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30 分钟

使用MAX-M10S和STM32G431RB构建一个快速资产追踪平台

始终在正确的轨道上

GNSS MAX Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

GNSS MAX Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

能够同时跟踪四个GNSS星座,提供高度可靠的位置信息。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

GNSS MAX Click基于u-blox的高性能GNSS模块MAX-M10S (MAX-M10S-00B-01)。MAX-M10S采用u-blox M10标准精度GNSS平台,为所有L1 GNSS信号提供出色的灵敏度和获取时间。它还支持同时接收多达四个GNSS(GPS、GLONASS、Galileo和BeiDou),最大化位置可用性,特别是在深城市峡谷等挑战性条件下。MAX-M10S在保持低系统功耗的同时提供高灵敏度和最小获取时间。该模块在RF路径中集成了LNA和SAW滤波器,以实现最大灵敏度。它还可以检测干扰和欺骗尝试,并向主机报告,以便系统对这些事件做出反应。先进的滤波算法减轻了RF干扰和干扰的影响,从

而使产品能够按预期运行。u-blox Super-S技术提供了出色的RF灵敏度,通过使用小天线或在非视距场景中提高动态位置精度高达25%。此Click板™具有可配置的主机接口,允许使用选定接口与MCU通信。MAX-M10S可以通过默认通信协议以9600bps的速度与主机MCU传输和交换数据,使用常用的UART RX和TX引脚进行通信,也可以使用I2C接口。I2C接口兼容快速模式,允许最大比特率为400kbit/s。除了这些功能外,它还使用了几个mikroBUS™引脚。连接到mikroBUS™插槽RST引脚的低电平有效复位信号激活系统的硬件复位,而连接到mikroBUS™插槽PWM引脚的EXT引脚表示

用于模块唤醒功能的外部中断。它还使用连接到mikroBUS™插槽INT引脚的PPS信号以及标记为STATUS的蓝色LED指示灯,用于时间脉冲信号信息和指示。GNSS MAX Click拥有一个SMA天线连接器,可以连接Mikroe提供的适当天线,以改善范围和接收信号强度。此外,在主电源故障的情况下,该模块可以使用连接电池的备用电源电压,如果需要Click板™作为独立设备。此Click板™只能在3.3V逻辑电压水平下运行。因此,在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板子必须进行适当的逻辑电压转换。此外,此Click板™配备了包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

GNSS MAX Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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

GNSS Active External Antenna是一款来自u-blox的独特多频段天线,非常适合需要高精度定位能力的高精度GNSS应用,如RTK。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,包含高性能多频段RHCP双馈片状天线元件、内置高增益LNA和SAW预滤波器,以及防水的5米天线电缆和SMA连接器。

GNSS MAX Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Wake-Up Interrupt
PC8
PWM
Time Pulse Signal
PC14
INT
UART TX
PA3
TX
UART RX
PA2
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

GNSS MAX 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 STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro B Conn - 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 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 MAX Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • gnssmax_generic_read - GNSS MAX数据读取功能。

  • gnssmax_reset - GNSS MAX重置功能。

  • gnssmax_get_pps - GNSS MAX读取时间戳引脚状态功能。

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 GNSSMAX Click Example.
 *
 * # Description
 * This example showcases device abillity to read data outputed
 * from device and show it's coordinates and altitude when connected.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes host communication modules, additioaln GPIO's used
 * for control of device and resets device.
 *
 * ## Application Task
 * Reads data from device and wait's untill device is connected.
 * While not connected it will log '.'. When conneceted and received
 * data for latitude, longitude, and altitude it will log that data
 * parsed from "GNGGA" command.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void gnssmax_clear_app_buf ( void )
 * - static err_t gnssmax_process ( void )
 * - static err_t gnssmax_cmd_parser ( char *cmd )
 * - static err_t gnssmax_element_parser ( char *cmd, uint8_t element, char *element_data )
 *
 * @note
 * For the device to connect it can take it from 1 to 10 minutes.
 * Time to connect is depending on weather.
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "gnssmax.h"

