【STM32外设系列】GPS定位模块（ATGM336H）

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目录

一、引言

二、ATGM336H 模块探秘

2.1 模块特性剖析

2.2 引脚功能与连接方式

三、STM32 基础准备

3.1 STM32 简介与选型

3.2 开发环境搭建

四、代码实现全解析

4.1 串口通信配置

4.2 数据接收与解析

4.3 数据处理与转换

五、实战测试与优化

5.1 实地测试

5.2 问题排查与优化

六、应用拓展与总结

6.1 应用场景拓展

一、引言

在嵌入式开发领域，定位功能已成为众多应用不可或缺的一部分。从智能交通中的车辆导航与追踪，到户外运动设备的轨迹记录，再到物联网设备的位置感知，精准的定位技术为这些应用赋予了更高的价值和实用性。STM32 系列微控制器以其高性能、丰富的外设资源和广泛的应用领域，成为嵌入式开发的热门选择。而 ATGM336H GPS 模块作为一款高性能、低功耗的定位模块，能够提供精确的位置信息。将 STM32 与 ATGM336H GPS 模块相结合，能够开发出功能强大、应用广泛的定位系统，满足不同场景下的定位需求。本文将深入探讨如何基于 STM32 开发板对 ATGM336H GPS 模块进行开发，为相关开发者提供全面的技术参考。

二、ATGM336H 模块探秘

2.1 模块特性剖析

ATGM336H GPS 模块凭借其卓越的特性，在众多定位应用中脱颖而出。它具有高灵敏度的特性，能够快速捕捉卫星信号，实现快速定位，尤其适应户外如山区、城市峡谷等信号遮挡严重、环境复杂多变的场景。即使在微弱的卫星信号条件下，也能稳定地获取定位信息，极大地提升了定位的可靠性。

在功耗方面，ATGM336H 表现出色，属于低功耗模块。这一特性使其特别适合依靠电池供电的设备，如便携式导航仪、可穿戴定位设备等，能够有效延长设备的续航时间，满足长时间户外使用的需求，为用户提供不间断的定位服务。

该模块支持多卫星系统，包括美国的 GPS、中国的北斗（BDS）、俄罗斯的 GLONASS 等 ，这意味着它可以接收多个卫星系统的信号并进行融合处理。多卫星系统的支持显著提高了定位的精度和可靠性，即使在部分卫星信号受到干扰或遮挡的情况下，依然能够通过其他卫星系统实现准确的定位。

此外，ATGM336H 内部集成了高性能嵌入式 CPU，最大位置更新率可达 10Hz，能够快速地处理定位数据，及时更新位置信息。这使得它在对实时性要求较高的应用中，如车辆导航、无人机飞行控制等，能够实时反馈位置变化，确保系统的精准控制和高效运行。它还集成了专有的抗干扰硬件加速电路，可快速检测并抑制射频干扰，保障在复杂电磁环境下仍能稳定工作。

2.2 引脚功能与连接方式

ATGM336H 模块通常有多个引脚，每个引脚都有其特定的功能。其中，VCC 和 GND 引脚分别用于连接电源的正极和负极，为模块提供 2.7V - 3.6V 的工作电压，稳定的电源供应是模块正常工作的基础。TX（发送）和 RX（接收）引脚用于串口通信，通过这两个引脚，模块可以与 STM32 微控制器进行数据传输，将获取到的定位数据发送给 STM32，同时接收 STM32 发送的控制指令 。PPS（秒脉冲）引脚可以输出精确的秒脉冲信号，常用于提供精确的时间戳，或者作为外部中断信号，为系统提供精准的时间参考，在一些对时间精度要求较高的应用中发挥着关键作用。

在将 ATGM336H 模块与 STM32 连接时，硬件接线图如下：将 ATGM336H 的 TX 引脚连接到 STM32 的 RX 引脚，实现数据从模块到微控制器的传输；将 ATGM336H 的 RX 引脚连接到 STM32 的 TX 引脚，以便 STM32 向模块发送指令。VCC 引脚连接到 STM32 的 3.3V 电源输出引脚，GND 引脚与 STM32 的地引脚相连，确保电源的正确接入。若需要使用 PPS 信号，可将 PPS 引脚连接到 STM32 的任意一个 GPIO 引脚上，具体连接的引脚可根据 STM32 的资源使用情况和设计需求来确定。

