大佬自制GNSS定位器 授時(shí)器 基于合宙Air530Z+STM32

不少新朋友來(lái)問(wèn)，有沒(méi)有好玩的GNSS定位應(yīng)用推薦？那么不妨基于小巧易用的合宙Air530Z模組，來(lái)簡(jiǎn)單做一個(gè)業(yè)余無(wú)線電相關(guān)的GNSS小玩具。

今天特別分享@W_Linus大佬的開(kāi)源作品——基于合宙Air530Z的定位器&授時(shí)器。

項(xiàng)目主要準(zhǔn)備工作

基于合宙Air530Z的定位器&授時(shí)器，使用STM32G030F6P6單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及顯示，使用0.96寸ST7735屏幕作為顯示終端，同時(shí)將GNRMC數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到電腦，供上位機(jī)處理，使用按鍵進(jìn)行交互。

- 主要物料 -

01. GNSS模塊：合宙Air530Z

GNSS模塊我選用了合宙的Air530Z，原因是這個(gè)模塊使用較為方便，原生支持有源GPS天線，效果OK。同時(shí)支持北斗三號(hào)、GPS以及格洛納斯系統(tǒng)。

02. 單片機(jī)：STM32G030F6P6

對(duì)我來(lái)說(shuō)方便開(kāi)發(fā)，資源充足是很重要的因素。所以我決定在STM32系列MCU里面進(jìn)行選擇，項(xiàng)目制作前期STM32的價(jià)格一直居高不下，不過(guò)STM32G0系列卻是一股清流。粗略估計(jì)了下所需要的資源后，我最終選擇了STM32G030F6P6。

03. 屏幕：0.96寸 ST7735 LCD

至于信息的顯示，肯定需要使用屏幕。不過(guò)是使用LCD還是OLED屏幕呢？我最終決定使用LCD屏幕。原因也很簡(jiǎn)單：它可以顯示不同的色彩，制作出來(lái)的界面更加漂亮。所以，屏幕最終定型為0.96寸 ST7735 LCD屏幕。

04. 其他元器件：參見(jiàn)文末原工程鏈接BOM表

- 硬件設(shè)計(jì) -

大框架定下來(lái)了，我便著手進(jìn)行PCB的繪制。到目前為止，我已經(jīng)繪制了3個(gè)版本的PCB。每一次迭代的原因幾乎都是發(fā)現(xiàn)了一些之前忽略掉的，而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了能難受半天的小缺陷。不過(guò)，每個(gè)版本都是可以正常使用的。

- 程序開(kāi)發(fā) -

至于程序，得益于之前玩GNSS模塊的成果，沒(méi)有費(fèi)多大功夫就寫(xiě)出了初版基本可用的程序。使用STM32CubeMX工具和MDK工具鏈進(jìn)行開(kāi)發(fā)，是大多數(shù)像我一樣的新手的選擇罷：

一開(kāi)始我想著是準(zhǔn)備上RT-Thread實(shí)時(shí)系統(tǒng)的，后面又想了想感覺(jué)沒(méi)多大必要，于是就采取了裸機(jī)跑程序的方案。事實(shí)證明，沒(méi)有外加存儲(chǔ)器的情況下，屏幕所使用的字庫(kù)非常占用Flash空間。

當(dāng)前版本下采用O1優(yōu)化，程序大小已經(jīng)來(lái)到了驚人的31.54KB，距離塞滿(mǎn)我這顆32KB ROM的MCU只差一步之遙。

MCU開(kāi)了兩個(gè)串口，一個(gè)用于和模塊通信，另一個(gè)與上位機(jī)進(jìn)行通信。與模塊之間的數(shù)據(jù)流是持續(xù)不斷的，所以我在這里使用了DMA來(lái)進(jìn)行串口的數(shù)據(jù)接收以減輕CPU的負(fù)擔(dān)，同時(shí)避免丟失數(shù)據(jù)包。

- 硬件制作 -

既然程序準(zhǔn)備OK了，那么就等待PCB到貨進(jìn)行焊接制作了。全貼片方案果然還是使用加熱臺(tái)來(lái)進(jìn)行焊接最安逸了 ：

焊接完成并且燒錄程序后，我們就得到了這樣的成果：

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主要功能及開(kāi)源交流

合宙Air530Z模塊在使用有源天線以及在存在后備電源供電的情況下時(shí)，熱啟動(dòng)定位非常迅速，幾乎可以說(shuō)是秒定位。不過(guò)當(dāng)模塊內(nèi)存儲(chǔ)的歷書(shū)過(guò)期后，使用冷啟動(dòng)就要稍微慢一些了。

