u-blox SAM-M10Q 데이터 파싱

 

GNSS Sam M10Q 상세 설명 참고

 

아두이노 코드는 아래와 같다.

 

ESP32-S3 연결 회로도와 코드

 

 

/*
 * test_gnsssamm10q.ino
 * ESP32-S3 - u-blox SAM-M10Q GNSS 모듈 테스트
 *
 * 기능:
 *   - UART2로 SAM-M10Q NMEA 데이터 수신 및 raw 출력
 *   - TinyGPS++ 라이브러리로 전체 NMEA 필드 파싱
 *
 * 파싱 대상 NMEA 문장 및 필드:
 *   $GNGGA  : 위도/경도, Fix 품질, 위성 수, HDOP, 고도, 지오이드 보정고, 차등보정 경과시간
 *   $GNRMC  : 위도/경도, 상태, 속도(knots), 방위각, 날짜, 자기편차, 모드
 *   $GNGSA  : 측위 모드(A/M), Fix 타입(1/2/3), PDOP, HDOP, VDOP
 *   $GNGSV  : 가시 위성 수, 위성별 PRN/고도각/방위각/SNR (최대 4기/문장)
 *   $GNGLL  : 위도/경도, 상태, 모드
 *   $GNVTG  : 진북 방위각, 자북 방위각, 속도(knots/km/h), 모드
 *
 * 라이브러리 설치 (Arduino IDE Library Manager):
 *   - "TinyGPS++" by Mikal Hart
 *
 * Hardware Connections (SAM-M10Q <-> ESP32-S3):
 *   SAM-M10Q TXO  ──►  GPIO18 (RX2)
 *   SAM-M10Q RXI  ──►  GPIO17 (TX2)
 *   SAM-M10Q VCC  ──►  3.3V
 *   SAM-M10Q GND  ──►  GND
 *
 * SAM-M10Q 기본 UART 설정:
 *   Baud rate : 9600 bps
 *   Protocol  : NMEA 0183
 */

#include <TinyGPSPlus.h>
#include <HardwareSerial.h>

// ─────────────────────────────────────────────
//  핀 / 포트 설정
// ─────────────────────────────────────────────
#define GNSS_RX_PIN   18
#define GNSS_TX_PIN   17
#define GNSS_BAUD     9600

// ─────────────────────────────────────────────
//  타이밍 상수
// ─────────────────────────────────────────────
const unsigned long PRINT_INTERVAL_MS = 2000UL;
const unsigned long NO_FIX_WARN_MS    = 30000UL;

// ─────────────────────────────────────────────
//  TinyGPS++ 객체 및 UART
// ─────────────────────────────────────────────
TinyGPSPlus    gps;
HardwareSerial gnssSerial(2);

// ─────────────────────────────────────────────
//  커스텀 파서 — $GNGGA
//  필드 인덱스는 문장 유형명 뒤 첫 번째 필드가 1
// ─────────────────────────────────────────────
// 6  : Fix 품질  0=invalid 1=GPS 2=DGPS 4=RTK Fixed 5=Float …
TinyGPSCustom ggaFixQuality (gps, "GNGGA",  6);
// 9  : 지오이드 보정고 (geoid separation, m)
TinyGPSCustom ggaGeoidSep   (gps, "GNGGA",  9);
// 10 : 지오이드 단위 (M)
TinyGPSCustom ggaGeoidUnit  (gps, "GNGGA", 10);
// 13 : 차등보정 데이터 경과시간 (초, DGPS 사용 시)
TinyGPSCustom ggaAgeDiff    (gps, "GNGGA", 13);
// 14 : 차등보정 기준국 ID
TinyGPSCustom ggaDiffStaID  (gps, "GNGGA", 14);

// ─────────────────────────────────────────────
//  커스텀 파서 — $GNGSA
// ─────────────────────────────────────────────
// 1  : 모드 A=자동선택 M=수동
TinyGPSCustom gsaMode    (gps, "GNGSA",  1);
// 2  : Fix 타입 1=NoFix 2=2D 3=3D
TinyGPSCustom gsaFixType (gps, "GNGSA",  2);
// 15 : PDOP (위치정밀도 저하율)
TinyGPSCustom gsaPdop    (gps, "GNGSA", 15);
// 16 : HDOP (수평 DOP) — TinyGPS++ 내장과 교차 확인용
TinyGPSCustom gsaHdop    (gps, "GNGSA", 16);
// 17 : VDOP (수직 DOP)
TinyGPSCustom gsaVdop    (gps, "GNGSA", 17);
// 사용 중인 위성 PRN (필드 3~14, 최대 12개)
TinyGPSCustom gsaPrn[12] = {
  TinyGPSCustom(gps, "GNGSA",  3), TinyGPSCustom(gps, "GNGSA",  4),
  TinyGPSCustom(gps, "GNGSA",  5), TinyGPSCustom(gps, "GNGSA",  6),
  TinyGPSCustom(gps, "GNGSA",  7), TinyGPSCustom(gps, "GNGSA",  8),
  TinyGPSCustom(gps, "GNGSA",  9), TinyGPSCustom(gps, "GNGSA", 10),
  TinyGPSCustom(gps, "GNGSA", 11), TinyGPSCustom(gps, "GNGSA", 12),
  TinyGPSCustom(gps, "GNGSA", 13), TinyGPSCustom(gps, "GNGSA", 14),
};

