GPSモジュール：AE-GYSFDMAXBから緯度・経度のデータを取得したい

Question

この質問はQiitaにも同じ文面で投稿しています。
Qiitaの同じ質問
マルチポストの理由：できる限り多くの人の目に触れることで、より多くの回答を得る。
Qiitaにて解決しました
謝辞
今回の質問に回答・コメントを送ってくださった皆様、ありがとうございました。
Qiitaでいただいた回答で問題は解決しましたが、teratailでのコメント・回答からも参考になる点があり、解決に近づくことができました。ありがとうございました。詳しくはこちらをご覧ください。また、質問サイトを使い始めて間もないため、知らなかったマナーや、プログラムをする上での心構えも教えていただきました。そちらにも感謝します。
以下が解決したプログラムです。

from machine import Pin, UART
import utime

def byte2string(bData):
    try:
        return bData.decode('utf-8')
    except:
        return ''.join(map(chr, bData))

def nmea2dd(val):
    val = float(val)
    d = val // 100
    m = ((val / 100 - d) * 100) // 60
    s = (((val / 100 - d) * 100 - m) * 60) / 3600
    return d + m + s

#gps = UART(0, 9600)
gps = UART(1, baudrate=9600, tx=Pin(4), rx=Pin(5))

buf = ''
satellites = []
n_use, latitude, longitude, altitude = 0, 0, 0, 0

print("Start!")

for _ in range(100): #⭐️
    if gps.any() > 0:
        while gps.any() > 0:
            buf += byte2string(gps.read())
        sentences = buf.split('\r\n')
        for sentence in sentences:
            if len(sentence) == 0 or sentence[0] != '$': continue
            part = sentence.split(',')
            if part[-1].find('*') < 0: #checksum
                buf = sentence
                break

            #print(sentence) #すべてのNMEAデータを見る
            if part[0] == '$GPGGA':
                if part[6] == '0': continue #is invalid
                n_use, latitude, longitude, altitude = part[7], part[2], part[4], part[9]
                if len(latitude) == 0 or len(longitude) == 0: continue
                latitude, longitude = nmea2dd(latitude), nmea2dd(longitude)
            if part[0] == '$GPGSA':
                satellites = []
                for n in range(12):
                    if len(part[3 + n]) == 0: continue
                    satellites.append(int(part[3 + n]))
            if part[0] == '$GPRMC':
                dmy, hms = part[9], part[1]
                if len(dmy) == 0 or len(hms) == 0: continue
                year, month, mday, hour, minute, second = \
                    int(dmy[4:6]) + 2000, int(dmy[2:4]), int(dmy[0:2]), \
                    int(hms[0:2]), int(hms[2:4]), int(hms[4:6])
                # UTC to JST
                secs = utime.mktime((year, month, mday, hour, minute, second, 0, 0))
                secs += 9 * 3600 # +09:00
                year, month, mday, hour, minute, second, weekday, yearday = utime.localtime(secs)
                print(f"時刻：{year:04}/{month:02}/{mday:02} {hour:02}:{minute:02}:{second:02}")
                if n_use == 0: continue
                print(f'測位利用衛星：{n_use}個 {satellites}')
                print("緯度：%.8f" % (latitude))
                print("経度：%.8f" % (longitude))
                print(f"高度：{altitude}")
            if part[0] == '$GPZDA':
                print()

        else: #end of for
            buf = ''

    utime.sleep(0.1)

print("End;")

質問
Raspberry Pi PicoでGPS受信モジュール「AE-GYSFDMAXB」を使う必要があり、ネットで調べ、マイコンとの接続、プログラムまで進み、屋外で実行してみました。ですが、シェルの欄には、大半が

Request Timeout: No GPS data is found.

と表示され、稀に緯度・経度が表示されます。これは、プログラムの問題なのか、それとも、GPS受信モジュールの故障か、もしくは、通信環境が悪いか、何が原因と思われるか教えていただきたいです。もし、プログラムの問題であれば、修正案も教えていただけると助かります。わからないことがありましたら、聞いてください。
マイコン:Raspberry Pi Pico
GPSモジュール:AE-GYSFDMAXB

プログラムの出展を見つけられませんでした。すいません

from machine import Pin, UART, I2C

#Import utime library to implement delay
import utime, time

#GPS Module UART Connection
gps_module = UART(1, baudrate=9600, tx=Pin(4), rx=Pin(5))

