大佬自制GNSS定位器 授時器 基于合宙Air530Z+STM32

不少新朋友來問，有沒有好玩的GNSS定位應用推薦？那么不妨基于小巧易用的合宙Air530Z模組，來簡單做一個業余無線電相關的GNSS小玩具。

今天特別分享@W_Linus大佬的開源作品——基于合宙Air530Z的定位器&授時器。

項目主要準備工作

基于合宙Air530Z的定位器&授時器，使用STM32G030F6P6單片機進行數據處理以及顯示，使用0.96寸ST7735屏幕作為顯示終端，同時將GNRMC數據通過串口發送到電腦，供上位機處理，使用按鍵進行交互。

- 主要物料 -

01. GNSS模塊：合宙Air530Z

GNSS模塊我選用了合宙的Air530Z，原因是這個模塊使用較為方便，原生支持有源GPS天線，效果OK。同時支持北斗三號、GPS以及格洛納斯系統。

02. 單片機：STM32G030F6P6

對我來說方便開發，資源充足是很重要的因素。所以我決定在STM32系列MCU里面進行選擇，項目制作前期STM32的價格一直居高不下，不過STM32G0系列卻是一股清流。粗略估計了下所需要的資源后，我最終選擇了STM32G030F6P6。

03. 屏幕：0.96寸 ST7735 LCD

至于信息的顯示，肯定需要使用屏幕。不過是使用LCD還是OLED屏幕呢？我最終決定使用LCD屏幕。原因也很簡單：它可以顯示不同的色彩，制作出來的界面更加漂亮。所以，屏幕最終定型為0.96寸 ST7735 LCD屏幕。

04. 其他元器件：參見文末原工程鏈接BOM表

- 硬件設計 -

大框架定下來了，我便著手進行PCB的繪制。到目前為止，我已經繪制了3個版本的PCB。每一次迭代的原因幾乎都是發現了一些之前忽略掉的，而現在發現了能難受半天的小缺陷。不過，每個版本都是可以正常使用的。

- 程序開發 -

至于程序，得益于之前玩GNSS模塊的成果，沒有費多大功夫就寫出了初版基本可用的程序。使用STM32CubeMX工具和MDK工具鏈進行開發，是大多數像我一樣的新手的選擇罷：

一開始我想著是準備上RT-Thread實時系統的，后面又想了想感覺沒多大必要，于是就采取了裸機跑程序的方案。事實證明，沒有外加存儲器的情況下，屏幕所使用的字庫非常占用Flash空間。

當前版本下采用O1優化，程序大小已經來到了驚人的31.54KB，距離塞滿我這顆32KB ROM的MCU只差一步之遙。

MCU開了兩個串口，一個用于和模塊通信，另一個與上位機進行通信。與模塊之間的數據流是持續不斷的，所以我在這里使用了DMA來進行串口的數據接收以減輕CPU的負擔，同時避免丟失數據包。

- 硬件制作 -

既然程序準備OK了，那么就等待PCB到貨進行焊接制作了。全貼片方案果然還是使用加熱臺來進行焊接最安逸了 ：

焊接完成并且燒錄程序后，我們就得到了這樣的成果：

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主要功能及開源交流

合宙Air530Z模塊在使用有源天線以及在存在后備電源供電的情況下時，熱啟動定位非常迅速，幾乎可以說是秒定位。不過當模塊內存儲的歷書過期后，使用冷啟動就要稍微慢一些了。

- 主要功能 -

根據功能內容的實現和顯示差異，我將程序分為了如下幾個功能界面：

01.啟動界面

上電時，我們會看到一個啟動界面（飛機上未錄制，此處使用之前的圖片素材）。

02.詳細信息首界面

開機后默認會進入詳細信息界面：系統將會顯示當前時間、速度、經緯度以及梅登海德網格。最上方的狀態欄則指示了當前定位情況、系統溫度（MCU內置的溫度傳感器，使用了工廠校準值）和電池剩余電量指示（電壓估算，沒有使用庫侖計，因此并不精準，只能作為參考）。

03.日期與時間專題顯示界面

通過PCB頂部的右側按鈕可以進行翻頁，進入日期與時間的專題顯示。此時還可以通過頂部的左側按鈕，切換UTC時間與CST（即北京時間）。

04.速度專題顯示界面

接下來的一頁是速度的專題顯示，一共三組數值：分別是km/h、m/s和節。事實上顯示的速度換算關系并不精準，原因是內容刷新時間并不一致。刷新存在先后關系，導致并非展示同一時刻下的數據。

05.系統信息顯示界面

再接下來的一頁是系統信息的展示，內容有當前系統溫度（對，和狀態欄上那個是一樣的）、當前系統工作電壓（通過使用ADC對內置的Vrefint通道進行采樣，再通過內置的通道校準值來計算實際的3.3V供電電壓）、當前電池電壓以及固件版本。

06.報文信息顯示界面

最后一頁是原始的GNSS報文展示，我這里為了解析方便，設定了模塊只使用GNRMC報文。GNRMC已經足夠使用，缺點則是沒有高程信息以及衛星數量的報告。后面如果有時間，我再嘗試加上其它報文（如GNGLL、GNGGA等）的解析功能吧。

在屏幕展示這些數據的同時，MCU與上位機通信的串口也不會閑著。它會實時轉發模塊發來的GNRMC數據包，這樣，我們將這個設備插上電腦（它自帶了CH340N芯片），便可以同步使用例如BktTimeSync之類的軟件，來利用GNSS系統對電腦進行授時了。這對于在野外操作FT8等嚴格要求時序的通聯模式有較大幫助。

現在的固件只包含了以上功能，接下來我會嘗試繼續完善這個小玩具。比如增加更多報文的解析、自定義啟動屏幕的呼號顯示等功能，再將現在的GUI美化一下。希望剩余的ROM還能支持我這么干~

- 開源交流 -

同時我也正在學習SolidWorks軟件的使用，想給這個小玩具做一個3D打印的外殼。目前本項目已開源，歡迎感興趣的朋友一起來交流。

特別感謝@W_Linus大佬
期待更多精彩作品