// ─────────────────────────────────────────────
//  커스텀 파서 — $GNRMC
// ─────────────────────────────────────────────
// 2  : 상태 A=유효 V=경고
TinyGPSCustom rmcStatus (gps, "GNRMC",  2);
// 10 : 자기편차 값 (도)
TinyGPSCustom rmcMagVar (gps, "GNRMC", 10);
// 11 : 자기편차 방향 E/W
TinyGPSCustom rmcMagDir (gps, "GNRMC", 11);
// 12 : 모드 A=Auto D=Diff E=Est N=Invalid
TinyGPSCustom rmcMode   (gps, "GNRMC", 12);

// ─────────────────────────────────────────────
//  커스텀 파서 — $GNVTG
// ─────────────────────────────────────────────
// 1  : 진북 방위각 (Course over ground, true)
TinyGPSCustom vtgCogsT  (gps, "GNVTG",  1);
// 3  : 자북 방위각 (Course over ground, magnetic)
TinyGPSCustom vtgCogsM  (gps, "GNVTG",  3);
// 5  : 속도 (knots)
TinyGPSCustom vtgSpeedN (gps, "GNVTG",  5);
// 7  : 속도 (km/h)
TinyGPSCustom vtgSpeedK (gps, "GNVTG",  7);
// 9  : 모드 A=Auto D=Diff E=Est N=Invalid
TinyGPSCustom vtgMode   (gps, "GNVTG",  9);

// ─────────────────────────────────────────────
//  커스텀 파서 — $GNGSV (첫 번째 문장 기준)
//  SAM-M10Q는 다중 항법 시스템을 별도 GSV 문장으로 출력
//  → 가시 위성 수는 시스템마다 다를 수 있음
// ─────────────────────────────────────────────
// 1  : 전체 문장 수
TinyGPSCustom gsvTotalMsg  (gps, "GNGSV", 1);
// 3  : 가시 위성 총 수
TinyGPSCustom gsvTotalSats (gps, "GNGSV", 3);
// 첫 번째 위성 (필드 4~7)
TinyGPSCustom gsvPrn1 (gps, "GNGSV", 4);
TinyGPSCustom gsvElev1(gps, "GNGSV", 5);
TinyGPSCustom gsvAz1  (gps, "GNGSV", 6);
TinyGPSCustom gsvSnr1 (gps, "GNGSV", 7);
// 두 번째 위성 (필드 8~11)
TinyGPSCustom gsvPrn2 (gps, "GNGSV",  8);
TinyGPSCustom gsvElev2(gps, "GNGSV",  9);
TinyGPSCustom gsvAz2  (gps, "GNGSV", 10);
TinyGPSCustom gsvSnr2 (gps, "GNGSV", 11);
// 세 번째 위성 (필드 12~15)
TinyGPSCustom gsvPrn3 (gps, "GNGSV", 12);
TinyGPSCustom gsvElev3(gps, "GNGSV", 13);
TinyGPSCustom gsvAz3  (gps, "GNGSV", 14);
TinyGPSCustom gsvSnr3 (gps, "GNGSV", 15);
// 네 번째 위성 (필드 16~19)
TinyGPSCustom gsvPrn4 (gps, "GNGSV", 16);
TinyGPSCustom gsvElev4(gps, "GNGSV", 17);
TinyGPSCustom gsvAz4  (gps, "GNGSV", 18);
TinyGPSCustom gsvSnr4 (gps, "GNGSV", 19);

// ─────────────────────────────────────────────
//  커스텀 파서 — $GNGLL
// ─────────────────────────────────────────────
// 6  : 상태 A=유효 V=무효
TinyGPSCustom gllStatus (gps, "GNGLL", 6);
// 7  : 모드
TinyGPSCustom gllMode   (gps, "GNGLL", 7);