#print gps module connection details
print(gps_module)

#Used to Store NMEA Sentences
buff = bytearray(255)

TIMEOUT = False

#store the status of satellite is fixed or not
FIX_STATUS = False

#Store GPS Coordinates
latitude = ""
longitude = ""
satellites = ""
gpsTime = ""


#function to get gps Coordinates
def getPositionData(gps_module):
    global FIX_STATUS, TIMEOUT, latitude, longitude, satellites, gpsTime
    
    #run while loop to get gps data
    #or terminate while loop after 5 seconds timeout
    timeout = time.time() + 8   # 8 seconds from now
    while True:
        gps_module.readline()
        buff = str(gps_module.readline())
        #parse $GPGGA term
        #b'$GPGGA,094840.000,2941.8543,N,07232.5745,E,1,09,0.9,102.1,M,0.0,M,,*6C\r\n'
        #print(buff)
        parts = buff.split(',')
        
        #if no gps displayed remove "and len(parts) == 15" from below if condition
        if (parts[0] == "b'$GPGGA" and len(parts) == 15):
            if(parts[1] and parts[2] and parts[3] and parts[4] and parts[5] and parts[6] and parts[7]):
                print(buff)
                #print("Message ID  : " + parts[0])
                #print("UTC time    : " + parts[1])
                #print("Latitude    : " + parts[2])
                #print("N/S         : " + parts[3])
                #print("Longitude   : " + parts[4])
                #print("E/W         : " + parts[5])
                #print("Position Fix: " + parts[6])
                #print("n sat       : " + parts[7])
                
                latitude = convertToDigree(parts[2])
                # parts[3] contain 'N' or 'S'
                if (parts[3] == 'S'):
                    latitude = -latitude
                longitude = convertToDigree(parts[4])
                # parts[5] contain 'E' or 'W'
                if (parts[5] == 'W'):
                    longitude = -longitude
                satellites = parts[7]
                gpsTime = parts[1][0:2] + ":" + parts[1][2:4] + ":" + parts[1][4:6]
                FIX_STATUS = True
                break
                
        if (time.time() > timeout):
            TIMEOUT = True
            break
        utime.sleep_ms(500)
        
#function to convert raw Latitude and Longitude
#to actual Latitude and Longitude
def convertToDigree(RawDegrees):

    RawAsFloat = float(RawDegrees)
    firstdigits = int(RawAsFloat/100) #degrees
    nexttwodigits = RawAsFloat - float(firstdigits*100) #minutes
    
    Converted = float(firstdigits + nexttwodigits/60.0)
    Converted = '{0:.6f}'.format(Converted) # to 6 decimal places
    return str(Converted)
    
    
while True:
    
    getPositionData(gps_module)

    #if gps data is found then print it on lcd
    if(FIX_STATUS == True):
        print("fix....................................................")
        print("緯度：",latitude)
        print("経度：",longitude)
        print(satellites)
        print(gpsTime)
        
        FIX_STATUS = False
        
    if(TIMEOUT == True):
        print("Request Timeout: No GPS data is found.")
        #--------------------------------------------------
        #updated on 5-May-2022
        #--------------------------------------------------
        TIMEOUT = False

Comments

[thkana]

症状は「通信精度が悪い」というものでは全くないように思います。

まずは、NMEAの解析など抜きに、モジュールから流れてくるシリアルデータをそのまま表示することを試してみてはいかがでしょう? 加工結果だけ眺めて「プログラムの問題なのか、それとも、GPS受信モジュールの故障か、もしくは、通信環境が悪いか、何が原因と思われるか」悩んでみても得られる情報は少ないです。情報の源流を辿るべきです。

[kta.0120]

プログラムをする上での必要な問題解決の術を教えていただきありがとうございます。いただいた助言の通りに「シリアルデータをそのまま表示」というのをしてみます。また、情報の源流もたどってみます。回答ありがとうございました。

[dodox86]

@質問者 kta.0120 さん

Qiitaのアカウントと同一の方でしたら、本質問はマルチポストですね。
https://qiita.com/kta_0120/questions/1d91c6979788e65cb4f2

恐らくご存じなかったのだと思いますが、マルチポストはteratailでは非推奨の行為です。
[他のサービスにも質問投稿をしたい（してしまった）] https://teratail.com/help#posted-otherservice

