高级
30 分钟

使用 LC76G (AB) 和 STM32F410RB,实现基于卫星的定位与导航

面向电池供电应用的低功耗 GNSS 跟踪解决方案

GNSS 20 Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 9月 17, 2025

点击板

GNSS 20 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

实现快速且精确的定位,凭借多星座 GNSS 支持,确保可靠的导航

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

GNSS 20 Click 基于 Quectel 的 LC76G (AB) GNSS 模块,是一款为精确和可靠定位而设计的紧凑型扩展板。该模块支持同时接收 GPS、GLONASS、Galileo、BDS 和 QZSS 星座信号,相较于单星座接收器,它能提供更多可见卫星并显著提升定位精度。这一特性有效缩短首次定位时间 (TTFF),并在密集城市峡谷等复杂环境中保持高性能。模块集成低噪声放大器 (LNA),灵敏度在跟踪时可达 -166dBm,在捕获时为 -147dBm,从而实现快速信号捕获、优秀的跟踪能力与稳定的定位表现。同时,该模块还内置了先进技术,如 EASY(嵌入式辅助系统)和 ALP\*(低功耗 GNSS 模式),以降低功耗并提升效率。EASY 可利用存储的星历数据预测未来三天的轨道,从而在弱信号环境下也能快速定位;而 ALP\* 则会根据运动状态和环境条件自适应地调整开关机时间,在准确性与能效之间取得平衡。这些特性使 GNSS 20 Click 适用

于消费级和工业应用,尤其适合能源敏感型场景,如收费标签、紧急信标、以及用于集装箱、托盘或动物监测的电池供电型追踪器。该板支持与主机 MCU 通过 UART、SPI 或 I2C 接口通信。UART 与 SPI 不仅可用于标准通信,还可在模块处于下载模式时执行固件升级,从而提升灵活性和维护便利性;I2C 接口则专用于数据通信,简化了与 MCU 的数据交换。通过板载的 D\_SEL 跳线,用户可以自由切换 UART 与 SPI 模式。除了通信与控制引脚,该 Click 板还提供复位引脚 (RST),便于快速重置模块,并配备一个橙色 PPS LED 指示灯,与 PPS 引脚配合使用,每秒输出一次同步脉冲信号以指示定位状态。板上还包含三个专用测试点,提供对模块状态信号的直接访问,用于增强监控与诊断能力。其中 GFENCE 信号用于地理围栏状态检测,帮助系统识别目标是否进入或离开预设区域;JAM 信号用于干扰检测,提高在可能存在 

GNSS 干扰的环境中的可靠性;3D FIX 信号则表示三维定位成功,确认已获得经纬度和高度的完整坐标解算。GNSS 20 Click 配备一个 SMA 天线接口,适配 MIKROE 提供的 GNSS 天线(如有源 GPS 天线),便于灵活连接。其电源系统还支持备用电源方案,背面装配的纽扣电池可在主电源断开时保持关键的时钟与星历数据,缩短再次启动后的定位时间。背面还设计有两条低功耗 (LP) 可切断线迹,若用户需要进一步降低能耗,可以通过切断这些线迹来优化功耗表现,非常适合电池供电或能效至关重要的应用。此 Click 板支持 3.3V 和 5V 逻辑电压,通过 VCC SEL 跳线选择。由于 LC76G (AB) 模块本身工作在 3.3V,板上还集成了 TXS0108E 电平转换器,以确保与 5V MCU 的兼容性。最后,它还附带函数库与示例代码,为用户的二次开发与应用提供了便捷参考。

GNSS 20 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset / ID SEL
PC12
RST
SPI Select / ID COMM
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Timepulse Signal
PC14
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

GNSS 20 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F410RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

软件支持

库描述

GNSS 20 Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
本示例演示了 GNSS 20 Click 的使用方法,通过读取并显示 GNSS 坐标来展示其功能。

关键功能:

  • gnss20_cfg_setup - 此函数将 Click 配置结构初始化为初始值。

  • gnss20_init - 此函数初始化该 Click 板所需的所有引脚和外设。

  • gnss20_generic_read - 此函数通过所选串行接口读取所需数量的数据字节。

  • gnss20_parse_gga - 此函数从读取的响应缓冲区中解析 GGA 数据。

  • gnss20_get_pps_pin - 此函数返回每秒脉冲 (PPS) 引脚的逻辑状态。

应用初始化
初始化驱动程序和日志模块。

应用任务
读取接收的数据,从中解析 NMEA GGA 信息,一旦获得定位修正,将开始在 USB UART 上显示坐标。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief GNSS 20 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of GNSS 20 Click by reading and displaying
 * the GNSS coordinates.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and logger.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the received data, parses the NMEA GGA info from it, and once it receives 
 * the position fix it will start displaying the coordinates on the USB UART.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void gnss20_clear_app_buf ( void )
 * - static void gnss20_log_app_buf ( void )
 * - static err_t gnss20_process ( gnss20_t *ctx )
 * - static void gnss20_parser_application ( uint8_t *rsp )
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "gnss20.h"