// ─────────────────────────────────────────────
//  전역 변수
// ─────────────────────────────────────────────
unsigned long lastPrint = 0;
unsigned long lastNoFix = 0;

// ─────────────────────────────────────────────
//  함수 선언
// ─────────────────────────────────────────────
void readGnss();
void printGnssData();
void printFixStatus();
void printGgaSection();
void printRmcSection();
void printGsaSection();
void printVtgSection();
void printGsvSection();
void printGllSection();
String pad2(int v);
const char* fixQualityStr(const char* q);
const char* fixTypeStr(const char* t);

// ─────────────────────────────────────────────
//  setup()
// ─────────────────────────────────────────────
void setup() {
  pinMode(42, OUTPUT);
  digitalWrite(42, LOW);

  Serial.begin(115200);
  delay(300);

  Serial.println();
  Serial.println(F("=== GNSS SAM-M10Q Test Start ==="));

  gnssSerial.begin(GNSS_BAUD, SERIAL_8N1, GNSS_RX_PIN, GNSS_TX_PIN);
  Serial.printf("[GNSS] UART2 초기화 완료 (RX=GPIO%d, %d bps)\n",
                GNSS_RX_PIN, GNSS_BAUD);
  Serial.println(F("[GNSS] NMEA 데이터 수신 대기 중...\n"));
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  loop()
// ─────────────────────────────────────────────
void loop() {
  readGnss();

  unsigned long now = millis();

  if (now - lastPrint >= PRINT_INTERVAL_MS) {
    printGnssData();
    lastPrint = now;
  }

  if (!gps.location.isValid() && (now - lastNoFix >= NO_FIX_WARN_MS)) {
    Serial.println(F("[경고] GNSS Fix 없음 - 하늘이 보이는 장소로 이동하세요."));
    lastNoFix = now;
  }
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  GNSS 수신 — raw NMEA + TinyGPS++ 파싱
// ─────────────────────────────────────────────
void readGnss() {
  while (gnssSerial.available()) {
    char c = gnssSerial.read();
    Serial.print(c);   // raw NMEA 그대로 출력
    gps.encode(c);
  }
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  전체 파싱 결과 출력
// ─────────────────────────────────────────────
void printGnssData() {
  Serial.println(F("\n======== GNSS SAM-M10Q 파싱 결과 ========"));

  // ── 수신 통계 ─────────────────────────────
  Serial.printf("[수신 문장]  통과 %lu / 실패 %lu / 문자 %lu\n",
                gps.passedChecksum(),
                gps.failedChecksum(),
                gps.charsProcessed());

  printFixStatus();
  printGgaSection();
  printRmcSection();
  printGsaSection();
  printVtgSection();
  printGsvSection();
  printGllSection();

  Serial.println(F("==========================================\n"));
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  Fix 상태 요약
// ─────────────────────────────────────────────
void printFixStatus() {
  Serial.println(F("---- [ Fix 상태 ] ----"));

  // GSA fix type이 우선 (1=NoFix, 2=2D, 3=3D)
  if (gsaFixType.isValid() && strlen(gsaFixType.value()) > 0) {
    Serial.printf("[Fix 타입]   %s\n", fixTypeStr(gsaFixType.value()));
  } else if (!gps.location.isValid()) {
    Serial.println(F("[Fix 타입]   No Fix"));
  } else {
    Serial.println(F("[Fix 타입]   Fix (GSA 미수신)"));
  }

  // GGA fix quality
  if (ggaFixQuality.isValid()) {
    Serial.printf("[Fix 품질]   %s (%s)\n",
                  ggaFixQuality.value(),
                  fixQualityStr(ggaFixQuality.value()));
  }
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  GGA 섹션 — 위치 / 고도 / 위성 / HDOP / 지오이드
// ─────────────────────────────────────────────
void printGgaSection() {
  Serial.println(F("---- [ GGA ] ----"));

  // 위도 / 경도
  if (gps.location.isValid()) {
    double lat = gps.location.lat();
    double lng = gps.location.lng();
    Serial.printf("[위도]       %.8f °%c\n", fabs(lat), lat >= 0 ? 'N' : 'S');
    Serial.printf("[경도]       %.8f °%c\n", fabs(lng), lng >= 0 ? 'E' : 'W');
    Serial.printf("[위치 정확도] ±%.1f m (추정, HDOP 기반)\n",
                  gps.hdop.isValid() ? gps.hdop.hdop() * 3.0 : -1.0);
  } else {
    Serial.println(F("[위도]       --- (Fix 없음)"));
    Serial.println(F("[경도]       --- (Fix 없음)"));
  }

