Arduino RTK2 GPS模块

PCB图如下：

成分

LEA-M8S U-Blox	× 1
TL3301SPF260QG 电子开关	× 1
电池 AMSECO	× 1
SCSI 连接器（公 50 针）- 30350-6002HB 3M 电子解决方案部	× 1
Micro USB B 型转 DIP 5 针适配器插板	× 1
AMS1117-5	× 1
227CKS035M 伊利诺伊电容器	× 1
106SML035MD4 伊利诺伊电容器	× 1
2291316-1 TE Con​​nectivity AMP 连接器	× 1
DF40HC(3.0)-80DS-0.4V(51) 广濑连接器	× 1

描述

Arduino RTK2 GPS 模块

USB

USB C 连接器可轻松将 ZED-F9P 连接到 u-center 以进行配置和快速查看 NMEA 语句。也可以通过 USB 连接 Raspberry Pi 或其他单板计算机。ZED-F9P 枚举为串行 COM 端口，它是与 UART 接口分离的串行端口。有关将 USB 端口变为串行 COM 端口的更多信息，请参阅 U-Center 入门。

USB接口和电源GPS-RTK2USB接口和电源GPS RTK-SMA

提供 3.3V 稳压器将 5V USB 调节至模块所需的 3.3V。可以应用外部 5V 或提供 3.3V 的直接馈电。请注意，如果您直接为电路板提供 3.3V 电压，则它应该是一个噪声最小的干净电源（小于 50mV VPP 纹波是精确定位的理想选择）。

3.3V 稳压器能够从 5V 输入提供 600mA 电流，USB C 连接能够提供 2A 电流。

I2C（又名 DDC）

u-blox ZED-F9P 有一个“DDC”端口，它实际上只是一个 I2C 端口（没有商标问题的所有大惊小怪）。这些引脚与 SPI 引脚共享。默认情况下，启用 I2C 引脚。确保板背面的 DSEL 跳线打开。SparkFun 的 GPS-RTK2 和 GPS-RTK-SMA 还包括两个 Qwiic 连接器，可将该 GPS 接收器与各种 I2C 设备进行菊花链连接。为您的下一个项目检查 Qwiic。

RTK2 和 RTK-SMA 上突出显示的 I2C 端口和 Qwiic 连接器

所有功能都可以通过 I2C 端口访问，包括读取 NMEA 语句、发送 UBX 配置字符串、将 RTCM 数据管道传输到模块等。我们编写了一个扩展的 Arduino 库，展示如何配置 ZED-F9P 的大部分方面，使 I2C 成为我们的首选ZED 上的通信方法。您可以通过 Arduino 库管理器搜索“SparkFun u-blox GNSS”来获取该库。查看 SparkFun u-blox 库部分了解更多信息。

UART/串口

ZED-F9P 上提供经典串行引脚，但与 SPI 引脚共享。默认情况下，UART 引脚处于启用状态。确保板背面的 DSEL 跳线打开。

TX/MISO = ZED-F9P 的 TX 输出

RX/MOSI = RX 到 ZED-F9P

SparkFun ZED-F9P 分线板上的串行引脚突出显示

ZED-F9P 上有第二个串行端口 (UART2)，主要用于 RTCM3 校正数据。默认情况下，此端口将自动接收和解析传入的 RTCM3 字符串，从而在板上启用 RTK 模式。除了 TX2/RX2 引脚外，我们还添加了一个额外的“RTCM 校正”端口，我们将这些引脚排列为与行业标准串行连接（又名“FTDI”引脚排列）相匹配。此引脚与我们的蓝牙伴侣和串行基本兼容，因此您可以从手机或计算机发送 RTCM 校正数据。请注意，如果需要，还可以通过 I2C、UART1、SPI 或 USB 发送 RTCM3 数据。