// Application buffer size
#define APP_BUFFER_SIZE             800
#define PROCESS_BUFFER_SIZE         400

static gnss20_t gnss20;
static log_t logger;

static uint8_t app_buf[ APP_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;
static uint8_t data_ready = 0;

/**
 * @brief GNSS 20 clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length.
 * @note None.
 */
static void gnss20_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief GNSS 20 log application buffer.
 * @details This function logs data from application buffer to USB UART.
 * @note None.
 */
static void gnss20_log_app_buf ( void );

/**
 * @brief GNSS 20 data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer. 
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #gnss20_t object definition for detailed explanation.
 * @return @li @c  0 - Read some data.
 *         @li @c -1 - Nothing is read.
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t gnss20_process ( gnss20_t *ctx );

/**
 * @brief GNSS 20 parser application.
 * @details This function logs GNSS data on the USB UART.
 * @param[in] rsp Response buffer.
 * @return None.
 * @note None.
 */
static void gnss20_parser_application ( uint8_t *rsp );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    gnss20_cfg_t gnss20_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    gnss20_cfg_setup( &gnss20_cfg );
    GNSS20_MAP_MIKROBUS( gnss20_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == gnss20_init( &gnss20, &gnss20_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    if ( GNSS20_OK == gnss20_process( &gnss20 ) ) 
    {
        gnss20_parser_application( app_buf );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

static void gnss20_clear_app_buf ( void ) 
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
}

static void gnss20_log_app_buf ( void )
{
    for ( int32_t buf_cnt = 0; buf_cnt < app_buf_len; buf_cnt++ )
    {
        log_printf( &logger, "%c", app_buf[ buf_cnt ] );
    }
}

static err_t gnss20_process ( gnss20_t *ctx ) 
{
    uint8_t rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    int32_t overflow_bytes = 0;
    int32_t rx_cnt = 0;
    int32_t rx_size = 0;
    
    if ( ( ( GNSS20_DRV_SEL_SPI == ctx->drv_sel ) || ( GNSS20_DRV_SEL_I2C == ctx->drv_sel ) ) && ( !data_ready ) )
    {
        uint16_t pps_wait_log_cnt = 0;
        while ( !gnss20_get_pps_pin ( ctx ) )
        {
            if ( ++pps_wait_log_cnt > 5000 )
            {
                log_printf( &logger, " Waiting for the position fix (PPS signal)...\r\n\n" );
                pps_wait_log_cnt = 0;
            }
            Delay_ms ( 1 );
        }
        data_ready = 1;
        Delay_ms ( 500 );
    }
    rx_size = gnss20_generic_read( ctx, rx_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    if ( ( rx_size > 0 ) && ( rx_size <= APP_BUFFER_SIZE ) ) 
    {
        if ( ( app_buf_len + rx_size ) > APP_BUFFER_SIZE ) 
        {
            overflow_bytes = ( app_buf_len + rx_size ) - APP_BUFFER_SIZE;
            app_buf_len = APP_BUFFER_SIZE - rx_size;
            memmove ( app_buf, &app_buf[ overflow_bytes ], app_buf_len );
            memset ( &app_buf[ app_buf_len ], 0, overflow_bytes );
        }
        for ( rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ ) 
        {
            if ( rx_buf[ rx_cnt ] && ( GNSS20_DUMMY != rx_buf[ rx_cnt ] ) ) 
            {
                app_buf[ app_buf_len++ ] = rx_buf[ rx_cnt ];
            }
        }
        return GNSS20_OK;
    }
    return GNSS20_ERROR;
}

static void gnss20_parser_application ( uint8_t *rsp )
{
    uint8_t element_buf[ 200 ] = { 0 };
    if ( GNSS20_OK == gnss20_parse_gga( rsp, GNSS20_GGA_LATITUDE, element_buf ) )
    {
        static uint8_t wait_for_fix_cnt = 0;
        if ( strlen( element_buf ) > 0 )
        {
            log_printf( &logger, "\r\n Latitude: %.2s degrees, %s minutes\r\n", element_buf, &element_buf[ 2 ] );
            memset( element_buf, 0, sizeof( element_buf ) );
            gnss20_parse_gga( rsp, GNSS20_GGA_LONGITUDE, element_buf );
            log_printf( &logger, " Longitude: %.3s degrees, %s minutes\r\n", element_buf, &element_buf[ 3 ] );
            memset( element_buf, 0, sizeof( element_buf ) );
            gnss20_parse_gga( rsp, GNSS20_GGA_ALTITUDE, element_buf );
            log_printf( &logger, " Altitude: %s m\r\n", element_buf );
            wait_for_fix_cnt = 0;
        }
        else
        {
            if ( wait_for_fix_cnt % 5 == 0 )
            {
                log_printf( &logger, " Waiting for the position fix...\r\n\n" );
                wait_for_fix_cnt = 0;
            }
            wait_for_fix_cnt++;
        }
        gnss20_clear_app_buf( );
        data_ready = 0;
    }
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

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