  // 고도 (타원체 기준)
  if (gps.altitude.isValid()) {
    Serial.printf("[고도(타원)] %.2f m\n", gps.altitude.meters());
  } else {
    Serial.println(F("[고도(타원)] ---"));
  }

  // 지오이드 보정고 및 실제 해발고도
  if (ggaGeoidSep.isValid() && strlen(ggaGeoidSep.value()) > 0) {
    float geoid = atof(ggaGeoidSep.value());
    Serial.printf("[지오이드]   %.2f m (%s)\n", geoid, ggaGeoidUnit.value());
    if (gps.altitude.isValid()) {
      Serial.printf("[고도(해발)] %.2f m\n",
                    (float)gps.altitude.meters() - geoid);
    }
  }

  // 위성 수
  if (gps.satellites.isValid()) {
    Serial.printf("[위성 수]    %d\n", gps.satellites.value());
  }

  // HDOP
  if (gps.hdop.isValid()) {
    Serial.printf("[HDOP]       %.2f\n", gps.hdop.hdop());
  }

  // 차등보정 경과시간 / 기준국
  if (ggaAgeDiff.isValid() && strlen(ggaAgeDiff.value()) > 0) {
    Serial.printf("[차등보정]   경과 %s 초  기준국 ID: %s\n",
                  ggaAgeDiff.value(),
                  ggaDiffStaID.isValid() ? ggaDiffStaID.value() : "---");
  }
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  RMC 섹션 — 속도 / 방위각 / UTC / 자기편차
// ─────────────────────────────────────────────
void printRmcSection() {
  Serial.println(F("---- [ RMC ] ----"));

  // 상태
  if (rmcStatus.isValid()) {
    Serial.printf("[RMC 상태]   %s (%s)\n",
                  rmcStatus.value(),
                  strcmp(rmcStatus.value(), "A") == 0 ? "유효" : "경고/무효");
  }

  // UTC 날짜 / 시각 (centisecond 포함)
  if (gps.date.isValid() && gps.time.isValid()) {
    Serial.printf("[UTC]        %04d-%s-%s  %s:%s:%s.%02d\n",
                  gps.date.year(),
                  pad2(gps.date.month()).c_str(),
                  pad2(gps.date.day()).c_str(),
                  pad2(gps.time.hour()).c_str(),
                  pad2(gps.time.minute()).c_str(),
                  pad2(gps.time.second()).c_str(),
                  gps.time.centisecond());
  } else {
    Serial.println(F("[UTC]        --- (수신 중)"));
  }

  // 속도
  if (gps.speed.isValid()) {
    Serial.printf("[속도]       %.4f knots  /  %.4f km/h  /  %.4f m/s\n",
                  gps.speed.knots(),
                  gps.speed.kmph(),
                  gps.speed.mps());
  }

  // 방위각 (진북)
  if (gps.course.isValid()) {
    Serial.printf("[방위각]     %.2f ° (진북 기준)\n", gps.course.deg());
  }

  // 자기편차
  if (rmcMagVar.isValid() && strlen(rmcMagVar.value()) > 0) {
    Serial.printf("[자기편차]   %s ° %s\n",
                  rmcMagVar.value(),
                  rmcMagDir.isValid() ? rmcMagDir.value() : "");
  }

  // RMC 모드
  if (rmcMode.isValid() && strlen(rmcMode.value()) > 0) {
    Serial.printf("[RMC 모드]   %s\n", rmcMode.value());
  }
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  GSA 섹션 — DOP / 측위 모드 / 사용 위성 PRN
// ─────────────────────────────────────────────
void printGsaSection() {
  Serial.println(F("---- [ GSA ] ----"));

  if (gsaMode.isValid()) {
    Serial.printf("[GSA 모드]   %s (%s)\n",
                  gsaMode.value(),
                  strcmp(gsaMode.value(), "A") == 0 ? "자동 선택" : "수동");
  }

  if (gsaPdop.isValid() && strlen(gsaPdop.value()) > 0) {
    Serial.printf("[PDOP]       %s\n", gsaPdop.value());
  }
  if (gsaHdop.isValid() && strlen(gsaHdop.value()) > 0) {
    Serial.printf("[HDOP(GSA)]  %s\n", gsaHdop.value());
  }
  if (gsaVdop.isValid() && strlen(gsaVdop.value()) > 0) {
    Serial.printf("[VDOP]       %s\n", gsaVdop.value());
  }