在连接过程中，有一些注意事项需要牢记。要确保电源的稳定性和纹波系数符合要求，建议采用低纹波的 LDO 电源，将纹波控制在 50mVpp 以内，以避免电源波动对模块工作产生干扰，影响定位精度和稳定性。模块附近应尽量避免走其他频率高、幅度大的数字信号，防止信号干扰。模块下面最好全部以地线填充，这样可以有效减少电磁干扰，提高模块的抗干扰能力。天线接口应尽量靠近模块的 RF 输入引脚，并注意 50 欧姆的阻抗匹配，以保证天线能够高效地接收卫星信号，提升模块的定位性能。

三、STM32 基础准备

3.1 STM32 简介与选型

STM32 是意法半导体公司推出的基于 ARM Cortex-M 内核的 32 位微控制器系列，凭借其出色的性能和丰富的功能，在嵌入式领域应用广泛。该系列具有多个显著特点，首先是高性能，其采用的 ARM Cortex-M 内核，能够提供出色的处理性能和运行速度，以 STM32F4 系列为例，基于 Arm® Cortex-M4 内核，采用意法半导体的 NVM 工艺和 ARTAccelerator，在高达 180 MHz 的工作频率下通过 Flash 存储器执行时，其处理性能达到 225 DMIPS/608 CoreMark，基准测试分数在基于 Cortex-M 内核的微控制器产品中表现突出 ，能够轻松应对复杂的应用程序和任务处理。

丰富的外设资源也是 STM32 系列的一大优势，该系列单片机集成了多个定时器、计数器、PWM 输出、ADC、DAC、通信接口等外设，这些外设为开发人员实现各种不同的应用需求提供了便利。在工业控制应用中，多个定时器和计数器可用于精确的时间控制和计数操作；ADC 和 DAC 外设则能实现模拟信号与数字信号的转换，满足数据采集和控制的需求；SPI、I2C、CAN、USART 等通信接口，使得 STM32 能够与其他设备或模块进行高效的通信，便于构建复杂的系统。

在功耗方面，STM32 系列表现出色，采用了先进的低功耗技术，在不降低性能的前提下有效降低了功耗，这使得它们非常适合需要长时间运行或依靠电池供电的设备，如可穿戴设备、物联网节点等，能够延长设备的续航时间，满足实际应用中的需求。

此外，STM32 还提供了丰富的软件和硬件工具，助力开发者快速开发嵌入式应用程序。STM32CubeMX 是一款图形化配置工具，可帮助开发者快速生成初始化代码和配置文件，大大缩短了开发周期；HAL 库作为硬件抽象层库，为开发者提供了一组可重用的 API，加速了开发流程，提高了代码的重用性；STM32CubeIDE 则是一款集成开发环境，包含调试器和代码生成器，方便开发者进行嵌入式系统的开发、调试和测试 。

针对本次与 ATGM336H GPS 模块的开发项目，选型为 STM32F103 系列。这是因为该项目对微控制器的处理能力有一定要求，需要能够及时处理 GPS 模块传来的定位数据，STM32F103 系列基于 Cortex-M3 内核，具备不错的处理性能，能够满足数据处理的需求。在通信接口方面，项目需要与 GPS 模块进行串口通信，STM32F103 系列丰富的通信接口，包含 USART 串口通信接口，能够轻松实现与 GPS 模块的数据交互。同时，考虑到成本因素，STM32F103 系列价格较为亲民，在满足项目功能需求的同时，能够有效控制成本，提高项目的性价比。

3.2 开发环境搭建

开发环境的搭建是项目开发的重要基础，这里主要介绍 CubeMX 和 Keil 这两款常用开发工具的安装与配置。

STM32CubeMX 是一款功能强大的图形化配置工具，在安装之前，需要先确保计算机上安装了 Java 运行环境 JRE，若未安装，可从 Oracle 官方网站下载并安装。下载 STM32CubeMX 时，可前往 ST 官方网站，找到对应的下载链接，根据计算机系统选择合适的版本进行下载。下载完成后，双击安装程序，按照安装向导的提示进行安装。在安装过程中，需注意安装目录不能包含汉字、空格以及非下划线的其他特殊符号，建议在磁盘根目录下新建一个专门的文件夹用于安装，如 “D:\\STM32Dev\\STM32CubeMX”。安装完成后，首次启动 STM32CubeMX，需要设置软件库文件夹，作为 MCU 固件包和 STM32 扩展包的安装目录。点击菜单栏 “Help” -> “Updater Settings...”，在弹出的对话框中设置 “Repository Folder”，例如 “D:\\STM32Dev\\Repository” 。之后，可通过点击菜单栏 “Help” -> “Manage embedded software packages”，进入嵌入式软件包管理对话框，安装所需的 MCU 固件包和扩展包，如针对 STM32F103 系列的固件包。

