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30 分钟

使用 ZED-F9R-02B 和 TM4C129ENCPDT 的多频段 RTK GNSS 解决方案征服自主性挑战

每个维度的精确定位

GNSS RTK 2 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 24, 2024

点击板

GNSS RTK 2 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C129ENCPDT

我们的多频段 RTK GNSS 解决方案在复杂的多路径环境中是精度的灯塔。它专为在其他方案失败的地方表现出色而设计,是现代自主机器人应用的理想导航伙伴。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

GNSS RTK 2 Click 基于 ZED-F9R,这是一个专业级多频段 GNSS 定位模块,采用 u-blox F9 接收器平台,为工业应用提供可靠的多频段 GNSS 传感器融合解决方案。得益于多频段射频前端架构,所有四大 GNSS 星座(GPS、GLONASS、Galileo 和 BeiDou)加上 SBAS 和 QZSS 卫星可以同时接收。ZED-F9R 高性能传感器融合模块还集成了惯性测量单元 (IMU),实现厘米级精度的 RTK 定位 (RTK 流动站功能)。ZED-F9R 的内置算法融合了 IMU 数据、GNSS 测量、车轮刻度、校正数据和车辆动力学模型,以在仅 GNSS 失效的情况下提供最佳定位精度。该模块在开阔天空、林木繁茂的乡村、苛刻的多路径环境,甚至在如城市等复杂环境中都能正常工作。专为工业应用设计,ZED-F9R 是数据驱动经济中控制和位置可用性至关重要的最终解决方案。该模块代表一个即插即用的独立解决方案,消除了选择和集成 RF 组件及第三方库(如精确定位引擎)的技术风险和努力。它还支持一系列校正服务,RTCM 或 SPARTN 格式的校正,通过板中未连接的 UART 接头使用互联网或卫星数据启用高精度导航。该接口允许每个应用根据应

用的独特需求优化性能。GNSS RTK 2 Click 使用 UART 接口以 115200bps 作为默认通信协议与 MCU 通信。用户可以使用其他接口,如 SPI 和 I2C,来配置模块并自行编写库。接口选择可以通过将标记为 COMM SEL 的 SMD 跳线定位在适当位置来完成。当选择 SPI 通信时,除了正确选择 COMM SEL 跳线外,还需要填充 DSEL 跳线以将接口引脚配置为 SPI。在默认状态下,标记为 DSEL 的跳线未连接。接收器还可以进入安全启动模式。当标记为 SFBT 的跳线连接时,接收器以安全启动模式启动,GNSS 操作被禁用。USB 接口兼容 USB 2.0 版本(全速,12 Mbit/s),可以作为 UART 的替代通信方式使用。如果 Click board™ 需要作为独立设备,USB 端口可以用作额外的电源。在市电供应故障的情况下,模块可以使用来自连接电池的备用电源电压。备用电压为实时时钟和电池备份 RAM 供电,并将所有相关数据保存在备份 RAM 中,以便以后进行热启动或温启动。除此之外,此板还使用了几个 mikroBUS™ 插座引脚。连接到 mikroBUS™ 插座的 AN 引脚的 RDY 引脚在字节准备传输时用作通信指示器。连接到 mikroBUS™ 插

座的 PWM 引脚的 RST 引脚提供了通用复位功能,而连接到 mikroBUS™ 插座的 INT 引脚的 TMP 引脚及其 LED 指示灯提供每秒一次脉冲,具有可配置的持续时间和频率。连接到 mikroBUS™ 插座的 RST 引脚的 RTK 引脚及标记为 RTK 的 LED 指示灯指示 RTK 定位状态。当 LED 闪烁时,表示收到有效的 RTCM 消息流,但未实现 RTK 固定模式。当 LED 常亮时,表示已实现 RTK 模式。它还具有另一个标记为 GDC 的 LED 指示灯,显示当前的地理围栏状态,即接收器是否在任何活动区域内。例如,当达到定义的地理围栏条件时,该功能可以唤醒休眠主机。GNSS RTK 2 Click 具有一个 SMA 天线连接器,用于连接适当的天线,如 Mikroe 提供的 GPS 有源外部天线。此天线是支持 L1 和 L2 频段频率的所有 GSM/GPRS 应用的理想选择。此 Click board™ 只能在 5V 逻辑电压水平下操作。在使用不同逻辑电平的 MCU 之前,板必须执行适当的逻辑电压电平转换。但是,此 Click board™ 配备了一个包含函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

