ラズパイでGPSモジュール(AE-GYSFDMAXB)を使う方法

目次

• 開発環境
• ラズパイへの接続方法
• コード
  • main関数の解説
• 応用

開発環境

RaspberryPi Zero W
OS : 2021-05-07-raspios-buster-armhf
python 2系(3系に対応しているコードもすぐに載せる予定)

ラズパイへの接続方法

配線

Raspberry PiはUART通信用のピンを備えています
UARTとは、マイコン間で主に使用される通信方式の一つです
AE-GYSFDMAXBはUART通信で情報をやり取りできるので、Raspberry PiとAE-GYSFDMAXBをUART通信できるように接続します

RaspberryPi	GPSモジュール
5V	5V
GND	GND
RxD	TxD
TxD	RxD
なし	1PPS
RxDとTxDはクロスさせて接続することに注意しましょう

シリアルの有効化

sudo raspi-config
からP5 Interfacing Options→P6 Serial

> ls /dev/serial*
/dev/serial0

/dev/serial0があることを確認

コンソールをserial0からtty1へ変更

sudo nano /boot/cmdline.txt
もとの/boot/cmdline.txtから、console=serial0,115200の記述を削除する
変更後はこんな感じ

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait quiet splash plymouth.ignore-serial-consoles

終わったら再起動
sudo reboot

コードの動かし方

$ python2 wpi3_GPS.py
※初めてコードを動かす場合5分程度ラズパイを放置する必要があります
※屋根のない外で動作させる必要があります

コード

wpi3_GPS.py

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import serial
import datetime
import os

ser = serial.Serial(               #みちびき対応ＧＰＳ用の設定
  port = "/dev/ttyS0",           #シリアル通信を用いる
  baudrate = 9600,                 #baudレート
  parity = serial.PARITY_NONE,     #パリティ
  bytesize = serial.EIGHTBITS,     #データのビット数
  stopbits = serial.STOPBITS_ONE,  #ストップビット数
  timeout = None,                  #タイムアウト値
  xonxoff = 0,                     #ソフトウェアフロー制御
  rtscts = 0,                      #RTS/CTSフロー制御
  )

#後で使う変数をあらかじめ宣言
alt_lat_long = '0,0,0'     #GPSから得られる、高度、緯度、経度の情報
num_sat = '0'   #GPSから得られる、衛星の個数の情報

def sixty_to_ten(x):
  ans = float(int(x) + ((x - int(x)))*100/60)
  return ans

if __name__ == "__main__":

  #GGA用のファイル初期化
  f = open('datagga.csv','w')
  f.write('yyyy-mm-dd HH:MM:SS.ffffff ,a number of satellites ,high ,latitude ,longitude \n')  #出力フォーマット
  f.close()

  #GSV用のファイル初期化
  f = open('datagsv.csv','w')
  f.write('No. ,Elevation in degrees ,degrees in true north \n') #仰角と方位角
  f.close()

  now = datetime.datetime.now()
  if os.path.exists("datagga.csv"):
    new_name = "{0}_{1:%Y%m%d-%H%M%S}.{2}".format("datagga",now,"csv")
    os.rename("datagga.csv",new_name)

