NEO-6M GPS 模块

它是什么

GNSS 接收机：一块接收卫星星座广播的授时信号、并根据各信号到达时刻之差解算自身位置的芯片。NEO-6M 是入门机器人最先见到的模块——u-blox 接收机、陶瓷贴片天线和一个串口。

车上唯一能报告绝对位置的传感器。本站其他传感器——编码器、IMU、反射阵列——测的都是变化量或局部特征。正是 GPS 让里程计漂移不至于无界累积，也正是它让一台户外小车可以被告知一公里外的目的地。

工作原理

不用你问它，它 9600 波特率 NMEA 0183 句子往外说——一逗号分隔行一消息，每秒好几条。

其中两条就承载了机器人需要的一切：

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,...   fix quality, sats, HDOP
$GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,...      validity, position, speed, course

读到定位解之后，先做有效性筛选。RMC 里的状态字段 A 表示有效、V 表示无效，而 GGA 里的定位质量为 0 表示无解——这两种情况下，句子照样带着看起来很合理的坐标。HDOP 字段抓的是更隐蔽的失效：它描述的是卫星几何分布，而几何分布差时，它会给出一个自信却偏出几十米的答案。

纬度是度分格式（4807.038 是 48° 07.038′），不是度。转一次，再转相对固定原点的米——算术在这里——下游全是控制器懂的单位。

什么时候用它

机器人在户外作业、行驶距离超过里程计能撑住的范围时用它：航点车、割草机、测绘平台、农业机器人。粗略地说，开了三十米之后，纯靠航位推算累积的误差就已经超过一次 GPS 定位所携带的误差。

室内永远别用，追求精度的时候也别用：2.5 m 对一辆 30 cm 宽的车来说实在太远了。GPS 告诉你身处田地的哪一块；轮子编码器告诉你在这块里的哪一米以内。两者都用，并做融合。

按价值排序的升级路径：先提高更新率（5 或 10 Hz 能消除大部分数据陈旧问题），然后换多星座模块（GPS 加上 GLONASS 或 Galileo 能改善几何分布，也就是改善 HDOP），最后才轮到 RTK——它能达到厘米级，但需要基站、数据链路，以及一份不同的预算。

常见坑

• **冷启动以分钟计，不是以秒计。**没有星历时，接收机必须以 50 bps 从卫星下载星历。机器人在户外首次上电时看起来像是死了，通常只是在等。
• **它没有航向。**只有位置。要配上磁力计或陀螺仪；对地航向在约 1 m/s 以下毫无意义。
• **往 RX 灌 5 V 会烧掉 3.3 V 模块。**查一下你的转接板有没有做电平转换。模块 TX 接 5 V 板子没问题。
• **天线要的是天空，不是视野。**它上方的金属——包括你自己的底盘板——都会让你损失卫星。把它装在顶部，平放、朝上。
• 绝不直接跟随原始定位解。在两次定位之间做航位推算，每来一个新解就修正一次；直接跟随定位解会让跟踪误差大一个数量级，转向次数是四倍。
• **六位小数是 11 cm——而且已经超出 float 能存的精度。**换算成相对于任务原点的米，而不是拿原始的度数去做算术。

引脚与接线

RX 完全可以悬空。GPS 默认 9600 波特率 NMEA 一直流，不问也说，只读位置的车这就够。提更新率、静默无用句子才接 RX。

不用库读它

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial gps(4, 3);          // RX from module TX, TX to module RX

char line[100];
uint8_t len = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  gps.begin(9600);
}

void loop() {
  while (gps.available()) {
    char c = gps.read();
    if (c == '\n') {
      line[len] = '\0';
      if (strncmp(line, "$GPRMC", 6) == 0) handleRmc(line);
      len = 0;
    } else if (len < sizeof(line) - 1) {
      line[len++] = c;
    }
  }
}

void handleRmc(char *s) {
  // $GPRMC,time,status,lat,N/S,lon,E/W,speed,course,date,...
  char *field[13] = {nullptr};
  uint8_t n = 0;
  for (char *tok = strtok(s, ","); tok && n < 13; tok = strtok(nullptr, ",")) field[n++] = tok;

  if (n < 7 || field[2][0] != 'A') return;      // 'V' = void. Coordinates are still present
                                                 // and still meaningless. Gate on this.
  Serial.print(toDegrees(field[3], field[4][0]), 6);
  Serial.print(' ');
  Serial.println(toDegrees(field[5], field[6][0]), 6);
}

