合宙Air530Z+STM32，自制GNSS定位器&授时器

 

 

不少新朋友来问，有没有好玩的GNSS定位应用推荐？那么不妨基于小巧易用的合宙Air530Z模组，来简单做一个业余无线电相关的GNSS小玩具。

今天特别分享@W_Linus大佬的开源作品——基于合宙Air530Z的定位器&授时器。

 

 

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项目主要准备工作

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基于合宙Air530Z的定位器&授时器，使用STM32G030F6P6单片机进行数据处理以及显示，使用0.96寸ST7735屏幕作为显示终端，同时将GNRMC数据通过串口发送到电脑，供上位机处理，使用按键进行交互。
 

- 主要物料 - 

01. GNSS模块：合宙Air530Z
 

GNSS模块我选用了合宙的Air530Z，原因是这个模块使用较为方便，原生支持有源GPS天线，效果OK。同时支持北斗三号、GPS以及格洛纳斯系统。

 

02. 单片机：STM32G030F6P6

对我来说方便开发，资源充足是很重要的因素。所以我决定在STM32系列MCU里面进行选择，项目制作前期STM32的价格一直居高不下，不过STM32G0系列却是一股清流。粗略估计了下所需要的资源后，我最终选择了STM32G030F6P6。

03. 屏幕：0.96寸 ST7735 LCD

至于信息的显示，肯定需要使用屏幕。不过是使用LCD还是OLED屏幕呢？我最终决定使用LCD屏幕。原因也很简单：它可以显示不同的色彩，制作出来的界面更加漂亮。所以，屏幕最终定型为0.96寸 ST7735 LCD屏幕。

04. 其他元器件：参见文末原工程链接BOM表

- 硬件设计 - 

大框架定下来了，我便着手进行PCB的绘制。到目前为止，我已经绘制了3个版本的PCB。每一次迭代的原因几乎都是发现了一些之前忽略掉的，而现在发现了能难受半天的小缺陷。不过，每个版本都是可以正常使用的。

- 程序开发 - 

 

至于程序，得益于之前玩GNSS模块的成果，没有费多大功夫就写出了初版基本可用的程序。使用STM32CubeMX工具和MDK工具链进行开发，是大多数像我一样的新手的选择罢：

一开始我想着是准备上RT-Thread实时系统的，后面又想了想感觉没多大必要，于是就采取了裸机跑程序的方案。事实证明，没有外加存储器的情况下，屏幕所使用的字库非常占用Flash空间。

当前版本下采用O1优化，程序大小已经来到了惊人的31.54KB，距离塞满我这颗32KB ROM的MCU只差一步之遥。

 

MCU开了两个串口，一个用于和模块通信，另一个与上位机进行通信。与模块之间的数据流是持续不断的，所以我在这里使用了DMA来进行串口的数据接收以减轻CPU的负担，同时避免丢失数据包。

- 硬件制作 - 

 

既然程序准备OK了，那么就等待PCB到货进行焊接制作了。全贴片方案果然还是使用加热台来进行焊接最安逸了 ：

焊接完成并且烧录程序后，我们就得到了这样的成果：

 

 

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主要功能及开源交流

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合宙Air530Z模块在使用有源天线以及在存在后备电源供电的情况下时，热启动定位非常迅速，几乎可以说是秒定位。不过当模块内存储的历书过期后，使用冷启动就要稍微慢一些了。

 

 

- 主要功能 - 

根据功能内容的实现和显示差异，我将程序分为了如下几个功能界面：

01. 启动界面

上电时，我们会看到一个启动界面（飞机上未录制，此处使用之前的图片素材）。

02. 详细信息首界面

开机后默认会进入详细信息界面：系统将会显示当前时间、速度、经纬度以及梅登海德网格。最上方的状态栏则指示了当前定位情况、系统温度（MCU内置的温度传感器，使用了工厂校准值）和电池剩余电量指示（电压估算，没有使用库仑计，因此并不精准，只能作为参考）。

03. 日期与时间专题显示界面

通过PCB顶部的右侧按钮可以进行翻页，进入日期与时间的专题显示。此时还可以通过顶部的左侧按钮，切换UTC时间与CST（即北京时间）。

04. 速度专题显示界面

接下来的一页是速度的专题显示，一共三组数值：分别是km/h、m/s和节。事实上显示的速度换算关系并不精准，原因是内容刷新时间并不一致。刷新存在先后关系，导致并非展示同一时刻下的数据。

05. 系统信息显示界面

再接下来的一页是系统信息的展示，内容有当前系统温度（对，和状态栏上那个是一样的）、当前系统工作电压（通过使用ADC对内置的Vrefint通道进行采样，再通过内置的通道校准值来计算实际的3.3V供电电压）、当前电池电压以及固件版本。

06. 报文信息显示界面

最后一页是原始的GNSS报文展示，我这里为了解析方便，设定了模块只使用GNRMC报文。GNRMC已经足够使用，缺点则是没有高程信息以及卫星数量的报告。后面如果有时间，我再尝试加上其它报文（如GNGLL、GNGGA等）的解析功能吧。

在屏幕展示这些数据的同时，MCU与上位机通信的串口也不会闲着。它会实时转发模块发来的GNRMC数据包，这样，我们将这个设备插上电脑（它自带了CH340N芯片），便可以同步使用例如BktTimeSync之类的软件，来利用GNSS系统对电脑进行授时了。这对于在野外操作FT8等严格要求时序的通联模式有较大帮助。

现在的固件只包含了以上功能，接下来我会尝试继续完善这个小玩具。比如增加更多报文的解析、自定义启动屏幕的呼号显示等功能，再将现在的GUI美化一下。希望剩余的ROM还能支持我这么干~