#define PROCESS_BUFFER_SIZE                     700
#define DATA_BUFFER_SIZE                        30

#define RSP_GNGGA                               "GNGGA"
#define RSP_START                               '$'
#define RSP_SEPARATOR                           ','

#define RSP_GNGGA_LATITUDE_ELEMENT              2
#define RSP_GNGGA_LONGITUDE_ELEMENT             4
#define RSP_GNGGA_ALTITUDE_ELEMENT              9

static gnssmax_t gnssmax;
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;

static char latitude_data[ DATA_BUFFER_SIZE ]   = { 0 };
static char longitude_data[ DATA_BUFFER_SIZE ]  = { 0 };
static char altitude_data[ DATA_BUFFER_SIZE ]   = { 0 };

err_t last_error_flag;

/**
 * @brief GNSSMAX clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset it's length and counter.
 */
static void gnssmax_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief GNSSMAX data reading function.
 * @details This function reads data from device and concats data to application buffer.
 *
 * @return @li @c GNSSMAX_OK - Read some data.
 *         @li @c GNSSMAX_ERROR - Nothing is read.
 *         @li @c GNSSMAX_ERROR_NO_DATA - Application buffer overflow.
 *
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 */
static err_t gnssmax_process ( void );

/**
 * @brief GNSSMAX command data parser.
 * @details This function searches @b app_buf for @b cmd and logs data of that command.
 *
 * @param[in] cmd : Command to parese.
 *
 * @return @li @c GNSSMAX_OK - Parsed data succes.
 *         @li @c GNSSMAX_ERROR - No @b cmd in application buffer.
 *
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 */
static err_t gnssmax_cmd_parser ( char *cmd );

/**
 * @brief GNSSMAX element of command data parser.
 * @details This function searches @b app_buf for @b cmd and it's
 *          @b element and copies data to @b element_data buffer.
 *
 * @return @li @c GNSSMAX_OK - Read some data.
 *         @li @c GNSSMAX_ERROR - No @b cmd in application buffer.
 *         @li @c GNSSMAX_ERROR_NO_DATA - No data for @b element in @b cmd.
 *         @li @c GNSSMAX_ERROR_OVERFLOW - Data buffer overflow.
 *
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 */
static err_t gnssmax_element_parser ( char *cmd, uint8_t element, char *element_data );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    gnssmax_cfg_t gnssmax_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 " );
    Delay_ms( 500 );

    // Click initialization.
    gnssmax_cfg_setup( &gnssmax_cfg );
    GNSSMAX_MAP_MIKROBUS( gnssmax_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = gnssmax_init( &gnssmax, &gnssmax_cfg );
    if ( init_flag == UART_ERROR )
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    gnssmax_default_cfg( &gnssmax );

    last_error_flag = GNSSMAX_OK;
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms( 500 );
}

void application_task ( void )
{
    gnssmax_process();

    err_t error_flag = gnssmax_element_parser( RSP_GNGGA, RSP_GNGGA_LATITUDE_ELEMENT,
                                             latitude_data );

    error_flag |= gnssmax_element_parser(  RSP_GNGGA, RSP_GNGGA_LONGITUDE_ELEMENT,
                                         longitude_data );

    error_flag |= gnssmax_element_parser(  RSP_GNGGA, RSP_GNGGA_ALTITUDE_ELEMENT,
                                         altitude_data );


    if ( error_flag == GNSSMAX_OK )
    {
        if ( last_error_flag != GNSSMAX_OK )
        {
            log_printf( &logger, "\r\n" );
        }
        log_printf( &logger, ">Latitude:\r\n - deg: %.2s \r\n - min: %s\r\n",
                    latitude_data, &latitude_data[ 2 ] );