GPS-RTK2UART2 和 RTCM 校正端口 GPS-RTK-SMA 上的 UART2 和 RTCM 校正端口

RTCM 校正端口 (UART2) 默认为 38400bps 串行，但可以通过软件命令（查看我们的 Arduino 库）或使用 u-center 通过 USB 进行配置。请记住，我们的蓝牙伴侣默认为 115200bps。如果您打算使用蓝牙来校正数据（我们发现它最简单），我们建议您使用 u-center 将此端口速度提高到 115200bps。此外，UART2 可配置为 NMEA 输出，但不太经常需要。一般来说，我们不会将 UART2 用于 RTCM 校正数据，因此我们建议将输入/输出协议保留为 RTCM。

如果您已将 ZED-F9P 设置为基站模式（也称为测量模式），则 UART2 将输出 RTCM3 校正数据。这意味着您可以将无线电或有线链路连接到 UART2，并且板将自动通过链路发送 RTCM 字节（没有 NMEA 数据占用带宽）。这是使用 RTK2 的示例，但您也可以使用相同的设置使用 RTK-SMA。

基站设置通过蓝牙发送 RTCM 字节

SPI

ZED-F9P 也可以配置为 SPI 通信。默认情况下，SPI 端口被禁用。要启用 SPI，请关闭板背面的 DSEL 跳线。关闭此跳线将禁用 UART1 和 I2C 接口（UART2 将继续正常运行）。

SparkFun RTK2 和 RTK-SMA 上突出显示的 SPI 引脚

控制引脚

控制引脚在下面突出显示。

SparkFun GPS-RTK2 的突出显示控制引脚 SparkFun GPS-RTK-SMA 的突出显示控制引脚

这些引脚用于 ZED-F9P 的各种额外控制：

FENCE：地理围栏输出引脚。配置有 U-Center。设置地理围栏时会变高或变低。当模块退出已编程的边界时，可用于触发警报和操作。

RTK：实时运动学输出引脚。模块处于正常 GPS 模式时保持高电平。当接收到 RTCM 校正并且模块进入 RTK 浮动模式时开始闪烁。当模块进入 RTK 固定模式并开始输出厘米级精确位置时变为低电平。

PPS：每秒脉冲输出引脚。当模块获得基本 GPS/GNSS 位置锁定时，以 1Hz 开始闪烁。

RST：复位输入引脚。将此线拉低以重置模块。

安全：安全启动输入引脚。这是模块固件更新所必需的，通常不应使用或连接。

INT：中断输入/输出引脚。可以使用 U-Center 进行配置，以使模块退出深度睡眠或为各种模块状态输出中断。

注意：对于那些需要将 SMA 连接器连接到 PPS 引脚的用户，RTK-SMA 包含一个封装，以便您可以将连接器手动焊接到电路板上以用于您的应用。在同步设备时（不是 1 Hz，而是许多 MHz），PPS 输出作为时钟源校正很有帮助。PPS 输出可以配置为输出一个非常精确的时钟，科学家使用它来校正不太精确但速度更快的时钟。要进行配置，您可以使用 u-center 在 View > Conviguration View > TP (TimePulse) 下调整 NEO-F9P 的设置。

SMA 连接器

有存货

 WRL-00593

2.10 美元

天线

ZED-F9P 需要高质量的 GPS 或 GNSS（首选）天线。提供了一个 U.FL 连接器。注意：U.FL 连接器的额定插拔次数只有几个（约 30 次），因此我们建议您设置好后忘记它。根据您的应用，您可能需要固定 u.FL 到 SMA 电缆。否则，您可以使用 RTK-SMA 版本。

GPS 上的 U.FL 天线连接器和 SMA 开口 GPS-SMA 上的 RTK2S​​MA 天线连接器

SMA 隔板的切口可供那些需要额外坚固连接的人使用。我们建议仅当板安装在外壳中时才将 SMA 安装到板上。否则，电缆在压缩时有损坏的风险（例如，学生将电路板松散地放在背包中）。交流