GNSS RTK 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Fusion for TIVA v8 是一款专为快速开发嵌入式应用的需求而特别设计的开发板。它支持广泛的微控制器,如不同的32位ARM® Cortex®-M基础MCUs,来自Texas Instruments,无论它们的引脚数量如何,并且具有一系列独特功能,例如首次通过WiFi网络实现的嵌入式调试器/程序员。开发板布局合理,设计周到,使得最终用户可以在一个地方找到所有必要的元素,如开关、按钮、指示灯、连接器等。得益于创新的制造技术,Fusion for TIVA v8 提供了流畅而沉浸式的工作体验,允许在任何情况下、任何地方、任何

时候都能访问。Fusion for TIVA v8开发板的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。一个先进的集成CODEGRIP程序/调试模块提供许多有价值的编程/调试选项,包括对JTAG、SWD和SWO Trace(单线输出)的支持,并与Mikroe软件环境无缝集成。此外,它还包括一个干净且调节过的开发板电源供应模块。它可以使用广泛的外部电源,包括电池、外部12V电源供应和通过USB Type-C(USB-C)连接器的电源。通信选项如USB-UART、USB HOST/DEVICE、CAN(如果MCU卡支持的话)和以

太网也包括在内。此外,它还拥有广受好评的 mikroBUS™标准,为MCU卡提供了标准化插座(SiBRAIN标准),以及两种显示选项,用于TFT板线产品和基于字符的LCD。Fusion for TIVA v8 是Mikroe快速开发生态系统的一个组成部分。它由Mikroe软件工具原生支持,得益于大量不同的Click板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

Fusion for Tiva v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

类型

8th Generation

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

1024

硅供应商

Texas Instruments

引脚数

128

RAM (字节)

262144

你完善了我!

配件

GNSS Active External Antenna 是来自 u-blox 的独特多频段天线,是高精度 GNSS 应用的完美选择,这些应用需要如 RTK 这样高度精确的位置能力。ANN-MB-00 是一款多频段 (L1, L2/E5b/B2I) 有源 GNSS 天线,配有 5 米电缆和 SMA 连接器。该天线支持 GPS、GLONASS、Galileo 和 BeiDou,包含一个高性能的多频段 RHCP 双馈补片天线元件,内置高增益 LNA 和 SAW 预滤波器,以及一个带有 SMA 连接器的 5 米天线电缆,且具备防水功能。

GNSS RTK 2 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Transmission Ready Indicator
PD0
AN
RTK Positioning Status
PK3
RST
SPI Chip Select
PH0
CS
SPI Clock
PQ0
SCK
SPI Data OUT
PQ3
MISO
SPI Data IN
PQ2
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
Reset
PL4
PWM
Timepulse
PQ4
INT
UART TX
PK1
TX
UART RX
PK0
RX
I2C Clock
PD2
SCL
I2C Data
PD3
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

GNSS RTK 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Fusion for Tiva v8作为您的开发板开始

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
SiBRAIN for PIC32MZ1024EFK144 front image hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
v8 SiBRAIN Access MB 1 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
NECTO Output Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Necto image step 7 hardware assembly
Necto image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Necto PreFlash Image hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 GNSS RTK 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • gnssrtk2_reset_device - 此函数通过切换 RST 引脚来重置设备

