初学者
10 分钟

使用SAM-M10Q和STM32F410RB确保可靠定位,实现精确位置感知

用于资产追踪、导航系统和基于位置的服务的高精度GNSS解决方案

GNSS 18 Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

GNSS 18 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

准确定位并实时监控设备、车辆或人员的移动,以实现精确的定位感知

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

GNSS 18 Click基于u-blox的高精度GNSS天线模块SAM-M10Q。该模块使用u-blox M10标准精度GNSS平台,以其出色的灵敏度和快速获取时间闻名,支持所有L1 GNSS信号。M10平台支持同时接收四个GNSS系统的信号。默认情况下,SAM-M10Q-00B配置为同时接收GPS、Galileo、GLONASS和BeiDou B1C的信号,并额外支持QZSS和SBAS。其单RF前端架构使其能够同时捕捉多个GNSS星座,提供灵活性以配置GNSS星座子集以优化功耗。访问许多可见卫星确保接收器可以选择最强信号,即使在深城市峡谷等挑战性环境中也能最大化位置可用性。u-blox的Super-S(超级信号)技术增强了SAM-M10Q模块的RF灵敏度,大大提高了非视距场景中的动态位置精度。假设Airborne 4g平台,该模块的操作限制包括高达80,000米的高度和每秒500米的速度。在同时跟踪

四个GNSS的情况下,持续跟踪模式下功耗仅为37mW,该模块确保了卓越的能效,非常适合电池供电的设备如资产追踪器,同时不牺牲GNSS性能。SAM-M10Q模块集成了GNSS贴片天线,确保最佳信号接收。内部SAW滤波器和低噪声放大器(LNA)进一步增强了RF信号,提供了卓越的带外干扰免疫能力,即使在蜂窝调制解调器附近也能高效运行。SAM-M10Q配备了检测干扰和欺骗尝试的功能,迅速将这些事件报告给主机系统以启用适当的响应。SAM-M10Q和主机MCU之间的通信通过UART接口进行,使用标准UART RX和TX引脚。模块默认以115200bps通信,允许高效的数据交换。此外,对于希望从头构建其软件的开发人员,该模块还包括I2C通信功能,仅在从模式下运行,时钟频率高达400kHz。除了接口引脚外,此Click board™还包括一个复位引

脚(RST)和复位按钮用于直接模块复位,以及一个可编程用于各种功能的外部中断信号(INT),如唤醒模块。它还具有一个橙色的PPS LED指示灯,信号每秒脉冲,且可调节到不同条件。SAM-M10Q还具有从连接到VEXT引脚的外部源提供备用3V电源的可能性。可以通过备份电压开关选择主电源和备份电源,将其放置在所需位置:内部电源选择VCC,外部电源选择VEXT。此Click board™可以选择通过VCC SEL跳线使用3.3V或5V逻辑电压水平。由于SAM-M10Q模块在3.3V下工作,使用逻辑电平转换器PCA9306和几个SN74LVC1T45以实现正确操作和精确的信号电平转换。因此,3.3V和5V兼容的MCU都可以正确使用通信线路。此外,这款Click board™配备了包含易用功能的库和示例代码,可作为进一步开发的参考。

GNSS 18 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
Module Reset
PC12
RST
ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
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 18 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
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

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 18 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • gnss18_generic_read - 此函数从模块中读取所需数量的数据字节。

  • gnss18_reset_device - 此函数通过切换RST引脚来重置设备。

  • gnss18_parse_gpgga - 此函数从读取响应缓冲区解析GPGGA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 18 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of GNSS 18 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 GPGGA info from it, and once it receives the position fix
 * it will start displaying the coordinates on the USB UART.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void gnss18_clear_app_buf ( void )
 * - static err_t gnss18_process ( gnss18_t *ctx )
 * - static void gnss18_parser_application ( uint8_t *rsp )
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "gnss18.h"

#define PROCESS_BUFFER_SIZE 300

static gnss18_t gnss18;
static log_t logger;

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

/**
 * @brief GNSS 18 clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length and counter.
 * @return None.
 * @note None.
 */
static void gnss18_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief GNSS 18 data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer.
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #gnss18_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 gnss18_process ( gnss18_t *ctx );

/**
 * @brief GNSS 18 parser application.
 * @param[in] rsp Response buffer.
 * @details This function logs GNSS data on the USB UART.
 * @return None.
 * @note None.
 */
static void gnss18_parser_application ( uint8_t *rsp );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    gnss18_cfg_t gnss18_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.
    gnss18_cfg_setup( &gnss18_cfg );
    GNSS18_MAP_MIKROBUS( gnss18_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = gnss18_init( &gnss18, &gnss18_cfg );
    if ( ( UART_ERROR == init_flag ) || ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    if ( GNSS18_OK == gnss18_process( &gnss18 ) )
    {
        if ( PROCESS_BUFFER_SIZE == app_buf_len )
        {
            gnss18_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 gnss18_clear_app_buf ( void ) 
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
}

static err_t gnss18_process ( gnss18_t *ctx ) 
{
    int32_t rx_size = 0;
    uint8_t rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    if ( GNSS18_DRV_SEL_UART == ctx->drv_sel )
    {
        rx_size = gnss18_generic_read( ctx, rx_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    }
    else
    {
        if ( GNSS18_OK == gnss18_generic_read( ctx, rx_buf, 1 ) )
        {
            if ( GNSS18_DUMMY != rx_buf[ 0 ] )
            {
                rx_size = 1;
            }
        }
    }
    if ( rx_size > 0 ) 
    {
        int32_t buf_cnt = app_buf_len;
        if ( ( ( app_buf_len + rx_size ) > PROCESS_BUFFER_SIZE ) && ( app_buf_len > 0 ) ) 
        {
            buf_cnt = PROCESS_BUFFER_SIZE - ( ( app_buf_len + rx_size ) - PROCESS_BUFFER_SIZE );
            memmove ( app_buf, &app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE - buf_cnt ], buf_cnt );
        }
        for ( int32_t rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ ) 
        {
            if ( rx_buf[ rx_cnt ] ) 
            {
                app_buf[ buf_cnt++ ] = rx_buf[ rx_cnt ];
                if ( app_buf_len < PROCESS_BUFFER_SIZE )
                {
                    app_buf_len++;
                }
            }
        }
        return GNSS18_OK;
    }
    return GNSS18_ERROR;
}

static void gnss18_parser_application ( uint8_t *rsp )
{
    uint8_t element_buf[ 100 ] = { 0 };
    if ( GNSS18_OK == gnss18_parse_gpgga( rsp, GNSS18_GPGGA_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 ] );
            gnss18_parse_gpgga( rsp, GNSS18_GPGGA_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 ) );
            gnss18_parse_gpgga( rsp, GNSS18_GPGGA_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++;
        }
        gnss18_clear_app_buf(  );
    }
}

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

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