Für einige Projekte, z.b: im CarComputer-Bereich, wird die aktuelle GPS Position benötigt. Dazu kann an den Raspberrry Pi ein USB GPS Empfänger angeschlossen und ausgewertet werden. Die meisten der für den USB-Port erhältlichen GPS-Mäuse melden sich als serielles Gerät an und werden von dem Raspberry Pi ohne Treiberinstallation automatisch erkannt. Empfehlenswert ist der GlobalSat BU-353-S4 GPS-USB-Empfänger. Er bietet mit dem SirfStar 4 Chip eine sehr gute Empfangsleistung. Der Zugriff auf die GPS Daten kann über die Tool Suite gpsd erfolgen.

GPS Empfänger einrichten

Wird der GPS-Empfänger an den Raspberry Pi angeschlossen muss er in der Liste der USB Geräte auftauchen. Diese kann mit dem Befehl „lsusb“ aufgerufen werden.

root@raspberrypi:~# sudo lsusb
Bus 001 Device 002: ID 0424:9512 Standard Microsystems Corp.
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp.
Bus 001 Device 004: ID 067b:2303 Prolific Technology, Inc. PL2303 Serial Port

Je nach Hersteller ist des GPS-Empfängers unterscheidet sich die Bezeichnung des Gerätes. In diesem Fall ist es das Gerät „Prolific Technology, Inc. PL2303 Serial Port“.
Raspbian weißt dem Gerät automatisch einen virtuellen USB Port zu. Welcher Port zugewiesen wurde kann aus dem Syslog gelesen werden mit dem Befehl: „sudo tail -f /var/log/syslog“. Hier wurde der Port „ttyUSB0“ zugewiesen. Die Logdatei kann wie die meisten Konsolen Programme mit Strg+C beendet werden:

root@raspberrypi:/dev# sudo tail -f /var/log/syslog
Apr  7 17:55:11 raspberrypi kernel: [4926303.396898] usb 1-1.3: New USB device strings: Mfr=0, Product=0, SerialNumber=0
Apr  7 17:55:11 raspberrypi kernel: [4926303.452197] usbcore: registered new interface driver usbserial
Apr  7 17:55:11 raspberrypi kernel: [4926303.454106] usbcore: registered new interface driver usbserial_generic
Apr  7 17:55:11 raspberrypi kernel: [4926303.455879] USB Serial support registered for generic
Apr  7 17:55:11 raspberrypi kernel: [4926303.455924] usbserial: USB Serial Driver core
Apr  7 17:55:11 raspberrypi kernel: [4926303.465107] usbcore: registered new interface driver pl2303
Apr  7 17:55:11 raspberrypi kernel: [4926303.465828] USB Serial support registered for pl2303
Apr  7 17:55:11 raspberrypi kernel: [4926303.465944] pl2303 1-1.3:1.0: pl2303 converter detected
Apr  7 17:55:11 raspberrypi kernel: [4926303.477427] usb 1-1.3: pl2303 converter now attached to ttyUSB0

Um die von dem GPS-Empfänger empfangen GPS-Koordinaten auszulesen empfehlen sich unter Linux die bereits angesprochenen gpsd Tools. Diese können mit folgendem Befehl installiert werden:

sudo apt-get install gpsd gpsd-clients python-gps

Der gpsd Daemon wird wie folgt gestartet:

sudo gpsd /dev/ttyUSB0 -F /var/run/gpsd.sock -G

Das Flag „-G“ sorgt dafür, das der Server unter allen IP-Adressen auf Port 2947 erreichbar ist und nicht nur unter localhost. Unter Windows kann dies z.B. mit Telnet getestet werden. (Telnet muss ab Windows 7 über „Programme und Funktionen“ in der Systemsteuerung nachinstalliert werden)

telnet IP_ADRESSE_RASPI 2947

Für den GlobalSat Empfänger kann es notwendig sein sein Binärprotokoll nach NMEA zu ändern damit dieses korrekt von gpsd verarbeitet wird. Dies kann mit dem Befehl „gpsctl -n“ erreicht werden.

