Empfangen von GNSS Daten – leicht gemacht

Einführung

In dieser mini-Blog Serie wird ein kompaktes Lokalisierungssystem basierend auf GNSS (global navigation satellite system) vorgestellt. Das Setup und die verwendete Hardware soll einen leichten Einstieg in die Thematik bieten mit dem Ziel eine Plattform zu erarbeiten, auf welcher verschiedene Positionierungsaufgaben einfach gelöst werden können. Eine solche Aufgabe könnte beispielsweise das Navigieren zu einer definierten Zielkoordinate sein.
In diesem ersten Teil wird die verwendete Hardware präsentiert, sowie Schritt für

Schritt das Grundsystem installiert. Es wird bewusst auf einen grafische Oberfläche verzichtet, damit das Setup so generisch wie möglich gehalten wird.
Ziel der gesamten Serie ist es die aktuelle Position auf offline fähigem Kartenmaterial der Region darzustellen.

Hardware

Die aufgelistete Hardware entspricht dem hier verwendeten System, es kann jedoch beliebig auf eigene Bedürfnisse angepasst werden. Das verwendete GPS Modul beispielsweise kann durch ein anders ersetzt werden, welches über die serielle Schnittstelle kommuniziert. Das gewählte Display weist ein extrem weites Format auf, welches sehr einfach durch ein HDMI Display ersetzt werden kann. Für erste Versuche kann auch gut ein gängiger PC Monitor verwendet werden. Mit kleinstem Mehraufwand können auch Displays verwendet werden, welche sich das DSI des Raspberry’s zu nutzen machen. Von DPI Displays ist jedoch abzuraten, da diese die Pins der Seriellen Schnittstelle belegen.

• Raspberry Pi 4
• WaveShare 7.9″ touch display, 400×1280 (Art. Nr. 17916)
• Adafruit Ultimate GPS V3 (Art. Nr. 746)
• (optional) geeignete externe GPS Antenne, uFL zu SMA Adapter nicht vergessen

Nachdem das Raspberry auf der Rückseite des Displays angebracht ist, kann dieses bequem mit den mitgelieferten Verbinder-PCBs angeschlossen werden.

Verkabelung

Das GNSS Modul wird direkt an die UART Schnittstelle vom Raspberry Pi angeschlossen. Es kann auch direkt vom Pi über die 3.3 Volt Spannung gespiesen werden.

Software

Für diesen Aufbau wurde das Raspberry OS 64-bit Bookworm lite Image als Grundlage verwendet. Dieses kann gemäss den Anweisungen auf der offiziellen Webseite auf eine SD Karte kopiert werden. Es empfiehlt sich den SSH Zugang zu aktivieren, um die weiteren Schritte bequem über ein Terminal durchzuführen. Da das Setup jedoch über ein Display verfügt, kann dieser Schritt auch übersprungen werden. Das Raspberry braucht jedoch zur Installation von einigen Tools zwangsläufig eine Internetverbindung.

config.txt

Die config.txt Datei muss wie folgt angepasst werden. Alle Konfigurationen können jeweils einfach am Ende der Datei angefügt werden.

7.9″ Touch display

hdmi_group=2
hdmi_mode=87
hdmi_timings=400 0 100 10 140 1280 10 20 20 2 0 0 0 60 0 43000000 3

# rotate the display -> 1: 90°; 2: 180°C; 3: 270°
display_rotate=1

GNSS Modul via UART

gpu_mem=256
enable_uart=1

Linux

Nach dem obligaten _sudo apt update_, _sudo apt upgrade_, können nun einige Tools installiert werden um erste GNSS Daten darzustellen.

sudo apt update
sudo apt upgrade

sudo apt install gpsd-clients gpsd
sudo apt install libgps-dev libgps28

The Moment we’ve been waiting for

Wenn alles geklappt hat, kann nun mit dem tool _gpsmon_ der Status und der Fix des GNSS Moduls auf der Konsole dargestellt werden:

gpsmon

Fazit

Eine sehr simple Plattform zum empfangen von GNSS Daten wurde aufgebaut. Display und GNSS Modul können beliebig substituiert werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Mittels simpler Konsolentools wurde verifiziert, dass das Modul funktioniert und brauchbare Daten liefert.
In einem nächsten Schritt wird ein Kartensystem auf dem Raspberry aufgesetzt, welches es erlaubt frei zugängliches, regionales Landkartenmaterial offline bereitzustellen. Weiterhin ohne eine grafische Oberfläche wie xface oder ähnliches zu installieren, wird schlussendlich die aktuelle Position auf dem Kartenmaterial dargestellt.