穿过安装孔的 U.FL 到 SMA 电缆提供了坚固的连接，如果需要，也可以在 SMA 连接处轻松断开连接。请在下面的连接天线中查看更多信息。

可以使用低成本磁性 GPS/GNSS 天线（查看 u-blox 白皮书），但需要在天线下方放置一个 4 英寸/10 厘米的金属盘作为金属接地平面。

发光二极管

该板包括四个状态 LED，如下图所示。

GPS-RTK2 上的状态 LED GPS-SMA 上的状态 LED

PWR：当通过 USB 或 Qwiic 总线激活 3.3V 时，电源 LED 将亮起。

PPS：一旦实现位置锁定，每秒脉冲 LED 将每秒亮起。

RTK：RTK LED 将在通电时持续亮起。一旦成功接收到 RTCM 数据，它将开始闪烁。这是查看 ZED-F9P 是否从各种来源获取 RTCM 的好方法。获得 RTK 修复后，LED 将关闭。

FENCE：FENCE LED 可以配置为打开/关闭地理围栏应用程序。

跳线

有五个跳线用于配置 GPS-RTK2。

SparkFun RTK2 和 RTK-SMA 上的用户跳线

用焊料关闭 DSEL 启用 SPI 接口并禁用 UART 和 I2C 接口。USB 仍将起作用。

切断 I2C 跳线将从 I2C 总线上移除 2.2k Ohm 电阻。如果您的 I2C 总线上有很多设备，您可能需要移除这些跳线。不知道如何剪裁套头衫？在这里阅读！

切断 RTK2 上的 JP1、JP2、JP3 跳线将断开各种状态 LED 与其相关引脚的连接。这些已在 RTK-SMA 版本上进行了标记。我们在 RTK-SMA 的顶部和底部包括了一个 PPS 跳线。

备用电池

MS621FE 可充电电池维护 GNSS 模块上的电池支持 RAM (BBR)。这允许更快的位置锁定（又名热启动）。BBR 还用于模块配置保留。通电时，电池会自动进行涓流充电，并且在没有电源的情况下可以保持设置和 GNSS 轨道数据长达两周。

SparkFun RTK2 上的备用电池 SparkFun RTK-SMA 上的备用电池

连接天线

U.FL 连接器非常好，但它们设计用于在笔记本电脑等小型嵌入式应用程序中实现。将 U.FL 连接器暴露在野外有损坏的风险。为防止损坏 GPS-RTK2 上的 U.FL 连接，我们建议将 U.FL 电缆穿过支架孔，然后连接 U.FL 连接器。这将为天线连接提供很大的应力缓解。现在连接您选择的 SMA 天线。

 当心！U.FL 连接器很容易损坏。确保连接器对齐，面对面齐平（不成角度），然后使用刚性钝边（例如 PCB 的边缘或小平头螺丝刀的尖端）向下压。有关更多信息，请查看我们的教程关于使用 U.FL 的三个快速提示。

关于使用 U.FL 的三个快速提示

2018 年 12 月 28 日

关于如何连接、保护和断开 U.FL 连接器的快速提示。

此外，如果需要，还提供一个隔板切口，以便将 SMA 拧到 PCB 上。

虽然这种方法可以减少 U.FL 连接器的应力，但仅建议在板已永久安装时使用。如果未安装电路板，U.FL 电缆上的电缆很容易扭结，从而导致阻抗变化，从而降低接收质量。

如果您使用的是 RTK-SMA，则无需担心这一点，因为板上焊接了一个 SMA 连接器，提供了牢固的连接。

如果您在室内，则必须使用足够长的 SMA 延长线将天线放置在可以清晰看到天空的位置。这意味着天线和天空之间没有树木、建筑物、墙壁、车辆或混凝土金属物体。请务必将天线安装在 4 英寸/10 厘米金属接地板上以增加接收效果。

板尺寸

每块板的整体板尺寸为 ~1.70" x ~1.70" (~43.18mm x ~43.18mm)。请记住，连接器与电路板不齐平，这会增加电路板的长度。在将电路板安装和放置在外壳中时，请务必考虑到这一点。

RTK2 板尺寸 RTK-SMA 板尺寸

将 ZED-F9P 连接到校正源

在您进入现场之前，最好了解如何获取 RTCM 数据以及如何将其通过管道传输到 GPS-RTK2 和 GPS-RTK-SMA。我们建议您阅读原始 GPS-RTK 教程的连接校正源部分。这将为您提供有关如何获得 UNAVCO 帐户以及如何识别将使用 ZED-F9P 流动站 10 公里范围内的安装点的基础知识。本节以这些概念为基础。

