 LED 在傳送數據時閃爍，綠色 LED 在接收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 課中設置和啟動 VS Code 的指導。
對於支持藍牙的較新版本 Raspberry Pi，藍牙使用的串口與 Grove UART 端口使用的串口之間存在衝突。為了解決此問題，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。VS Code 不以此權限運行。
2. 使用光標鍵移動到文件末尾，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
```
  您可以使用設備的正常鍵盤快捷鍵粘貼（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，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. 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 
```
  您可以使用光標鍵導航到這些條目，然後使用正常的 del 或 backspace 鍵刪除。
  
  例如，如果您的原始文件如下所示：
```
console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=058e2867-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait
```
  新版本將是：
```
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 模組通過串口傳送 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 使用的 UART 端口的串口地址。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多行文字。它為每行調用 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。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 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。

😀 您的 GPS 感測器程式成功了！

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