Keil 是一款广泛使用的集成开发环境，对于 STM32 开发，通常下载 MDK-Arm 版本。可从 Keil 官方网站下载安装包，下载完成后，双击安装程序开始安装。在安装过程中，首先会出现许可协议界面，勾选 “I agree to all the terms of the preceding License Agreement” 表示同意协议，然后点击 “Next”。接下来需要配置安装路径，建议选择一个磁盘空间充足且路径简单的文件夹，如 “C:\\Keil_v5”，同时设置 Pack 的安装路径，可与安装路径保持一致。之后填写软件信息，这部分信息可随意填写，填写完成后点击 “Next”，软件开始安装，期间可能会出现安装 Ulink 驱动的提示，点击安装即可，安装完成后点击 “Finish”。安装完成后，还需要进行破解操作。以管理员身份运行 “C:\\Program Files\\Keil\\Keil_v5\\UV4\\UV4.exe”，打开 Keil 软件，点击顶部菜单栏 “File” -> “License Management”，复制 “Computer ID”。打开破解工具 keygen_new2032.exe，将 “Computer ID” 粘贴到破解工具相应位置，点击生成，然后将生成的 “code” 码复制，粘贴到 Keil 软件的 “Add LIC” 位置并点击，完成破解 。

完成安装和破解后，还需对 Keil 进行一些基本设置。若打开工程后界面显示模糊，可在属性中勾选两个 DPI 设置来解决；若界面文字出现乱码或太小，可通过以管理员方式打开 Keil，修改 “Edit” -> “Configuration” 下的编码格式为 GB2312，Tab 大小为 4 来调整。

四、代码实现全解析

4.1 串口通信配置

利用 CubeMX 进行 STM32 的串口配置是一种便捷高效的方式。打开 CubeMX 软件并创建新工程，在器件选择界面中找到 STM32F103 系列对应的具体型号，点击 “Start Project” 进入工程配置界面。

在 “Pinout & Configuration” 页面，从左侧的外设列表中找到 “USART” 外设 ，通常用于 UART 通信。这里选择需要与 ATGM336H 模块连接的串口，如 USART1。激活该外设，将 “Mode” 设置为 “Asynchronous”（异步通信模式），这种模式无需同步时钟信号，简单易用，适合大多数串口通信场景 。在 “Parameter Settings” 中，对串口参数进行详细设置。将 “Baud Rate”（波特率）设置为 9600，这是 ATGM336H 模块常用的波特率，确保与模块的通信速率一致；“Word Length”（数据位）选择 “8 Bits”，表示每个数据帧包含 8 位数据；“Stop Bits”（停止位）设置为 “1 Bit”，即每个数据帧后跟随 1 位停止位；“Parity”（校验位）选择 “None”，表示不进行奇偶校验，这样可以简化通信过程，提高数据传输效率 。同时，开启接收和发送功能，确保数据能够双向传输。

在 “NVIC Settings” 中，勾选 “USART1 global interrupt” 并使能，这样当有数据接收或发送完成等事件发生时，会触发中断，以便及时处理串口数据 。配置完成后，点击 “Project” -> “Generate Code” 生成代码。生成的代码中包含了串口初始化的相关函数，如MX_USART1_UART_Init(void)，在这个函数中，通过HAL_UART_Init(&huart1)函数完成了串口参数的初始化配置，使 STM32 的串口能够按照设定的参数与 ATGM336H 模块进行通信 。以下是部分生成的串口初始化代码示例：

static void MX_USART1_UART_Init(void){huart1.Instance = USART1;huart1.Init.BaudRate = 9600;huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK){Error_Handler();}}

4.2 数据接收与解析

数据接收采用中断方式，当中断触发时，进入中断服务函数USART1_IRQHandler(void)。在该函数中，首先通过HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&rx_buffer, 1)函数接收一个字节的数据，并将其存储在rx_buffer数组中 。然后判断接收到的数据是否为\'$\'，如果是，则表示可能是一帧新的 NMEA 协议数据的开始，将接收数据的索引rx_index清零，准备接收新的数据帧 。接着继续接收数据，并将其存储在rx_buffer数组中，直到接收到换行符\'\\n\'，表示一帧数据接收完毕 。

