讀取 GPS 數據 - 樹莓派

在本課程的這部分，你將為樹莓派添加一個 GPS 傳感器，並從中讀取數據。

硬體

樹莓派需要一個 GPS 傳感器。

你將使用的傳感器是 Grove GPS Air530 傳感器。這個傳感器可以連接到多個 GPS 系統，以獲得快速、準確的定位。該傳感器由兩部分組成 - 傳感器的核心電子元件和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 傳感器，因此通過 UART 傳輸 GPS 數據。

連接 GPS 傳感器

Grove GPS 傳感器可以連接到樹莓派。

任務 - 連接 GPS 傳感器

連接 GPS 傳感器。

A grove GPS sensor

將 Grove 電纜的一端插入 GPS 傳感器上的插座。它只能以一種方式插入。
在樹莓派關機的情況下，將 Grove 電纜的另一端連接到樹莓派上的 Grove Base hat 上標有 UART 的 UART 插座。該插座位於中間排，靠近 SD 卡插槽的一側，遠離 USB 端口和以太網插座的另一端。
將 GPS 傳感器放置在附帶的天線可以看到天空的位置 - 最好靠近開放的窗戶或在室外。天線沒有障礙物時更容易獲得清晰的信號。

編程 GPS 傳感器

現在可以編程樹莓派以使用連接的 GPS 傳感器。

任務 - 編程 GPS 傳感器

編程設備。

啟動樹莓派並等待其啟動
GPS 傳感器有兩個 LED - 一個藍色 LED 在數據傳輸時閃爍，另一個綠色 LED 在接收來自衛星的數據時每秒閃爍一次。確保在啟動樹莓派時藍色 LED 閃爍。幾分鐘後綠色 LED 會閃爍 - 如果沒有，可能需要重新定位天線。
啟動 VS Code，可以直接在樹莓派上啟動，或者通過 Remote SSH 擴展連接。

⚠️ 如果需要，可以參考在第 1 課中設置和啟動 VS Code 的說明。
對於支持藍牙的較新版本的樹莓派，藍牙使用的串行端口與 Grove UART 端口使用的串行端口之間存在衝突。要解決此問題，請執行以下操作：
1. 從 VS Code 終端，使用以下命令編輯 /boot/config.txt 文件，使用內置終端文本編輯器 nano：
```
sudo nano /boot/config.txt
```
  由於需要使用 sudo 權限（提升的權限）編輯此文件，因此無法通過 VS Code 編輯。VS Code 不會以此權限運行。
2. 使用光標鍵導航到文件末尾，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
```
  你可以使用設備的常規鍵盤快捷鍵粘貼（Windows、Linux 或樹莓派 OS 上使用 Ctrl+v，macOS 上使用 Cmd+v）。
3. 按 Ctrl+x 保存此文件並退出 nano。當被問及是否要保存修改的緩衝區時，按 y，然後按 enter 確認要覆蓋 /boot/config.txt。
  
  如果出錯，可以不保存退出，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 
```
  你可以使用光標鍵導航到這些條目，然後使用常規的 del 或 backspace 鍵刪除。
  
  例如，如果你的原始文件看起來像這樣：
```
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. 按照上述步驟保存此文件並退出 nano
7. 重新啟動樹莓派，然後在樹莓派重新啟動後重新連接 VS Code。
從終端，在 pi 用戶的主目錄中創建一個名為 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 模塊通過串行端口發送 UART 數據。安裝 pyserial Pip 包以從 Python 代碼與串行端口通信：
```
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 串行端口 - 這是 Grove Pi Base Hat 用於其 UART 端口的串行端口地址。然後它清除此串行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，該函數將傳遞給它的行打印到控制台。

接下來，代碼無限循環，每次循環從串行端口讀取盡可能多的行文本。它為每行調用 print_gps_data 函數。

在讀取所有數據後，循環休眠 1 秒鐘，然後再次嘗試。

運行此代碼。你將看到來自 GPS 傳感器的原始輸出，如下所示：

$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

如果在停止和重新啟動代碼時遇到以下錯誤之一，請將 try - except 塊添加到你的 while 循環中。

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。

😀 你的 GPS 傳感器程序成功了！

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