        log_printf( &logger, ">Longitude:\r\n - deg: %.3s \r\n - min: %s\r\n",
                    longitude_data, &longitude_data[ 3 ] );

        log_printf( &logger, ">Altitude:\r\n - %sm\r\n",
                    altitude_data );

        log_printf( &logger, "----------------------------------------\r\n" );
    }
    else if ( error_flag < GNSSMAX_ERROR )
    {
        if ( last_error_flag == GNSSMAX_OK )
        {
            log_printf( &logger, "Waiting for data " );
        }
        log_printf( &logger, "." );
    }

    if ( error_flag != GNSSMAX_ERROR )
    {
        last_error_flag = error_flag;
        gnssmax_clear_app_buf(  );
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

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

static err_t gnssmax_process ( void )
{
    int32_t rx_size;
    char rx_buff[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };

    rx_size = gnssmax_generic_read( &gnssmax, rx_buff, PROCESS_BUFFER_SIZE );

    if ( rx_size > 0 )
    {
        int32_t buf_cnt = 0;

        if ( ( app_buf_len + rx_size ) > PROCESS_BUFFER_SIZE )
        {
            gnssmax_clear_app_buf(  );
            return GNSSMAX_ERROR_NO_DATA;
        }
        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_buff[ rx_cnt ] != 0 )
            {
                app_buf[ ( buf_cnt + rx_cnt ) ] = rx_buff[ rx_cnt ];
            }
            else
            {
                app_buf_len--;
                buf_cnt--;
            }
        }
        return GNSSMAX_OK;
    }
    return GNSSMAX_ERROR;
}

static err_t gnssmax_cmd_parser ( char *cmd )
{
    err_t ret_flag = GNSSMAX_OK;

    if ( strstr( app_buf, cmd ) != GNSSMAX_OK )
    {
        char * __generic_ptr gngga_ptr;

        gngga_ptr = strstr( app_buf, cmd );

        while ( strchr( gngga_ptr, RSP_START ) == GNSSMAX_OK )
        {
            gnssmax_process();
        }

        for ( ; ; )
        {
            log_printf( &logger, "%c", *gngga_ptr );
            gngga_ptr++;

            if ( ( *gngga_ptr == RSP_START ) )
            {
                break;
            }
        }
    }
    else
    {
        ret_flag = GNSSMAX_ERROR;
    }

    return ret_flag;
}

static err_t gnssmax_element_parser ( char *cmd, uint8_t element, char *element_data )
{
    err_t ret_flag = 0;


    if ( strstr( app_buf, cmd ) != 0 )
    {
        uint8_t element_cnt = 0;
        char data_buf[ DATA_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
        uint8_t data_cnt = 0;
        char * __generic_ptr gngga_ptr;

        gngga_ptr = strstr( app_buf, cmd );

        while ( strchr( gngga_ptr, RSP_START ) == GNSSMAX_OK )
        {
            gnssmax_process();
        }

        for ( ; ; )
        {
            if ( ( *gngga_ptr == RSP_START ) )
            {
                ret_flag = GNSSMAX_ERROR_NO_DATA;
                break;
            }

            if ( *gngga_ptr == RSP_SEPARATOR )
            {
                if (element_cnt == element)
                {
                    if ( data_cnt == 0 )
                    {
                        ret_flag = GNSSMAX_ERROR_NO_DATA;
                    }
                    strcpy( element_data, data_buf );
                    break;
                }

                element_cnt++;
            }

            if ( ( element == element_cnt ) && ( *gngga_ptr != RSP_SEPARATOR ) )
            {
                data_buf[ data_cnt ] = *gngga_ptr;
                data_cnt++;

                if ( data_cnt >= DATA_BUFFER_SIZE )
                {
                    ret_flag = GNSSMAX_ERROR_OVERFLOW;
                    break;
                }
            }

            gngga_ptr++;
        }
    }
    else
    {
        ret_flag = GNSSMAX_ERROR;
    }

    return ret_flag;
}

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

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