- 主要功能 -

根據(jù)功能內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)和顯示差異，我將程序分為了如下幾個(gè)功能界面：

01.啟動(dòng)界面

上電時(shí)，我們會(huì)看到一個(gè)啟動(dòng)界面（飛機(jī)上未錄制，此處使用之前的圖片素材）。

02.詳細(xì)信息首界面

開(kāi)機(jī)后默認(rèn)會(huì)進(jìn)入詳細(xì)信息界面：系統(tǒng)將會(huì)顯示當(dāng)前時(shí)間、速度、經(jīng)緯度以及梅登海德網(wǎng)格。最上方的狀態(tài)欄則指示了當(dāng)前定位情況、系統(tǒng)溫度（MCU內(nèi)置的溫度傳感器，使用了工廠校準(zhǔn)值）和電池剩余電量指示（電壓估算，沒(méi)有使用庫(kù)侖計(jì)，因此并不精準(zhǔn)，只能作為參考）。

03.日期與時(shí)間專(zhuān)題顯示界面

通過(guò)PCB頂部的右側(cè)按鈕可以進(jìn)行翻頁(yè)，進(jìn)入日期與時(shí)間的專(zhuān)題顯示。此時(shí)還可以通過(guò)頂部的左側(cè)按鈕，切換UTC時(shí)間與CST（即北京時(shí)間）。

04.速度專(zhuān)題顯示界面

接下來(lái)的一頁(yè)是速度的專(zhuān)題顯示，一共三組數(shù)值：分別是km/h、m/s和節(jié)。事實(shí)上顯示的速度換算關(guān)系并不精準(zhǔn)，原因是內(nèi)容刷新時(shí)間并不一致。刷新存在先后關(guān)系，導(dǎo)致并非展示同一時(shí)刻下的數(shù)據(jù)。

05.系統(tǒng)信息顯示界面

再接下來(lái)的一頁(yè)是系統(tǒng)信息的展示，內(nèi)容有當(dāng)前系統(tǒng)溫度（對(duì)，和狀態(tài)欄上那個(gè)是一樣的）、當(dāng)前系統(tǒng)工作電壓（通過(guò)使用ADC對(duì)內(nèi)置的Vrefint通道進(jìn)行采樣，再通過(guò)內(nèi)置的通道校準(zhǔn)值來(lái)計(jì)算實(shí)際的3.3V供電電壓）、當(dāng)前電池電壓以及固件版本。

06.報(bào)文信息顯示界面

最后一頁(yè)是原始的GNSS報(bào)文展示，我這里為了解析方便，設(shè)定了模塊只使用GNRMC報(bào)文。GNRMC已經(jīng)足夠使用，缺點(diǎn)則是沒(méi)有高程信息以及衛(wèi)星數(shù)量的報(bào)告。后面如果有時(shí)間，我再?lài)L試加上其它報(bào)文（如GNGLL、GNGGA等）的解析功能吧。

在屏幕展示這些數(shù)據(jù)的同時(shí)，MCU與上位機(jī)通信的串口也不會(huì)閑著。它會(huì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)模塊發(fā)來(lái)的GNRMC數(shù)據(jù)包，這樣，我們將這個(gè)設(shè)備插上電腦（它自帶了CH340N芯片），便可以同步使用例如BktTimeSync之類(lèi)的軟件，來(lái)利用GNSS系統(tǒng)對(duì)電腦進(jìn)行授時(shí)了。這對(duì)于在野外操作FT8等嚴(yán)格要求時(shí)序的通聯(lián)模式有較大幫助。

現(xiàn)在的固件只包含了以上功能，接下來(lái)我會(huì)嘗試?yán)^續(xù)完善這個(gè)小玩具。比如增加更多報(bào)文的解析、自定義啟動(dòng)屏幕的呼號(hào)顯示等功能，再將現(xiàn)在的GUI美化一下。希望剩余的ROM還能支持我這么干~

- 開(kāi)源交流 -

同時(shí)我也正在學(xué)習(xí)SolidWorks軟件的使用，想給這個(gè)小玩具做一個(gè)3D打印的外殼。目前本項(xiàng)目已開(kāi)源，歡迎感興趣的朋友一起來(lái)交流。

特別感謝@W_Linus大佬
期待更多精彩作品