  // 사용 중인 위성 PRN 목록
  Serial.print(F("[사용 위성]  PRN: "));
  bool anyPrn = false;
  for (int i = 0; i < 12; i++) {
    if (gsaPrn[i].isValid() && strlen(gsaPrn[i].value()) > 0) {
      Serial.printf("%s ", gsaPrn[i].value());
      anyPrn = true;
    }
  }
  if (!anyPrn) Serial.print(F("---"));
  Serial.println();
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  VTG 섹션 — 이중 방위각 / 속도 재확인
// ─────────────────────────────────────────────
void printVtgSection() {
  Serial.println(F("---- [ VTG ] ----"));

  if (vtgCogsT.isValid() && strlen(vtgCogsT.value()) > 0) {
    Serial.printf("[COG 진북]   %s °\n", vtgCogsT.value());
  }
  if (vtgCogsM.isValid() && strlen(vtgCogsM.value()) > 0) {
    Serial.printf("[COG 자북]   %s °\n", vtgCogsM.value());
  }
  if (vtgSpeedN.isValid() && strlen(vtgSpeedN.value()) > 0) {
    Serial.printf("[속도(VTG)]  %s knots  /  %s km/h\n",
                  vtgSpeedN.value(),
                  vtgSpeedK.isValid() ? vtgSpeedK.value() : "---");
  }
  if (vtgMode.isValid() && strlen(vtgMode.value()) > 0) {
    Serial.printf("[VTG 모드]   %s\n", vtgMode.value());
  }
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  GSV 섹션 — 가시 위성 목록 (첫 번째 문장 4기)
// ─────────────────────────────────────────────
void printGsvSection() {
  Serial.println(F("---- [ GSV — 가시 위성 ] ----"));

  if (gsvTotalSats.isValid() && strlen(gsvTotalSats.value()) > 0) {
    Serial.printf("[가시 위성]  총 %s 기 (전체 문장 수: %s)\n",
                  gsvTotalSats.value(),
                  gsvTotalMsg.isValid() ? gsvTotalMsg.value() : "?");
  }

  // 위성별 상세 (PRN | 고도각 | 방위각 | SNR)
  Serial.println(F("  PRN   고도각  방위각  SNR(dBHz)"));

  struct SatEntry {
    TinyGPSCustom *prn, *elev, *az, *snr;
  } sats[4] = {
    {&gsvPrn1, &gsvElev1, &gsvAz1, &gsvSnr1},
    {&gsvPrn2, &gsvElev2, &gsvAz2, &gsvSnr2},
    {&gsvPrn3, &gsvElev3, &gsvAz3, &gsvSnr3},
    {&gsvPrn4, &gsvElev4, &gsvAz4, &gsvSnr4},
  };

  bool anySat = false;
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    if (sats[i].prn->isValid() && strlen(sats[i].prn->value()) > 0) {
      Serial.printf("  %-5s  %-6s  %-6s  %s\n",
                    sats[i].prn->value(),
                    sats[i].elev->isValid() ? sats[i].elev->value() : "--",
                    sats[i].az->isValid()   ? sats[i].az->value()   : "--",
                    sats[i].snr->isValid()  ? sats[i].snr->value()  : "--");
      anySat = true;
    }
  }
  if (!anySat) Serial.println(F("  (위성 데이터 없음)"));
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  GLL 섹션 — 위치 상태 / 모드 재확인
// ─────────────────────────────────────────────
void printGllSection() {
  Serial.println(F("---- [ GLL ] ----"));

  if (gllStatus.isValid() && strlen(gllStatus.value()) > 0) {
    Serial.printf("[GLL 상태]   %s (%s)\n",
                  gllStatus.value(),
                  strcmp(gllStatus.value(), "A") == 0 ? "유효" : "무효");
  }
  if (gllMode.isValid() && strlen(gllMode.value()) > 0) {
    Serial.printf("[GLL 모드]   %s\n", gllMode.value());
  }
}

// ─────────────────────────────────────────────
//  헬퍼 함수들
// ─────────────────────────────────────────────
String pad2(int v) {
  return v < 10 ? "0" + String(v) : String(v);
}

const char* fixQualityStr(const char* q) {
  if (!q) return "Unknown";
  switch (q[0]) {
    case '0': return "Invalid";
    case '1': return "GPS fix";
    case '2': return "DGPS fix";
    case '3': return "PPS fix";
    case '4': return "RTK Fixed";
    case '5': return "RTK Float";
    case '6': return "Estimated (dead reckoning)";
    default:  return "Unknown";
  }
}

const char* fixTypeStr(const char* t) {
  if (!t) return "Unknown";
  switch (t[0]) {
    case '1': return "No Fix";
    case '2': return "2D Fix";
    case '3': return "3D Fix";
    default:  return "Unknown";
  }
}