GPS

In diesem Teil der Raspberry Pi Reihe zeige ich, wie ein GPS-Modul mit  Raspberry Pi verbunden und ausgewertet werden kann. Bei dem verwendeten GPS-Modul handelt es sich um ein NEO-8M GPS Modul der Firma u-blox, welches direkt mit dem UART des Raspberry Pi verbunden werden kann.

Auslesen über die Konsole:

Sobald das Modul an die serielle Schnittstelle vom Raspberry Pi angeschlossen wurde, kann es über den Schnittstellentreiber /dev/serial0 verwendet werden:

Die Standardbaudrate für das Modul beträgt 9600 Baud. Über den Konsolenbefehl

$ sudo stty 9600 -F /dev/serial0

Und anschließend kann die Maus über den Befehl

$ cat /dev/serial0

Das Modul gibt die GPS-Informationen in verschiedenen Datensätzen aus. Diese Datensätze sind im NMEA 0183 Standard definiert und beginnen mit einem $-Zeichen.

• Track Made Good and Ground Speed (VTG)
• GPS DOP and Active Satellites (GSA)
• Geographic Position-Latitude/Longitude (GLL)
• Global Positioning System Fix Data (GGA)
• Text Transmission (PTXT)
• Recommended Minimum Specific GPS/Transit Data (RMC)
• GPS Satellites in View (GSV)
• Time and Date (ZDA)

Hinweis:

Der ursprüngliche Standard definiert eine Baudrate von 4800 Baud für die Datenübertragung. Seit der Version 3.01 werden aber auch Baudraten bis zu 38400 Baud unterstützt.

Schauen wir uns die einzelnen Datensätze mal genauer an…

Auslesen mit Python:

Zum Auslesen des GPS-Moduls muss als erstes die serielle Schnittstelle geöffnet werden:

try:
    if(not(UART.isOpen())):
        UART.open()
except:
    print("[ERROR] Can not open serial port!")
    exit()

Anschließend werden die einzelnen Nachrichtenzeilen eingelesen und in einem

while(True):
    Datasets = dict()
    Message = UART.readline().decode("ascii").strip().split(",")
    if("$" in Message[0]):
        Datasets[Message[0]] = Message[1:]

Nun können die einzelnen Informationen aus den Datensätzen extrahiert und ausgegeben werden. Der Aufbau der einzelnen Datensätze kann hier eingesehen werden.

So kann z. B. der GGA-Datensatz ausgewertet werden um genauere Details zur Positionsbestimmung zu erhalten.

for Key in Datasets.keys():
    if("GGA" in Key):
        print("Use {} satellites".format(Datasets[Key][6]))
        if(Datasets[Key][5] == "1"):
            print("Time: {}".format(Datasets[Key][0]))
            print("Latitude: {} - {}".format(Datasets[Key][1], Datasets[Key][2]))
            print("Longitude: {} - {}".format(Datasets[Key][3], Datasets[Key][4]))
        else:
            print("GPS not fix!")
            print("GPS quality: {}".format(Datasets[Key][5]))

Wohingegen der GSV-Datensatz genutzt werden kann um Informationen über die verwendeten Satelliten zu erhalten. 

elif("GSV" in Key):
    print("Number: {}".format(Datasets[Key][1]))
    print("ID: {}".format(Datasets[Key][3]))
    print("Visible satellites: {}".format(Datasets[Key][2]))
    print("Elevation: {} degree".format(Datasets[Key][4]))
    print("Azimuth: {} degree".format(Datasets[Key][5]))
    print("SNR: {} dB".format(Datasets[Key][6]))

Die Ausgabe sieht mit den beiden Punkten folgendermaßen aus:

ID: 21
Visible satellites: 12
Elevation: 14 degree
Azimuth: 074 degree
SNR:  dB
Number: 1
ID: 05
Visible satellites: 03
Elevation:  degree
Azimuth:  degree
SNR: 30 dB
ID: 01
Visible satellites: 12
Elevation: 07 degree
Azimuth: 252 degree
SNR: 34 dB
Number: 2
ID: 11
Visible satellites: 12
Elevation: 32 degree
Azimuth: 275 degree
SNR: 31 dB
Number: 3
Use 09 satellites
Time: 171103.000
Latitude: 5059.0659 - N
Longitude: 00722.9327 - E

Falls es erforderlich ist, kann die Auswertung um zusätzliche Punkte erweitert werden. Das Vorgehen ist dabei analog zu dem bereits vorgestellten Ablauf. Die ausgelesenen Längen- und Breitengrade können anschließend in ein Kartenprogramm eingegeben werden, wodurch der genaue Standort angezeigt werden kann.

Das Python-Skript gibt es in meinem GitHub-Repository zum Download.

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