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Raspberry Pi 4G HAT GNSS機能の使い方

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この文書は AI によって翻訳されています。内容に不正確な点や改善すべき点がございましたら、文書下部のコメント欄または以下の Issue ページにてご報告ください。
https://github.com/Seeed-Studio/wiki-documents/issues

はじめに​

4G LTEモジュールへのGNSSの統合により、その機能が強化され、IoTアプリケーション向けに正確なリアルタイム位置情報と信頼性の高い通信が可能になります。マルチコンステレーションGNSSシステムをサポートすることで、このモジュールはリモートやサービスが不足している地域でも正確で信頼性の高い位置追跡を提供します。これらの機能は、資産追跡、車両管理、リアルタイムの遠隔監視などのシナリオに最適です。 4G LTE接続と組み合わせることで、このソリューションはクラウドや制御システムへのシームレスなデータ送信を保証し、野生動物保護、農業自動化、緊急対応などの重要なユースケースの効率的な管理を可能にします。この組み合わせは、モビリティとアクセス性を必要とする産業に適した、スケーラブルでコスト効率の高い位置情報ベースの自動化アプローチを提供します。

ハードウェア準備​

GNSSアンテナを接続する必要があります。さらに、Python APIを使用して、人間が読みやすく理解しやすい形式で正確な位置情報を取得します。また、4Gアンテナも設置する必要があります。

ハードウェア準備​

Raspberry Pi 5GPSアンテナRaspberry Pi 4G LTE CAT4 HAT
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ATコマンドと通信するための必要なドライバーがインストールされていない場合は、インストールしてください

セットアップ​

Raspberry Pi 4G LTE Hat または Windows Qcom ToolでGNSSを使用する​

ステップ 1: GNSSをオンにする​

  • Raspberry Pi上でMinicomを開くか、Windows上でUSB経由でQcom Toolを開きます。
sudo minicom -D /dev/ttyUSB2 # Raspberry Piでminicomを使用する場合
  • GNSSを有効化するために以下のコマンドを入力します：
AT+QGPS=1

期待される応答:

OK
  • これによりGNSS機能がオンになります。
  • 有効化後、NMEA文がデフォルトで「usbnmea」ポートから出力されます。

ステップ 2: 位置情報を取得する​

  • GNSS座標やその他の情報を取得するには、以下を入力します：
AT+QGPSLOC=0

応答例:

+QGPSLOC: 063416.400,3143.2951N,11713.0655E,0.6,224.9,2,162.57,17.6,9.5,110620,07 OK

  • 応答の説明:
    • 063416.400: UTC時間 (HHMMSS.SSS形式)
    • 3143.2951N: 緯度 (31°43.2951'N)
    • 11713.0655E: 経度 (117°13.0655'E)
    • 0.6: 水平方向精度低下 (HDOP)
    • 224.9: 高度 (メートル)
    • 2: 位置固定タイプ (2 = 2D固定, 3 = 3D固定)
    • その他のパラメータは詳細なGNSSデータを提供します。

ステップ 3: GNSSをオフにする​

  • 必要なデータを取得した後、以下を入力してGNSSを無効化し、電力を節約します：
AT+QGPSEND

期待される応答

OK
  • このコマンドによりGNSSモジュールがシャットダウンされ、リソースが節約されます。

Pythonコードの実装​

ステップ 1. ディレクトリと仮想環境の準備​

  • Raspberry Pi上でターミナルを開きます。
  • 新しいプロジェクトフォルダを作成し、その中に移動します：
mkdir GNSS_EX
cd GNSS_EX
  • Python仮想環境を設定します：
python3 -m venv --system-site-packages env
  • 仮想環境を有効化します：
source env/bin/activate
  • 必要なライブラリをインストールします：
pip install pyserial geopy

ステップ 2. Pythonスクリプトの準備​

  • Thonny Python IDE (Raspberry Piにプリインストール済み) を開きます。

  • Thonnyで新しいファイルを作成し、提供されたコードをエディタに貼り付けます。

  • usb_portパラメータをRaspberry Piの4G HAT用シリアルポートに合わせて更新します。通常、/dev/ttyUSB2または/dev/ttyUSB3である可能性があります。例：

usb_port = "/dev/ttyUSB2"
  • ファイルをGNSS_EXフォルダ内にtest_gnss.pyとして保存します。

import serial
import time
from geopy.geocoders import Nominatim


def send_at_command(serial_port, command, delay=1):
    """ATコマンドを送信し、応答を読み取る。"""
    serial_port.write((command + '\r\n').encode())
    time.sleep(delay)
    response = serial_port.read_all().decode()
    print(f"コマンド: {command}\n応答: {response}")
    return response


def parse_coordinates(response):
    """AT+QGPSLOC応答から座標を解析する。"""
    if "+QGPSLOC:" in response:
        try:
            data = response.split(":")[1].strip().split(",")
            # 生座標を抽出 (N/S/E/W付き)
            latitude_raw, longitude_raw = data[1], data[2]

            # N/S/E/Wを削除して正確に解析
            latitude = convert_to_decimal(latitude_raw[:-1], 'N' in latitude_raw)
            longitude = convert_to_decimal(longitude_raw[:-1], 'E' in longitude_raw)

            print(f"緯度: {latitude}, 経度: {longitude}")
            return latitude, longitude
        except (IndexError, ValueError) as e:
            print(f"座標解析エラー: {e}")
            return None, None
    return None, None


def convert_to_decimal(coord, positive=True):
    """NMEA形式の座標を10進形式に変換する。"""
    # 度と分に座標を分割
    degrees = int(float(coord) // 100)
    minutes = float(coord) % 100
    decimal = degrees + (minutes / 60)

    # 南半球または西半球の場合は負にする
    return decimal if positive else -decimal


def get_location(lat, lon):
    """geopyを使用して人間が読める位置情報を取得する。"""
    geolocator = Nominatim(user_agent="gnss_locator")
    try:
        location = geolocator.reverse((lat, lon), exactly_one=True)
        return location.address if location else "位置情報が見つかりません"
    except Exception as e:
        print(f"ジオコーディングエラー: {e}")
        return "位置情報取得エラー"


def automate_gnss(port, baudrate=9600):
    """GNSSコマンドを自動化し、位置情報を取得する。"""
    try:
        with serial.Serial(port, baudrate, timeout=1) as ser:
            print("シリアルポートに接続しました。")

            # GNSSをオンにする
            send_at_command(ser, "AT+QGPS=1", delay=2)

            # 位置情報を取得する
            response = send_at_command(ser, "AT+QGPSLOC=0", delay=2)
            latitude, longitude = parse_coordinates(response)

            if latitude and longitude:
                print(f"座標: 緯度 = {latitude}, 経度 = {longitude}")
                location = get_location(latitude, longitude)
                print(f"位置情報: {location}")
            else:
                print("座標を取得できませんでした。")

            # GNSSをオフにする
            send_at_command(ser, "AT+QGPSEND", delay=2)
            print("GNSSプロセスが完了しました。")

    except serial.SerialException as e:
        print(f"エラー: {e}")


# USBポートを設定 (例: '/dev/ttyUSB0' または Windowsの場合 'COM3')
usb_port = "/dev/ttyUSB2"  # システムに応じて更新
automate_gnss(usb_port)


ステップ 3. スクリプトを実行する​

  • ターミナルを開き、プロジェクトディレクトリにいることを確認します：
cd GNSS_EX
  • 仮想環境を有効化します：
source env/bin/activate
  • Pythonを使用してスクリプトを実行します：
python test_gnss.py
  • 出力結果

リソース​

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