IoT-For-Beginners 定位跟踪实战用 CounterFit 虚拟 GPS 传感器读取 UART 位置数据【免费下载链接】IoT-For-Beginners12 Weeks, 24 Lessons, IoT for All!项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/io/IoT-For-Beginners本文是 IoT-For-Beginners 课程 Transportation运输项目第 1 课「Location tracking定位跟踪」中虚拟设备分支的完整实战指南基于 CounterFit 模拟一个通过 UART 串口输出的 GPS 传感器用 Python 编写虚拟 IoT 设备程序读取原始 NMEA 数据并掌握 Lat/Lon、NMEA、GPX 三种数据注入方式。读完并完成实操后你将能在没有真实硬件的情况下搭建完整的 GPS 读取链路为后续解码位置数据、构建车辆跟踪应用打下基础。背景虚拟 GPS 传感器如何模拟真实硬件在本课中你将给虚拟 IoT 设备virtual IoT device添加一个 GPS 传感器并读取它的值。虚拟设备使用的 GPS 传感器是一个模拟器件通过 UART通用异步收发传输器以一个串口serial port对外提供数据。真实 GPS 传感器内部有一根天线用于接收 GPS 卫星的无线电波并将 GPS 信号转换成 GPS 数据。虚拟版本通过以下三种方式模拟这一行为设置纬度和经度Lat/Lon直接指定一个位置可同时指定参与定位的卫星数量发送原始 NMEA 语句NMEA sentences手动填入 NMEA 0183 标准报文由虚拟传感器逐条发出上传 GPX 文件GPX fileGPX 文件包含一条轨迹上的多个 GPS 位置点虚拟传感器会按每秒 1 个的节奏依次返回每个位置。注NMEA 语句的具体含义语句结构、GGA 定位报文、度分格式等会在本课后续内容中专门讲解对应课程主文档见 Location tracking 课程 README英文原版本课本文档为 virtual-device-gps-sensor.md。任务一在 CounterFit 中添加 GPS 传感器要使用虚拟 GPS 传感器需要先把它添加到 CounterFit 应用中。前置条件Python 项目与 CounterFit 包如果尚未完成虚拟设备环境搭建可先参考课程第 1 课的 虚拟单板计算机指南其中包含创建 Python 虚拟环境、安装 CounterFit 相关 pip 包以及运行counterfit启动 Web 应用的完整步骤。此处仅列出与 GPS 传感器相关的要点在电脑上创建一个名为gps-sensor的文件夹里面只有一个名为app.py的文件和一个 Python 虚拟环境.venv并在虚拟环境中安装 CounterFit 的 pip 包CounterFit、counterfit-connection等。额外安装一个 CounterFit shim垫片包它能让 Python 代码通过串口连接与基于 UART 的虚拟传感器通信。务必在已激活虚拟环境的终端中执行pip install counterfit-shims-serial确保 CounterFit Web 应用正在运行在安装了 CounterFit 的虚拟环境终端中执行counterfit启动它会自动在浏览器中打开界面。提示如果 5000 端口被其他应用占用可以在代码中修改连接端口并用CounterFit --port port_number以其他端口启动 CounterFit详见第 1 课虚拟设备指南。创建 UART GPS 传感器在 CounterFit 界面的Sensors面板中找到Create sensor创建传感器区域展开Sensor type传感器类型下拉框选择UART GPS将Port端口保持默认值/dev/ttyAMA0不变——这是虚拟 GPS 传感器使用的 UART 端口地址/dev/ttyAMA0正是树莓派等单板计算机上 UART 硬件串口的典型设备文件名CounterFit 借此保持虚拟硬件与真实硬件的命名一致点击Add按钮在端口/dev/ttyAMA0上创建 GPS 传感器。传感器创建成功后会出现在传感器列表中。任务二编写读取 GPS 数据的 Python 应用虚拟 IoT 设备现在可以编程来使用这个虚拟 GPS 传感器了。