  #出力フォーマット
  print ("yyyy-mm-dd HH:MM:SS.ffffff ,a number of satellites ,high ,latitude ,longitude")
  print ("No. ,Elevation in degrees ,degrees in true north \n")
  ##############################################################################
  while True:
    gps_data = ser.readline()  #1行ごとに読み込み、処理を繰り返す
    if not gps_data:
      print("no data")
    #GGA GPSセンサの位置情報を知る
    #$GPGGA,UTC時刻,緯度,緯度の南北,経度,経度の東西,位置特定品質,使用衛星数,
    #水平精度低下率,海抜高さ,高さの単位,ジオイド高さ,高さの単位,DGPS,差動基準地点
    if (gps_data.startswith('$GPGGA')): #startswith:1行の先頭文字を検索する
      gpgga = (gps_data.split(",")) #split:1行をカンマで区切って変数にlist型で保存
      #緯度と経度の情報を、listからfloatに直す
      if gpgga[2]:
        lat_60,long_60,altitude = float(gpgga[2]),float(gpgga[4]),float(gpgga[9])
      else:
        lat_60,long_60,altitude = 0,0,0    #緯度の情報が無い
      #緯度と経度を60進法から10進法に変換、東経と北緯で計算
      if gpgga[3] == "W":  lat_60 *= -1
      if gpgga[5] == "S":  long_60 *= -1
      lat_10,long_10 = sixty_to_ten(lat_60/100),sixty_to_ten(long_60/100)
      #csv形式で出力する用のデータを変数にまとめて保存する(なければ０とする)
      alt_lat_long = "%3.2f,%5.6f,%5.6f" % (altitude,lat_10,long_10) if gpgga[9] else "0,0,0" #高度、緯度、経度
      print(alt_lat_long)
###############
    #GSA 特定タイプを見ることでGPSの通信状況を確認する
    #$GPGSA,UTC時刻,特定タイプ,衛星番号,精度低下率(位置、水平、垂直)
    #if (gps_data.startswith('$GPGSA')):  print gps_data, #特定タイプ(2D,3D等)を確認するために表示。3の時が良好。
###############
    #GSV 受信した衛星の位置等の情報を記録する
    #$GPGSV,UTC時刻,総センテンス数,このセンテンスの番号,総衛星数,
    #衛星番号,衛星仰角,衛星方位角,キャリア/ノイズ比,　を繰り返す
    if (gps_data.startswith('$GPGSV')):
      f = open('datagsv.csv','a')
      gpgsv = (gps_data.split(','))
      #衛星の個数を記録し、情報を追加する
      if (gpgsv[2] == '1'):
        num_sat = gpgsv[3]
        f.write(gpgsv[1] + gpgsv[3] + '\n')
      #それぞれの衛星の番号、仰角、方位角を追加する
      if (len(gpgsv) == 4):  num_sat = '0'
      elif (len(gpgsv) >= 8):
        gsv1 =  gpgsv[4] + gpgsv[5] + gpgsv[6]   #センテンス中一つ目の衛星
        f.write(gsv1 + '\n')
      elif (len(gpgsv) >= 12):
        gsv2 =  gpgsv[8] + gpgsv[9] + gpgsv[10]  #二つ目の衛星
        f.write(gsv2 + '\n')
      elif (len(gpgsv) >= 16):
        gsv3 =  gpgsv[12] + gpgsv[13] + gpgsv[14]#三つ目の衛星
        f.write(gsv3 + '\n')
      elif (len(gpgsv) == 20):
        gsv4 =  gpgsv[16] + gpgsv[17] + gpgsv[18]#四つ目の衛星
        f.write(gsv4 + '\n')
      f.close()
#############
    #ZDA NMEA出力における最後の行のため、時間を調べつつ一括ファイル出力する
    #$GPZDA,UTC時刻(hhmmss.mm),日,月,西暦,時,分,
    if (gps_data.startswith('$GPZDA')):
      gpzda = (gps_data.split(","))
      #GPSで取得したUTCの日付を保存する
      yyyymmddhhmmssff = datetime.datetime.strptime(gpzda[4] + '/' + gpzda[3] + '/' + gpzda[2] + ' ' + gpzda[1],"%Y/%m/%d %H%M%S.%f")
      time_and_number = "%s,%s" % (yyyymmddhhmmssff,num_sat)
      #ファイル名を書き換える
      #GGAのデータを標準出力、加えてcsvファイルに出力
      f = open(new_name,'a')
      f.write(time_and_number + ',' + alt_lat_long + '\n')
      print(time_and_number + ',' + alt_lat_long)
      f.close()

main関数の解説

取得したデータはdatagga_{日時}.csvに出力されます

応用

移動した距離の測定(緯度、経度によって1度あたりの距離が変わることに注意)
指定した緯度経度へ移動など
いろいろ