  • gnssrtk2_generic_read - 此函数从模块中读取所需数量的数据字节

  • gnssrtk2_parse_gngga - 此函数从读取的响应缓冲区中解析 GNGGA 数据

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 RTK 2 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of GNSS RTK 2 Click by reading and displaying
 * the GNSS coordinates.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and resets the Click board.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the received data, parses the GNGGA info from it, and once it receives the position fix
 * it will start displaying the coordinates on the USB UART.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void gnssrtk2_clear_app_buf ( void )
 * - static err_t gnssrtk2_process ( gnssrtk2_t *ctx )
 * - static void gnssrtk2_parser_application ( char *rsp )
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "gnssrtk2.h"

#define PROCESS_BUFFER_SIZE 300

static gnssrtk2_t gnssrtk2;
static log_t logger;

static char app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;
static int32_t app_buf_cnt = 0;

/**
 * @brief GNSS RTK 2 clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length and counter.
 * @return None.
 * @note None.
 */
static void gnssrtk2_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief GNSS RTK 2 data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer.
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #gnssrtk2_t object definition for detailed explanation.
 * @return @li @c  0 - Read some data.
 *         @li @c -1 - Nothing is read or Application buffer overflow.
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t gnssrtk2_process ( gnssrtk2_t *ctx );

/**
 * @brief GNSS RTK 2 parser application.
 * @param[in] rsp Response buffer.
 * @details This function logs GNSS data on the USB UART.
 * @return None.
 * @note None.
 */
static void gnssrtk2_parser_application ( char *rsp );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    gnssrtk2_cfg_t gnssrtk2_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.
    gnssrtk2_cfg_setup( &gnssrtk2_cfg );
    GNSSRTK2_MAP_MIKROBUS( gnssrtk2_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = gnssrtk2_init( &gnssrtk2, &gnssrtk2_cfg );
    if ( ( UART_ERROR == init_flag ) || ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    gnssrtk2_process( &gnssrtk2 );
    if ( app_buf_len > ( sizeof ( GNSSRTK2_RSP_GNGGA ) + GNSSRTK2_GNGGA_ELEMENT_SIZE ) ) 
    {
        gnssrtk2_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 gnssrtk2_clear_app_buf ( void ) 
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
    app_buf_cnt = 0;
}

static err_t gnssrtk2_process ( gnssrtk2_t *ctx ) 
{
    int32_t rx_size = 0;
    char rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    if ( GNSSRTK2_DRV_SEL_UART == ctx->drv_sel )
    {
        rx_size = gnssrtk2_generic_read( ctx, rx_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    }
    else if ( ( GNSSRTK2_DRV_SEL_I2C == ctx->drv_sel ) || ( GNSSRTK2_DRV_SEL_SPI == ctx->drv_sel ) )
    {
        if ( GNSSRTK2_OK == gnssrtk2_generic_read( ctx, rx_buf, 1 ) )
        {
            if ( GNSSRTK2_DUMMY != rx_buf[ 0 ] )
            {
                rx_size = 1;
            }
        }
    }
    if ( rx_size > 0 ) 
    {
        int32_t buf_cnt = 0;
        if ( ( app_buf_len + rx_size ) > PROCESS_BUFFER_SIZE ) 
        {
            gnssrtk2_clear_app_buf(  );
            return GNSSRTK2_ERROR;
        } 
        else 
        {
            buf_cnt = app_buf_len;
            app_buf_len += rx_size;
        }
        for ( int32_t rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ ) 
        {
            if ( rx_buf[ rx_cnt ] ) 
            {
                app_buf[ ( buf_cnt + rx_cnt ) ] = rx_buf[ rx_cnt ];
            }
            else
            {
                app_buf_len--;
                buf_cnt--;
            }
        }
        return GNSSRTK2_OK;
    }
    return GNSSRTK2_ERROR;
}

static void gnssrtk2_parser_application ( char *rsp )
{
    char element_buf[ 100 ] = { 0 };
    if ( GNSSRTK2_OK == gnssrtk2_parse_gngga( rsp, GNSSRTK2_GNGGA_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 ] );
            gnssrtk2_parse_gngga( rsp, GNSSRTK2_GNGGA_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 ) );
            gnssrtk2_parse_gngga( rsp, GNSSRTK2_GNGGA_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++;
        }
        gnssrtk2_clear_app_buf(  );
    }
}

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

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