また、teratailに限らず一般的にQ&Aサイトではマルチポストはマナー違反とされています。

[kta.0120]

ご指摘ありがとうございます。質問サイトを使うのが初めてでしたので、マルチポストというものを初めて知りました。記載されているリンクに従った対応をさせていただきます。ご指摘ありがとうございました。

[thkana]

'#if no gps displayed remove "and len(parts) == 15" '
をキーにググってみると
https://みんなでdx.tech/2024/03/05/gps受信モジュールで現在位置を確認できます。/onsitu
が元のようですね。y_waiwai氏指摘のように「正しい」プログラムとは言いがたい気はしますが。

いやしかし、コールドスタート10～20分というのはよほどの悪環境...
GPSは、基本「全天を見渡せる」環境で使うものですよ。いまどきのモジュールなら全天見える環境ならコールドスタートでも一分以内に測位できるのではないかと思います。逆に、窓際であれ室内で使えることを期待しちゃいけません。

> まだQiitaでも解決していません。
いや、それは「誰かの言うとおりにすれば解決」というのを求めていればそういう話になるかも知れないけれど、結局いまは「あなたの環境でなにが起こっているか」を調べないと解決しないわけで...

[kta.0120]

コメントありがとうございます。自分もプログラムを初めてから3か月ほどのため自分だけで問題をすべて解決することが難しい状態です。ですので、teratailのような質問プラットフォームで解決策等の助言をいただいています。他サイトでは解決策をすぐに教えてくださる方はいますが、それでは、これから自分だけで問題を解決する能力が養われないと思っていたりもします。ですので、thkana様やy_waiwai様のように「問題解決」をするために必要な本質的な力を得る機会をいただけて感謝しています。まだまだ力不足ですが、お時間があれば解決に力を貸していただければ幸いです。

Answer 1

「AE-GYSFDMAXB」に通電し、アンテナを天空に向け３～5分後に基板上の赤いLEDは1秒ごとに点滅していますか？GPS測位できているとそのLEDが1秒毎に点滅しますのでGPSモジュールの故障切り分けができると思います。また結線も確認してください。

このGPSモジュールは測位できなくとも1秒ごとに$GPGGAは出力していますが起動後の数分は緯度経度演算できるまで位置情報が空で出力されます。
しかし質問に記載のプログラムでは位置情報がない場合Timeoutと出力される作りになっています。

そのため動作確認するには39行目の #print(buff)のコメントを外してシリアル出力を確認してください。

動作していれば1秒ごとに数行表示されます。その中に $GPGGAで始まる行があるはずです。その2カラム目の値が衛星からの時刻ですので、衛星を捕捉できている確認できます。
たとえば $GPGGA,070631.097, ...となっていればUTC7時6分31秒（＝9時間加算して日本時刻16:06:31）と読み、現在時と合っていれば衛星の捕捉はできているはずです。

そこまでできていれば複数の衛星を捕捉し緯度経度が計算できる（LEDが点滅する）まで根気よく待ってください。

Comments

[kta.0120]

細かな部分の指摘ありがとうございます！いただいた助言をもとに、根気強く待ってみます。解決ができましたら、報告させていただきます。回答ありがとうございました。

[thkana]

(あれ? 昨夜書くだけ書いて送信してなかった)
なかなか測位に至らない、というだけなら待てばいいかも知れませんが、
> 稀に緯度・経度が表示されます
というところがちょっと引っかかります。一度測位すると、受信が途切れたとしてもNMEA出力にはそのデータを当面は保持するものが多いので。

[hqf00342]

thkana様
気になる点を全部は書けていないので
（例えばこのモジュールはロジックレベルは3V3ですがVccは5Vなのでどう給電しているのか等）
稀にうまくいくケース等は少しずつ切り分けをしていくのかと思います。

[kta.0120]

@thkanaa様
@hqf00342様
お話合いありがとうございます。もし、不明点などがありましたらお聞きください。わかる範囲でお答えします。

[kta.0120]

解決しました。hqf00342様の回答からも参考になった点がありました。ありがとうございました。

[thkana]

https://teratail.com/help#posted-otherservice
> 解決した際には必ずteratail及びすべての投稿に解決した旨と、どのように解決したかを記載してください。
とも重なりますが、

https://teratail.com/help#about-teratail
teratailは、
> プログラミングをする中で起きた解決できない課題について本当に困っている人をサポートすること、また、価値のあるコンテンツを世の中に残し届ける事を目的としています。
前半はあなたの問題が解決することで果たされました。
後半の目的を果たすために、以下をお願いします。
https://teratail.com/help#resolve-myself
> また後から読む人のためにも、具体的な解決手順を記載してください。