GPS RTK 连接指南：连接校正源

对于这个例子，我们将展示如何从 UNAVCO 网络获取校正数据，并使用名为 NTRIP Client 的 Android 应用程序将这些数据拉入。然后，校正数据将使用 SparkFun 蓝牙伴侣通过蓝牙从应用程序传输到 ZED-F9P。

所需材料

1x GPS-RTK2 或 GPS-RTK-SMA

1 个 GPS 或 GNSS 天线

1 个 4 英寸或更大的金属板

1x SMA 延长线（如果需要清楚地看到天空）

1 根 USB C 2.0 电缆

1 个蓝牙伴侣

1x 公母头对

GNSS 天线位于金属接地板上，可以清楚地看到天空

现在设置您的 GPS 接收器，以便您可以在办公桌上工作，但将天线放在室外，可以清楚地看到天空。

所需软件

具有免费 RTCM 提供商（例如 UNAVCO）的证书

U中心

从 Google Play 获取 NTRIP By Lefebure 应用程序。似乎有适用于 iOS 的 NTRIP 应用程序，但我们无法特别验证任何一个应用程序。如果您有最喜欢的，请告诉我们。

首先，我们需要将蓝牙模块连接到 ZED-F9P 的分线板上。将一个母头焊接到蓝牙伴侣上，使其悬挂在末端。

在 GPS-RTK2 或 GPS_RTK-SMA 板上，我们建议将直角公头焊接到板下方。这将允许蓝牙模块简洁地隐藏在电路板下方。

将蓝牙伴侣连接到电路板时，请务必对齐引脚，以便 GND 指示器在两个电路板上对齐。安装蓝牙后，连接您的 GNSS 天线并通过 USB 连接电路板。这将为开发板和蓝牙伴侣供电。

男性和女性头部的去向是个人喜好。例如，这里有两个蓝牙伴侣；一种是男性头，一种是女性。

将母头焊接到蓝牙伴侣可以更容易地将蓝牙添加到具有“FTDI”风格连接的板上，例如我们的 OpenScale、Arduino Pro 或同步 RFID 阅读器。然而，将公头焊接到蓝牙伴侣可以更容易在面包板上使用。这真的取决于你！

蓝牙伴侣默认为 115200bps，而 ZED-F9P 预计 UART2 上的串行为 38400bps。要解决这个问题，我们需要打开 u-center 并更改 UART2 的端口设置。如果您还没有，请务必查看 U-Center 入门教程以了解您的方位。

打开配置窗口并导航到 PRT（端口）部分。将目标下拉到 UART2 并将波特率设置为 115200。最后，单击“发送”按钮。

到这个时候，您应该有一个有效的 3D GPS 锁定，精度约为 1.5m。它即将变得更好。

我们将假设您已阅读原始 RTK 教程并获得您的 UNAVCO 凭证，包括以下内容：

用户名

密码

UNAVCO 的 IP 地址（撰写本文时为 69.44.86.36）

Caster Port（撰写本文时为 2101）

数据流又名安装点（'P041_RTCM3'，如果你想要靠近科罗拉多州博尔德的那个 - 但你真的应该找到离你的漫游车位置最近的一个）

蓝牙伴侣应该已通电。从您的手机中，找到蓝牙伴侣并与之配对。本教程中使用的模块被发现为 RNBT-E0DC，其中 E0DC 是模块 MAC 地址的最后四个字符，并且对于您的模块应该是唯一的。

获得 UNAVCO 凭据并与蓝牙模块配对后，打开 NTRIP 客户端。

在主屏幕上，单击右上角的齿轮，然后单击接收器设置。

确认接收器连接设置为蓝牙，然后选择蓝牙设备并选择您刚刚配对的蓝牙模块。接下来，打开 NTRIP 设置并输入您的凭据，包括安装点（又名数据流）。

此示例演示如何从 UNAVCO 的服务器获取校正数据，但您可以类似地使用另一个 ZED-F9P 和 RTKLIB 设置您自己的基站来广播校正数据。这个 NTRIP 应用程序将连接到您基于 RTKLIB 的服务器，为您提供惊人的灵活性（基站可以在您的流动站 10 公里内有笔记本电脑和 Wifi 的任何地方）。