// NMEA gives ddmm.mmmm — degrees and DECIMAL MINUTES, not decimal degrees.
double toDegrees(const char *ddmm, char hemisphere) {
  double raw = atof(ddmm);
  int deg = (int)(raw / 100);
  double minutes = raw - deg * 100;
  double result = deg + minutes / 60.0;
  return (hemisphere == 'S' || hemisphere == 'W') ? -result : result;
}

最要紧两行正是大家跳的两行。

field[2][0] != 'A' 是有效性判据。没有定位解的接收机照样会发出格式完美的 RMC 句子并带着坐标——通常是上次已知位置，或者全零。不检查状态标志的代码，会自信地把机器人导航到大西洋中央，也就是 0°N 0°E 所在之处。

toDegrees 之所以存在，是因为 4807.038 不是 4807.038 度，也不是 48.07038 度，而是 48° 07.038′，也就是 48.1173°。把 NMEA 坐标当成十进制度来用，是最常见的 GPS 缺陷，而误差大到不可能忽略——这倒是它唯一的好处。

真正的项目请用 TinyGPS++。它把所有句子类型、校验和以及各种边界情况都处理掉了。上面这个手写版本值得跑一遍，好让你知道它究竟在做什么。

精度：数字真意思

**CEP 是中位数，不是上界。**一半的定位解比 2.5 m 更差，而在建筑物附近这条长尾拖得更长。对一辆 30 cm 宽的车来说，“几米内的某个地方”不是一个位置——而是一片区域。

**HDOP 是要看的字段。**讲卫星几何不讲信号质量，自信答案偏几十米的就是它：

有效标志和 HDOP 都要筛选。HDOP 为 12 的定位解不算定位解；那只是一个带小数点的猜测。

静态漂移，为什么要紧

把 GPS 模块纹丝不动地放十分钟，记录下每一个定位解。你会得到一团几米宽的散布点。什么都没动。

在写任何导航代码之前亲眼看到这一点，是最重要的一件事，因为直接跟随原始定位解为什么没有希望，答案就在这里。喂给控制器这样一团散布，控制器就会追着它跑，于是机器人持续蛇形前进却几乎没有进展。而在两次定位之间用编码器做航位推算、只把每个新定位解用来修正缓慢漂移的话，同一个控制器就能跟踪得很干净——航点导航教程里有具体数字。

配置模块

提高更新率是性价比最高的一项改动，值得在任何其他事情之前先做。u-blox 模块接受二进制 UBX 命令：

// UBX-CFG-RATE: 200 ms measurement period -> 5 Hz
const uint8_t setRate5Hz[] = {
  0xB5, 0x62, 0x06, 0x08, 0x06, 0x00,
  0xC8, 0x00,          // 200 ms
  0x01, 0x00,          // one measurement per solution
  0x01, 0x00,          // align to GPS time
  0xDE, 0x6A           // checksum
};

void setup() {
  gps.begin(9600);
  delay(100);
  gps.write(setRate5Hz, sizeof(setRate5Hz));
}

5 Hz 下 9600 波特率成瓶颈——全 NMEA 句子 200 ms 塞不下。要么波特率 38400，要么关不用的句子（GSV 尤其啰嗦，报车不需要的卫星细节）。

注意 NEO-6M 配置不存，模块无电池备份。每次开机发。

故障排查

选哪个模块

升级路按序走。更新率去大半陈旧，白送。多星座接收机见星多，几何好即 HDOP 好——精度规格之外真实世界提升大，尤其楼边。RTK 能达到厘米级，对一台需要在田里沿着线条走的机器人来说是质变，但它需要基站、修正数据链路，以及大约十倍的预算。

任何价位、任何型号的 GPS 模块都不给你的一样东西：静止时的航向。对地航向是从连续位置推算出来的，所以在约 1 m/s 以下它全是噪声，零速时更毫无意义。一台需要知道自己朝哪儿的机器人，无论 GPS 多好，都需要磁力计或陀螺仪。