【物联网】BDS/GNSS 全星座定位导航模块——ATGM332D-5N

news2024/11/20 8:35:31

随着科技的不断进步，导航系统已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。传统的导航系统往往只提供基本的地图和路线规划，对于一些特殊需求或个性化定位并不够满足。全星座定位导航模块的出现，为我们带来了全新的导航体验。通过结合星座学说和个人特质，这一导航模块能够为用户提供更加个性化的定位服务，让每个人都能找到最适合自己的道路和方向。在本文中，我们将深入探讨全星座定位导航模块的原理、功能和优势，为大家带来一场关于未来导航系统的探索之旅。

文章目录

    • 一、功能描述
      • 1.1 概述
      • 1.2 性能指标
      • 1.3 模块功能框图
      • 1.4 应用领域
      • 1.5 辅助 GNSS（Assisted GNSS、AGNSS）
      • 1.6 输出协议
      • 1.7 FLASH
      • 1.8 天线
      • 1.9 上位机工具
    • 二、技术描述
      • 2.1 PIN 排列图
      • 2.2 管脚定义
      • 2.3 电气参数
      • 2.4 技术规范
      • 2.5 模块应用电路
      • 2.6 模块使用注意事项
      • 2.7 静电防护：
    • 三、模块开发
      • 3.1 模块连接线
      • 3.2 安装驱动
      • 3.3 数据解析
    • 四、热启动 温启动 冷启动

一、功能描述

1.1 概述

ATGM332D-5N 系列模块是 12X16 尺寸的高性能 BDS/GNSS 全星座定位导航模块系列的总称。该系列模块产品都是基于中科微第四代低功耗 GNSS SOC单芯片—AT6558，支持多种卫星导航系统，包括中国的 BDS（北斗卫星导航系统），美国的 GPS，俄罗斯的 GLONASS，欧盟的 GALILEO，日本的 QZSS 以及卫星增强系统 SBAS（WAAS，EGNOS，GAGAN，MSAS）。AT6558 是一款真正意义的六合一多模卫星导航定位芯片，包含 32 个跟踪通道，可以同时接收六个卫星导航系统的 GNSS 信号，并且实现联合定位、导航与授时。

ATGM332D-5N 系列模块具有高灵敏度、低功耗、低成本等优势，适用于车载导航、手持定位、可穿戴设备，可以直接替换 Ublox NEO 系列模块。

在这里插入图片描述

1.2 性能指标

  • 出色的定位导航功能，支持 BDS/GPS/GLONASS 卫星导航系统的单系统定位，以及任意组合的多系统联合定位，并支持 QZSS 和 SBAS 系统
  • 支持 A-GNSS
  • 冷启动捕获灵敏度：-148dBm
  • 跟踪灵敏度：-162dBm
  • 定位精度：2.5 米（CEP50）
  • 首次定位时间：32 秒
  • 低功耗：连续运行**<25mA**（@3.3V）
  • 内置天线检测及天线短路保护功能

1.3 模块功能框图

在这里插入图片描述

1.4 应用领域

  • 车载定位与导航
  • 手机、平板电脑，手持设备
  • 嵌入式定位设备
  • 可穿戴设备

1.5 辅助 GNSS（Assisted GNSS、AGNSS）

ATGM332D-5N 系列模块全部支持辅助 GNSS （AGNSS）功能。AGNSS 可以为接收机提供定位必需的辅助信息，比如电文，粗略位置和时间。无论是在强信号还是弱信号环境，这些信息可以显著的缩短首次定位时间。

1.6 输出协议

ATGM332D-5N 系列模块通过 UART 作为主要输出通道，按照 NMEA0183 的协议格式输出。

UART传送门：[【物联网】一文读懂UART通信协议](https://jylin.blog.csdn.net/article/details/131440273)

1.7 FLASH

ATGM331C-5N 系列模块配备 Flash，可以通过在线升级功能，更新定位功能与算法。这种配置功能，可以让客户自主配置定位更新率，获得适用的低功耗；可以让客户及时更新全球多模定位的最新优化进展；可以让客户增加新的控制功能，如定位记录，规则的地理围栏，自定义的输出格式。

1.8 天线

ATGM332D-5N 系列模块支持有源天线与无源天线。

1.9 上位机工具

中科微提供《GNSSToolKit》Lite 版软件包（Windows 版本、Android 版本），用于定位输出解析与工作模式配置。
中科微提供《UBF 串口升级工具》软件包（Windows 版本），用于基于 PC 的在线升级工具。基于设备的在线升级程序需客户自己开发。

二、技术描述

2.1 PIN 排列图

在这里插入图片描述

2.2 管脚定义

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2.3 电气参数

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2.4 技术规范

在这里插入图片描述
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2.5 模块应用电路

2.5.1 有源天线应用方案（模块内部提供天线电源、天线检测及短路保护）

在这里插入图片描述

2.5.2 无源天线应用方案（模块 RF_IN 输入端增加一级 LNA）

在这里插入图片描述

2.6 模块使用注意事项

  • 采用低纹波的 LDO 电源，将纹波控制在 50mVpp 以内。
  • 模块附近尽量不要走其它频率高、幅度大的数字信号。模块下面全部以地线填充为佳。
  • 天线接口尽量靠近模块的 RF 输入引脚，并注意 50 欧姆的阻抗匹配。
  • 模块本身具有有源天线接入、拔出、短路检测电路，同时在天线意外短路时，对天线的供电电流进行限制(50mA)，起到保护的作用。在上述 3 种天线端口状态发生变化时，可以从串口输出相应的信息。如
$GPTXT,01,01,01,ANTENNA SHORT*63 
$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OPEN*25 
$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35