[kta.0120]

ご指摘ありがとうございます。対応します。

Answer 2

そのGPSユニットのことは全く知りませんが、、
ぱっと見て気になったところを

   while True:
        gps_module.readline()
        buff = str(gps_module.readline())
        #parse $GPGGA term

gps_module.readline　という関数は、GPSからの通信電文を1行分取得するもの、だと思いますが（そこらへんどういう動作をするのか確認しましょう）、
１行分の電文を捨てて、次の行を取得してそれを使用する、という動作となってます

なぜそんなことをしているのか、を説明できるでしょうか

Comments

[kta.0120]

回答ありがとうございます。プログラムはサイトからのコピペしたものですので、そのサイトにもう一度戻り、このプログラムの動作を確認してみます。問題にぶつかったとき、このコードはどういうことなのか説明できる力をつけていきたいと思います。回答ありがとうございました。

[kta.0120]

解決しました。ご助言を下さりありがとうございました。

Answer 3

自己解決しました

開発環境
・raspberry pi pico
・micro python
・GPSモジュール：AE-GYSFDMAXB
接続(AE-GYSFDMAXBーPico)
5VーVBUS
GNDーGND
RXDーGP3(5番ピン)
TXDーGP2(4番ピン) #UARTです

窓際だけだと誤差が大きかったりしますが、外で受信すると誤差はありませんでした。誤差が大きいようであれば、hqf00342さんのコメントの通り、一度外で受信してみてください。

プログラム

from machine import Pin, UART
import utime

def byte2string(bData):
    try:
        return bData.decode('utf-8')
    except:
        return ''.join(map(chr, bData))

def nmea2dd(val):
    val = float(val)
    d = val // 100
    m = ((val / 100 - d) * 100) // 60
    s = (((val / 100 - d) * 100 - m) * 60) / 3600
    return d + m + s

#gps = UART(0, 9600)
gps = UART(1, baudrate=9600, tx=Pin(4), rx=Pin(5))

buf = ''
satellites = []
n_use, latitude, longitude, altitude = 0, 0, 0, 0

print("Start!")

for _ in range(100): #⭐️
    if gps.any() > 0:
        while gps.any() > 0:
            buf += byte2string(gps.read())
        sentences = buf.split('\r\n')
        for sentence in sentences:
            if len(sentence) == 0 or sentence[0] != '$': continue
            part = sentence.split(',')
            if part[-1].find('*') < 0: #checksum
                buf = sentence
                break

            #print(sentence) #すべてのNMEAデータを見る
            if part[0] == '$GPGGA':
                if part[6] == '0': continue #is invalid
                n_use, latitude, longitude, altitude = part[7], part[2], part[4], part[9]
                if len(latitude) == 0 or len(longitude) == 0: continue
                latitude, longitude = nmea2dd(latitude), nmea2dd(longitude)
            if part[0] == '$GPGSA':
                satellites = []
                for n in range(12):
                    if len(part[3 + n]) == 0: continue
                    satellites.append(int(part[3 + n]))
            if part[0] == '$GPRMC':
                dmy, hms = part[9], part[1]
                if len(dmy) == 0 or len(hms) == 0: continue
                year, month, mday, hour, minute, second = \
                    int(dmy[4:6]) + 2000, int(dmy[2:4]), int(dmy[0:2]), \
                    int(hms[0:2]), int(hms[2:4]), int(hms[4:6])
                # UTC to JST
                secs = utime.mktime((year, month, mday, hour, minute, second, 0, 0))
                secs += 9 * 3600 # +09:00
                year, month, mday, hour, minute, second, weekday, yearday = utime.localtime(secs)
                print(f"時刻：{year:04}/{month:02}/{mday:02} {hour:02}:{minute:02}:{second:02}")
                if n_use == 0: continue
                print(f'測位利用衛星：{n_use}個 {satellites}')
                print("緯度：%.8f" % (latitude))
                print("経度：%.8f" % (longitude))
                print(f"高度：{altitude}")
            if part[0] == '$GPZDA':
                print()

        else: #end of for
            buf = ''

    utime.sleep(0.1)

print("End;")