好的。你准备好了吗？这是有趣的部分。返回主 NTRIP 窗口并单击连接。该应用程序将连接到蓝牙模块。连接后，它将连接到您的 NTRIP 源。一旦数据流动，您将看到每秒增加的字节数。

在几秒钟内，您应该会看到 ZED-F9P 分线板上的 RTK LED 熄灭。这表明您有 RTK 修复。要验证这一点，请在您的计算机上打开 u-center。首先要注意的是左侧黑色窗口中的修复模式已从 3D 更改为 3D/DGNSS/FIXED。

导航到 UBX-NAV-HPPOSECEF 消息。这将向您展示高精度的 3D 精度估计。我们能够使用带有金属板接地平面的低成本 GNSS 天线达到 17 毫米的精度，并且我们距离校正站超过 10 公里。

恭喜！你现在知道你在一角钱的直径内的位置！

SparkFun u-blox Arduino 库

注意：此示例假设您在桌面上使用最新版本的 Arduino IDE。如果这是您第一次使用 Arduino，请查看我们关于安装 Arduino IDE 的教程。如果您之前没有安装过 Arduino 库，请查看我们的安装指南。

SparkFun u-blox Arduino 库支持读取所有位置数据以及通过 I2C 发送二进制 UBX 配置命令。这有助于配置高级模块，例如 ZED-F9P，但也有助于配置 NEO-M8P-2、SAM-M8Q 和任何其他使用 u-blox 二进制协议的 u-blox 模块。

SparkFun u-blox Arduino 库可以通过 Arduino 库管理器通过搜索“SparkFun u-blox GNSS”下载，或者您可以从 GitHub 存储库中获取 zip：

SPARKFUN U-BLOX ARDUINO 库（ZIP）

安装库后，请查看各种示例。

示例 1：使用 u-blox 模块 SAM-M8Q、NEO-M8P 等通过 I2C 读取 NMEA 语句

示例 2：使用 MicroNMEA 库解析 NMEA 句子。此示例还演示了如何覆盖 processNMEA 函数，以便您可以将传入的 NMEA 字符从 u-blox 模块定向到您喜欢的任何库、显示器、收音机等。

示例 3：获取视野中的纬度、经度、高度和卫星 (SIV)。此示例还演示了如何关闭从 I2C 端口发送的 NMEA 消息。您仍然会在 UART1 和 USB 上看到 NMEA，但不会在 I2C 上看到。仅使用 UBX 二进制消息有助于减少 I2C 流量，并且是一种更轻量级的协议。

示例 4：显示您拥有的修复类型，最常见的两种是无修复和完整的 3D 修复。此草图还显示了如何确定您是否有 RTK 修复以及什么类型（浮动与固定）。

示例 5：显示如何获取当前速度、航向和精度衰减。

Example6：演示如何将输出速率从默认的每秒 1 提高到每秒许多；在某些模块上高达 30Hz！

示例 7： SAM-M8Q 等较旧的模块使用较旧的协议（版本 18），而 ZED-F9P 等较新的模块使用最新协议（版本 27）删除了一些命令。此草图显示了如何查询模块以获取协议版本。

示例 8：u-blox 模块使用 I2C 地址 0x42，但这可通过软件进行配置。此草图将允许您更改模块的 I2C 地址。

示例 9：高度不是简单的测量。此草图显示了如何获得基于椭圆体的高度和基于 MSL（平均海平面）的高度读数。

示例 10：有时您只需要对硬件进行硬重置。此草图显示了如何将 u-blox 模块设置回出厂默认设置。

NEO-M8P

NEO-M8P 示例 1：发送 UBX 二进制命令以在 u-blox NEO-M8P-2 模块上启用 RTCM 语句。此示例是将 NEO-M8P 设置为基站所需的步骤之一。有关更多信息，请查看 u-blox 手册以设置 RTK 链接。