Anzeige der GPS Daten

Die GPS-Daten können auf der Konsole mit dem Programm „cgps“ angezeigt werden. Dabei ist zu beachten das der GPS Empfänger freie Sicht zum Himmel benötigen um Daten zu empfangen.

sudo cgps -s

Mit dem Befehl „xgps“ steht ein grafische Programm zur Verfügung. Ist an dem Raspberry Pi kein Monitor angeschlossen kann die Ausgabe grafischer Programme auch über SSH erfolgen wie es in diesem Artikel beschrieben.

sudo xgps

Mit dem Programm „gpsmon“ der gpsd Toolsuite lassen sich die vom GPS Empfänger gesendet Rohdaten, meist in Form von NMEA Sätzen, live auf der Console sehen. Somit kann wunderbar überprüft werden ob Daten empfangen werden.

sudo gpsmon

Auslesen der GPS-Daten in Java

Gpsd stellt die GPS-Daten in JSON codierter Form auf Port 2947 bereit. Dieses können über eine TCP/IP Socketverbindung auslesen werden. Vereinfacht wird dies unter Java mit der Library GPSd4java.

Allerdings war die Library bei mir nicht direkt lauffähig. Ich musste über die Socket-Verbindung zunächst einen Befehl schicken, der die JSON-Ausgabe der GPS-Daten startet.

?WATCH={"enable":true,"json":true};

Danach können mit der Library die Daten sehr gut ausgelesen werden. Dazu habe ich das kleine, auf dem Screenshot abgebildete, Java Programm geschrieben:

Download ausführbares Programm „jGpsdTest“:

jGpsdTest

1 Datei(en) 259.39 KB

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Java gpsd Test Source

1 Datei(en) 132.53 KB

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Die GPIO Pins des Raspberry Pi lassen sich auf unterschiedlichste weise schalten. Richtig komfortable wird es aber erst mit einer grafischen Benutzeroberfläche. Dazu habe ich das Programm „jgRaspiGPIO“ geschrieben. Es bietet eine GUI mit Raspberry Pi Visualisierung wobei für jeden GPIO Pin einen Button vorhanden ist um den Schaltzustand zu Ändern. Der aktuelle Schaltzustand wird im Programm angezeigt. Der folgende Screenshot zeigt das Programm:

Der Weg zum Programmstart:
1. Programm herunterladen 😉

jgRaspiGPIO

1 Datei(en) 305.35 KB

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2. Wenn das Programm unter Windows heruntergeladen wird kann es mit WinSCP auf den Raspberry Pi übertragen werden. Dies ist hier beschrieben.

3. Voraussetzung für die Funktion von „jgRaspiGPIO“ ist eine Java JRE auf dem Raspberry Pi. Die aktuellen Versionen von Raspbian bringen Java bereits mit. Ob und welche Java Virtual Machine (JVM) installiert ist kann mit dem Befehl „java -version“ getestet werden.

4. Das Programm nutzt eine grafische Benutzeroberfläche. Wird der Raspberry Pi headless, d.h. ohne Monitor betrieben muss die Grafikausgabe über Netzwerk erfolgen. Dazu muss bei dem SSH Protokoll das X11 Forwarding aktiviert werden. Komfortabler ist der Zugriff von Windows auf den LXDE Desktop des Raspberry Pi mit xrdp.

5. Der Start der Software erfolgt mit Root-Rechten über folgenden Befehl in dem Verzeichnis in dem das Programm liegt:

sudo java -jar jgRaspiGPIO.jar

Hintergrundinformationen für Java Entwickler

Der „Raspi GPIO Switcher“ ist in Java geschrieben und nutzt die Pi4J Library. Um die GPIO Pins zu schalten werden nur wenige Befehle benötigt. Im wesentlichen sind dies folgende:

private static final GpioController gpioController = GpioFactory.getInstance();
// Pin als Ausgabe-Pin initialisieren
GpioPinDigitalOutput pin0 = gpioController.provisionDigitalOutputPin(RaspiPin.GPIO_00, PinState.LOW);       
// Schaltzustand ändern
pin0.toggle();

Für Maven Nutzer ist noch interessant, das die Library „pi4j-native“ ausgeschlossen wird. Ansonsten kann das Projekt nicht kompiliert werden, da versucht wird die nativen Zugriffskomponenten, die nicht in Java geschrieben sind, mit dem Java Kompiler zu kompilieren.

	<dependencies>
		<dependency>
			<groupId>com.pi4j</groupId>
			<artifactId>pi4j-core</artifactId>
			<version>0.0.5</version>
			<exclusions>
				<exclusion>
					<groupId>com.pi4j</groupId>
					<artifactId>pi4j-native</artifactId>
				</exclusion>
			</exclusions>
		</dependency>
	</dependencies>

Der Quellcode kann hier heruntergeladen werden:

jgRaspiGPIO - Source

1 Datei(en) 619.17 KB

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