摘要：基于Arduino开源软硬件环境，建立了GPS+北斗卫星定位功能模块。 本文简要介绍了硬件模块、系统搭建、软件编程和测试结果，并编写了Python程序对定位数据进行分析。
1.Arduino开源硬件平台简介
Arduino是一个源自日本的开源硬件项目平台gps定位网站源码，基于该平台可以开发多种交互式应用设备。 它是技术学习、产品原型制作和创客常用的通用平台之一。 最好的平台之一。 Arduino的出现大大提高了交互设计的门槛。 业余爱好者可以使用Arduino制作各种创意作品，例如机器人、移动可穿戴设备、智能家居、玩具等。
Arduino平台是一个包含USB接口和简单I/O接口板的微控制器（单片机，MCS），并提供类似C语言的集成开发平台。 Arduino的核心是基于AVR指令集的单片机，但它简化了单片机的工作流程，对AVR库进行了二次编译和封装，封装了复杂的底层代码将单片机融入简单实用的功能，使用户无需关心单片机冗长的编程细节（如寄存器、地址指针等），这大大增加了单片机的开发难度。芯片微机系统，特别适合教师、学生和商业爱好者，也可以作为创客的工作平台。
详情请参见2018年《地球科学新视野》公众号文章。
2、硬件模块介绍
本实验内容是基于Arduino开源软硬件环境建立GPS+北斗卫星定位功能。 主要涉及两个硬件模块，一是单片机开发板，二是卫星定位模块。 相关模块可在天猫购买。
笔者使用的MCU开发板是DFRobot BL UNO开发板。 为了方便连接各种传感器或控制模块，还可以添加I/O扩展板。 有数字插座和模拟插座用于连接各种传感或控制模块。 这里不再详细描述，请参考相关资料。
使用的卫星定位模块是中科微电子的ATGM332D-5N，支持GPS和北斗（BDS）卫星双卡定位授时功能。 卫星定位模块支持通过USB-TTL模块通过USB口直接连接PC。 此时可以通过相应的并口读取模块发送的信息。 该模块还可以通过UART输出通道连接到开发板。
BLUNO开发板和ATGM332D-5N卫星定位模块在天猫售价分别为145元和66元（还有更实惠的产品）。
BLUNO 微控制器开发板
I/O扩展板
卫星定位模块（带天线）
系统实际连接效果如右图所示。 卫星定位模块与开发板连接，开发板通过MicroUSB与PC连接。 连接形式如下：卫星定位模块的GND（地）和VCC（电源）端子分别连接到开发板的GND和VCC，卫星定位模块的TXD（发射）端子连接接到开发板的RXD（接收）端，也就是数字口D0，卫星定位模块的RXD和PPS（脉冲输出）口可以不接。 此时PC上会出现一个并口设备。 如果卫星定位模块通过USB-TTL模块直接通过USB口与PC连接，也会出现并口设备。
系统连接实际效果
端口连接形式
串口设备显示（开发板通过MicroUSB与PC连接）
串口设备显示（定位模块通过USB-TTL模块通过USB口直接连接PC）
3. NMEA-0183合约简介
当卫星定位模块通过USB口通过USB-TTL模块直接与PC机连接时，我们可以使用GNSS Viewer软件或SSCOM串口通讯软件来接收数据并显示信息。
GNSS Viewer软件显示界面
SSCOM软件串口通信接收数据
从里面的软件显示我们可以看到，卫星定位模块不断地以文本格式发送相关信息。 下图包含了几种类型的数据格式（GPTXT、GPGSV、BDGSV、GNZDA、GNGLL、GNVTG、GNRMC、GNGGA）。 这实际上是NMEA-0183合同规定的数据格式标准。
GPS数据格式示例
NMEA-0183是美国国家海洋电子协会（National Marine Electronics Association）针对船用电子设备制定的标准格式，现已成为GPS导航设备统一的RTCM（Radio Technical Commission for Maritime services）标准合同。 NMEA-0183规定了以下命令信息内容：
NMEA-0183合约主要数据类型
将上表中的标准内容与我们得到的数据示例进行比较，可以发现存在细微的差别。 标准中命令的前两个字母是GP，在日本代表GPS，而实际数据中的BD代表北斗，GN代表多种导航定位系统集成的数据。 命令的最后三个字母代表命令的类型名称，命令前用冒号分隔一系列数据内容。 我们这里主要使用GGA和ZDA命令，GGA用于获取定位信息，ZDA用于获取授时信息。 下面给出几种常用命令的数据格式。
几种常见的命令数据格式
4. 编程和源代码
如果将卫星定位模块连接到MCU开发板，我们就可以从模块接收卫星定位和授时数据，并根据需要处理和应用数据，并通过并口将信息发送到PC。
基于Arduino单片机实现GPS+北斗定位功能，软件开发的主要任务是获取GPS定位授时信息，对获取的数据进行分析处理，然后以需要的格式显示出来。
这里不再赘述gps定位网站源码，直接给出程序的源码，读者可以自行阅读理解。 软件开发基于Arduino开发环境，采用类C语言编程。
程序源代码
程序编译并写入单片机开发板。 软件运行后，将定位信息发送到PC机的并行口，PC机获取相应的数据。 每行都是一个定位记录，包括日期、时间、纬度、经度和海拔信息。
程序输出数据
5 测试结果及分析
作者还编写了一个Python数据分析程序，对获得的卫星定位数据进行展示和简单分析。 此处省略分析程序及说明。
下面给出了长期定位记录结果的分析。 本次观测记录了2273条定位记录，持续时间近63000秒（约17.5小时）。 分析表明，定位精度的标准偏差（均方根误差）约为2.5米，最大偏差约为4-5米。 从图中可以看出，定位误差并不是完全随机的，而是含有低频成分，应该与卫星位置的变化有关。
位置数据解析器输出
卫星定位精度分析（两种显示方式）
卫星定位纬度、经度和高度随时间的变化
于宁，2020年2月29日