NEO-M8P 示例 2：此示例扩展了前面的示例，将所有命令发送到 NEO-M8P-2，使其作为基础运行。此外，还公开了 processRTCM 功能。这允许用户覆盖函数以将 RTCM 字节定向到用户想要的任何连接（无线电、串行等）。

NEO-M8P Example3：这与NEO-M8P的Example2相同。但是，数据通过 I2C 发送到串行 LCD。

ZED-F9P

ZED-F9P 示例1：该模块能够提供高精度解决方案。此草图显示了如何检查解决方案的准确性。看着我们的定位精度下降到毫米级很有趣。

ZED-F9P 示例 2：ZED-F9P 使用新的 u-blox 配置系统 VALGET/VALSET/VALDEL。此草图演示了这些方法的基础知识。

ZED-F9P Example3：将 ZED-F9P 设置为基站并输出 RTCM 数据。

ZED-F9P Example4：这与 ZED-F9P 的 Example3 相同。但是，数据通过 I2C 发送到串行 LCD。

这个 SparkFun u-blox 库真正专注于 I2C，因为它比串行更快并且支持菊花链。该库还使用 UBX 协议，因为它需要的开销远低于 NMEA 解析，并且没有 NMEA 所具有的精度限制。

将 ZED-F9P 设置为校正源

小心！这部分有点过时了。我们有一个全新的如何构建 GNSS 参考站教程，提供最新信息。我们计划保留此部分以供参考。

如果您距离校正站超过 20 公里，您可以使用 ZED-F9P 创建自己的站。u-blox 在 ZED-F9P 集成手册中提供了设置指南，显示了通过 u-Center 所需的各种设置。我们将介绍如何仅使用 I2C 命令设置 ZED-F9P。这将启用输出 RTCM 校正数据的基站的无头（无计算机）配置。

在开始之前，我们建议您使用 u-center 配置模块。查看我们关于使用 U-Center 的教程，然后阅读 u-blox 集成手册的第 3.5.8 节基站配置，以使用 u-center 为 RTK 配置 ZED-F9P。使用 u-center 在舒适的实验室中成功控制模块后，请考虑前往户外。

对于本练习，我们将使用以下部分：

1x SparkFun GPS-RTK2 板或 RTK-SMA 板

1 根用于 RTK2 的 U.FL 到 SMA 电缆

1 个 SparkFun 黑板使 I2C 变得简单

1 根 USB C 2.0 电缆（如果您需要）

1x 两条 Qwiic 电缆

1x 20x4 SerLCD，焊接有 Qwiic 适配器

1x 天线 L1/L2 GNSS 3-5V 磁性支架

1x GPS 天线接地板

首次试验基站时，1x 20+ft SMA 扩展非常方便，因此您可以坐在室内使用笔记本电脑分析 GPS-RTK 的输出

1 个标准相机三脚架

ZED-F9P 可以使用串行、SPI 或 I2C 进行配置。我们是 I2C 菊花链能力的粉丝，因此我们将专注于 Qwiic 系统。在本练习中，我们将使用两条 Qwiic 电缆将 LCD 和 GPS-RTK2 连接到 BlackBoard。您也可以使用 RTK-SMA 作为替代方案。

对于天线，您需要清楚地看到天空。天线位置越好，系统的准确性和性能就越好。我们设计了 GPS 天线接地板以简化此设置。盘子里有？” 螺纹孔直接拧到相机三脚架上。选择的板厚度足够厚，以便螺纹螺钉与板齐平，因此不会干扰天线。不知道我们为什么要使用接地板？阅读 u-blox 白皮书，了解如何将低成本 GNSS 天线与 RTK 结合使用。安装磁性安装天线并将 SMA 电缆连接到 U.FL 到 SMA 电缆到 GPS-RTK2 板。如果您有 RTK-SMA，您只需将 SMA 电缆连接到电路板的连接器。

代码

测试代码

arduino_code.ino

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