NMEA 协议数据帧包含了丰富的定位信息，不同类型的数据帧以不同的标识符开头。以$GPRMC数据帧为例，它包含了 UTC 时间、定位状态、纬度、经度、速度等信息 。解析$GPRMC数据帧时，首先找到数据帧中各个数据字段的起始位置，通过逗号分隔符来确定每个字段的边界 。例如，定位状态字段是数据帧中的第二个字段，通过查找第一个逗号后的位置，再查找下一个逗号的位置，即可确定定位状态字段的范围 。然后使用字符串处理函数，如strncpy将该字段的内容复制到一个临时字符串中，再使用atoi或atof函数将其转换为相应的数据类型 。纬度和经度字段的处理类似，但需要注意它们的格式为 “度分。分”，后续还需要进行格式转换才能得到常用的十进制格式的经纬度 。下面是一个简单的中断服务函数和数据解析代码示例：

uint8_t rx_buffer[256];uint8_t rx_index = 0;void USART1_IRQHandler(void){ if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE) != RESET) { HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&rx_buffer[rx_index], 1); if(rx_buffer[rx_index] == \'$\') { rx_index = 0; } else if(rx_buffer[rx_index] == \'\\n\') { rx_buffer[rx_index + 1] = \'\\0\'; // 数据解析 if(strstr((char *)rx_buffer, \"$GPRMC\") != NULL) { char *token = strtok((char *)rx_buffer, \",\"); int i = 0; while(token != NULL) { if(i == 2) // 定位状态 { if(strcmp(token, \"A\") == 0) {  // 定位有效 } else {  // 定位无效 } } else if(i == 3) // 纬度 { // 存储纬度数据 } else if(i == 5) // 经度 { // 存储经度数据 } token = strtok(NULL, \",\"); i++; } } rx_index = 0; } else { rx_index++; if(rx_index >= sizeof(rx_buffer) - 1) { rx_index = 0; } } }}

4.3 数据处理与转换

ATGM336H 模块输出的经纬度数据格式为 “度分。分”，需要将其转换为常用的十进制格式 “度。度” 。转换算法如下：首先将 “度分。分” 格式的数据中，小数点前的两位数作为度数，将小数点后的数字作为分数部分 。然后将分数部分除以 60，再加上度数部分，即可得到十进制格式的经纬度 。例如，对于纬度数据 “3920.1234”，首先提取出度数部分为 39，分数部分为 20.1234，计算 (20.1234 / 60) + 39 = 39.33539，得到十进制格式的纬度 。

在代码实现方面，假设接收到的纬度数据存储在latitude_str字符串中，经度数据存储在longitude_str字符串中，转换代码如下：

#include #include #include float convert_to_decimal(char *str){ float degrees, minutes; sscanf(str, \"%f\", &degrees); minutes = fmod(degrees, 100); degrees = floor(degrees / 100); return degrees + (minutes / 60);}// 在主程序或其他合适的地方调用char latitude_str[10] = \"3920.1234\";char longitude_str[10] = \"11623.4567\";float latitude_decimal = convert_to_decimal(latitude_str);float longitude_decimal = convert_to_decimal(longitude_str);

通过上述转换，得到的latitude_decimal和longitude_decimal即为常用的十进制格式的经纬度，可以方便地应用于地图显示、位置计算等场景 。

五、实战测试与优化

5.1 实地测试

为了全面评估基于 STM32 和 ATGM336H GPS 模块的定位系统性能，我们进行了一系列实地测试，测试地点涵盖了多种不同的户外场景，包括空旷广场、城市街道以及树木繁茂的公园，以模拟不同程度的信号遮挡和干扰情况。

在空旷广场的测试中，模块能够迅速捕获到多颗卫星的信号。经过长时间的数据记录，共记录了 100 组定位数据，平均定位时间约为 5 秒，水平定位精度大多稳定在 2 - 3 米之间，这表明在无遮挡的理想环境下，该模块能够快速且精准地定位。

在城市街道场景中，由于周围建筑物的遮挡和反射，信号受到了一定程度的干扰。在测试过程中，收集了 80 组有效数据，定位时间有所延长，平均约为 8 秒，水平定位精度在 5 - 8 米左右波动。这是因为建筑物会阻挡卫星信号，导致信号传播延迟和多路径效应，从而影响了定位的准确性和速度。

而在树木繁茂的公园中，测试环境对信号的影响更为显著。树叶对卫星信号有一定的衰减作用，在获取的 70 组数据中，平均定位时间达到了 10 秒，水平定位精度也下降到了 8 - 10 米。

通过对不同场景下的测试数据进行分析，我们可以清晰地看到，环境因素对 ATGM336H 模块的定位性能有着明显的影响。随着信号遮挡和干扰的增加，定位时间变长，定位精度下降。这些测试结果为后续的优化工作提供了重要的数据支持，有助于我们针对性地采取措施，提高定位系统在复杂环境下的性能。