2.7 静电防护：

ATGM332D-5N 模块系列，属静电敏感器件。经常性的静电接触会导致模块产生意外的损坏。除了按照标准的静电防护要求操作外，如下几点需尽量遵循：

  1. 除非 PCB GND 已经很好的接地，否则接触模块的第一位置应该是PCB GND。
  2. 连接天线的时候，请首先连接 GND，再连信号线。
  3. 接触 RF 部分电路时，请不要接触充电电容，请远离可产生静电的器件与设备，如介质天线，同轴电线，电烙铁等。
  4. 为避免通过射频输入端进行电荷放电，请不要接触天线介质裸露部分。对于可能出现接触天线介质裸露的情况，需要在设计中增加防静电保护电路。
  5. 在焊接与射频输入端相连接的连接器，天线，请确保使用无静电焊枪。

三、模块开发

3.1 模块连接线

在这里插入图片描述

3.2 安装驱动

连接好了线之后，安装下 ch340 的驱动，出现串口号。

在这里插入图片描述

3.3 数据解析

测试最好是带电脑到户外空旷地进行，若是把天线放在阳台外面的话，有一定几率定位失败，这个受楼距，遮挡物等因素影响。空旷地首次定位一般是一分钟以内。板载 LED 保持一定的频率闪烁证明定位成功了，我们用串口来看下数据，波特率默认是 9600。

定位成功后 用串口显示数据：

$GNGGA,084852.000,2236.9453,N,11408.4790,E,1,05,3.1,89.7,M,0.0,M,,*48
$GNGLL,2236.9453,N,11408.4790,E,084852.000,A,A*4C
$GPGSA,A,3,10,18,31,,,,,,,,,,6.3,3.1,5.4*3E
$BDGSA,A,3,06,07,,,,,,,,,,,6.3,3.1,5.4*24
$GPGSV,3,1,09,10,78,325,24,12,36,064,,14,26,307,,18,67,146,27*71
$GPGSV,3,2,09,21,15,188,,24,13,043,,25,55,119,,31,36,247,30*7F
$GPGSV,3,3,09,32,42,334,*43
$BDGSV,1,1,02,06,68,055,27,07,82,211,31*6A
$GNRMC,084852.000,A,2236.9453,N,11408.4790,E,0.53,292.44,141216,,,A*75
$GNVTG,292.44,T,,M,0.53,N,0.98,K,A*2D
$GNZDA,084852.000,14,12,2016,00,00*48
$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35

我们来一步步解读下数据
数据里面我们看到 三种数据类型GN、GP、BD 分别代表双模模式、GPS 模式、北斗模式。

NMEA0183 协议 帧格式内容可以参考以下几个表格：

(1) $GPGGA （GPS 定位信息）

在这里插入图片描述

(2) $GPGLL （地理定位信息）

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(3)$GPGSA （当前卫星信息）

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(4) $GPGSV（可见卫星信息）

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(5) $GPRMC（最简定位信息）

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(6) $GPVTG（地面速度信息）

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（7）天线状态输出

$GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35

Ok 代表天线已经检测到，open 代表天线断开。

关于 UTC 时间和当前北京时间的计算

$GNGGA,084852.000,2236.9453,N,11408.4790,E,1,05,3.1,89.7,M,0.0,M,,*48

所看到的就是 UTC 时间，格式是 hhmmss.sss ，小数点后三位秒忽略，那就 08 点 48 分 52秒。

UTC + 时区差 ＝ 本地时间

时区差东为正，西为负。在此，把东八区时区差记为 +08， 所以北京时间是 16 点 48 分 5 秒关于经纬度的换算

关于经纬度的换算

$GNRMC,084852.000,A,2236.9453,N,11408.4790,E,0.53,292.44,141216,,,A*75

数据格式：度分格式 换算成百度 谷歌地图的格式
纬度：ddmm.mmmm 北纬 2236.9453 22+(36.9453/60)= 22.615755
经度：dddmm.mmmm 东经 11408.4790 114+(08.4790/60)=114.141317

如果想转换成 度分秒的 格式
北纬 2236.9453 =22 度 36 分 0.9453x60 秒 = 22 度 36 分 56.718 秒
东经 11408.4790=114 度 8 分 0.4790x60 秒=114 度 8 分 28.74 秒

四、热启动 温启动 冷启动

冷启动是指在一个陌生的环境下启动 GPS 直到 GPS 和周围卫星联系并且计算出坐标的启动过程。以下几种情况开机均属冷启动：

  • 初次使用时；
  • 电池耗尽导致星历信息丢失时；
  • 关机状态下将接收机移动 1000 公里以上距离。

也就是说冷启动是通过硬件方式的强制性启动，因为距离上次操作 GPS 已经把内部的定位信息清除掉，GPS 接收机失去卫星参数，或者已经存在的参数和实际接收到卫星参数相差太多，导致导航仪无法工作，必须从新获得卫星提供的坐标数据，所以说车辆从地库里启动导航百分百算冷启动，这也是从地库出来搜星时间长的原因。

温启动是指距离上次定位时间超过 2 个小时的启动，搜星定位时间介于冷启动和热启动之间。如果您前一日使用过 GPS 定位，那么次日的第一次启动就属于温启动，启动后会显示上次的位置信息。因为上次关机前的经纬度和高度已知，但由于关机时间过长，星历发生了变化，以前的卫星接受不到了，参数中的若干颗卫星已经和 GPS 接收机失去了联系，需要继续搜星补充位置信息，所以搜星的时间要长于热启动，短于冷启动。

热启动是指在上次关机的地方没有过多移动启动 GPS，但距离上次定位时间必须小于 2 个小时，通过软件的方式，进行一些启动前的保存和关闭等准备工作后的启动。

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