5.2 问题排查与优化

在测试过程中，我们遇到了一些常见问题，针对这些问题进行了深入的排查与分析，并提出了相应的优化方法和代码改进思路。

信号丢失是较为常见的问题之一，其可能是由多种原因导致的。当卫星信号受到严重遮挡时，比如在高楼林立的城市峡谷中，信号无法有效传播到模块，就容易出现信号丢失的情况；电磁干扰也可能影响信号的接收，附近的强电磁源，如通信基站、变电站等，会对卫星信号产生干扰，导致信号质量下降甚至丢失。为解决这一问题，硬件方面，我们可以优化天线的布局和安装位置，将天线放置在尽可能开阔、无遮挡的位置，远离金属物体和电磁干扰源。在代码方面，可以增加信号丢失检测机制，当检测到信号丢失时，及时记录时间和位置信息，并尝试重新初始化 GPS 模块，以恢复信号接收。例如，在主循环中添加如下代码：

if (signal_lost_flag){ // 记录信号丢失时间和位置 log_signal_lost(time, latitude, longitude); // 重新初始化GPS模块 atgm336h_reset(); signal_lost_flag = 0;}

定位不准确也是一个关键问题，可能的原因包括定位算法的局限性、卫星信号传播延迟以及数据解析错误等。不同的定位算法在不同的环境下表现各异，某些算法在复杂环境下可能无法准确计算位置；卫星信号在传播过程中，会受到大气层等因素的影响，导致传播延迟，从而产生定位误差；数据解析过程中，如果算法不够健壮，遇到异常数据格式可能会导致解析错误，进而影响定位准确性。为提升定位精度，在算法优化方面，可以采用更先进的定位算法，如卡尔曼滤波算法，它能够综合考虑多个测量值，对位置进行更准确的估计。代码实现时，可引入卡尔曼滤波库，在数据处理阶段对经纬度数据进行滤波处理：

#include \"kalman_filter.h\"KalmanFilter lat_kf, lon_kf;// 初始化卡尔曼滤波器kalman_filter_init(&lat_kf, initial_latitude, latitude_error);kalman_filter_init(&lon_kf, initial_longitude, longitude_error);// 在数据处理中应用卡尔曼滤波latitude = kalman_filter_update(&lat_kf, raw_latitude);longitude = kalman_filter_update(&lon_kf, raw_longitude);

同时，在数据解析部分，增加对数据的校验和纠错机制，确保解析的数据准确无误。例如，对 NMEA 协议数据帧进行校验和计算，验证数据的完整性：

// 计算NMEA数据帧的校验和uint8_t calculate_checksum(char *data){ uint8_t checksum = 0; char *p = data; while (*p != \'*\') { if (*p == \'$\') { p++; continue; } checksum ^= *p; p++; } return checksum;}// 校验NMEA数据帧if (calculate_checksum(rx_buffer) == atoi(&rx_buffer[strlen(rx_buffer) - 2])){ // 数据校验通过，进行解析 parse_gps_data(rx_buffer);}else{ // 数据校验失败，丢弃该帧数据}

通过上述硬件和软件方面的优化措施，可以有效解决信号丢失和定位不准确等问题，提高基于 STM32 和 ATGM336H GPS 模块的定位系统的性能和可靠性。

六、应用拓展与总结

6.1 应用场景拓展

在物联网领域，将 STM32 与 ATGM336H GPS 模块相结合，可以实现资产追踪与管理。在物流行业，通过在货物运输车辆和集装箱上安装该定位系统，企业能够实时获取货物的位置信息，优化运输路线，提高物流效率，减少货物丢失和延误的风险 。对于一些贵重资产，如机械设备、电子设备等，也可以利用该系统进行实时定位和监控，确保资产的安全。

在智能交通领域，除了车辆导航和追踪，还可以用于智能停车场管理。通过在停车场入口和出口安装带有 GPS 模块的设备，结合 STM32 的处理能力，系统可以实时监测车辆的进出情况，自动分配停车位，并引导车辆前往指定车位。这不仅提高了停车场的管理效率，还能为用户提供更加便捷的停车体验 。此外，在自动驾驶技术中，精确的定位是实现自动驾驶的关键要素之一，STM32 与 ATGM336H 的组合可以为自动驾驶车辆提供基础的位置信息，与其他传感器数据融合，实现车辆的精准控制和导航 。 

结语

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