确保gps-sensor应用已在 VS Code 中打开打开app.py文件在文件顶部添加以下代码让应用连接到 CounterFitfrom counterfit_connection import CounterFitConnection CounterFitConnection.init(127.0.0.1, 5000)这段代码从counterfit-connectionpip 包导入CounterFitConnection类并初始化到运行在本机127.0.0.1localhost、端口 5000 上的 CounterFit 应用的连接。在下方添加以下代码导入所需库包括 CounterFit 串口库并打开虚拟串口import time import counterfit_shims_serial serial counterfit_shims_serial.Serial(/dev/ttyAMA0)这段代码从counterfit_shims_serialpip 包导入串口模块然后连接到/dev/ttyAMA0串口——这正是虚拟 GPS 传感器为其 UART 端口使用的串口地址。shim 的意义在于你在电脑上写这段代码时代码形态与在树莓派上用物理串口驱动访问 UART 外设完全一致从而保证虚拟设备代码可以直接移植到真实硬件。再往下添加读取串口数据并打印到控制台的代码def print_gps_data(line): print(line.rstrip()) while True: line serial.readline().decode(utf-8) while len(line) 0: print_gps_data(line) line serial.readline().decode(utf-8) time.sleep(1)代码逻辑说明定义了函数print_gps_data把传入的一行数据去掉行尾字符rstrip()后打印到控制台外层while True循环不断从串口读取数据。内层循环在每一轮中尽可能多地读取文本行每读一行就调用一次print_gps_data当某次readline()返回空行没有新数据时本轮读取结束程序休眠 1 秒后再次尝试从而避免忙等待同时保持 1 秒级的轮询节奏——与虚拟 GPS 传感器每秒发一个位置点的节奏相匹配。完整的可直接运行代码参见仓库中的 app.py 示例文件。运行该代码。注意要使用与运行 CounterFit 应用的终端不同的终端这样才能让 CounterFit 应用保持运行状态从 CounterFit 应用中改变 GPS 传感器的值见下一节控制台就会开始打印传感器数据。三种数据注入方式Lat/Lon、NMEA、GPX在 CounterFit 应用中选择已创建的 GPS 传感器后可以通过以下三种方式之一设置其数据源Source配置完成后点击Set按钮把这些值提交给传感器。方式一Lat/Lon经纬度直接设定将Source设为Lat/Lon设置明确的纬度、经度以及用于获得 GPS 定位fix的卫星数量该值只会发送一次因此需勾选Repeat复选框让数据每秒重复发送。方式二NMEA原始语句将Source设为NMEA在文本框中填入若干条 NMEA 语句所有语句都会被发送且在每条新的 GGA定位语句可以被读取之前会有 1 秒的延迟你可以使用 NMEA 语句生成类工具如 NMEA 生成器网站通过在地图上绘制轨迹来生成这些语句这些值同样只发送一次因此勾选Repeat复选框让全部语句发送完毕后隔 1 秒重复。方式三GPX 轨迹文件将Source设为 GPX 文件上传一个包含轨迹位置点的 GPX 文件GPX 文件可从众多流行的地图与徒步网站如 AllTrails 等户外轨迹站点下载。文件以轨迹形式包含多个 GPS 位置点GPS 传感器会以 1 秒为间隔依次返回每个新位置值只发送一次因此同样建议勾选Repeat复选框让全部位置发送完毕后隔 1 秒重复。观察原始输出并理解 GGA 报文程序运行后你会看到 GPS 传感器的原始输出形如$GNGGA,020604.001,4738.538654,N,12208.341758,W,1,3,,164.7,M,-17.1,M,,*67 $GNGGA,020604.001,4738.538654,N,12208.341758,W,1,3,,164.7,M,-17.1,M,,*67这些看似乱码的输出其实是标准的 NMEA 0183 报文。以这条$GNGGAGPS Fix DataGPS 定位数据语句为例它包含纬度、经度、海拔、参与定位的卫星数量等信息纬度部分是4738.538654,N采用 NMEA 的(dd)dmm.mmmm度分格式47 度 38.538654 分方向字符N表示北纬因此是正纬度换算为十进制度约47.6423109经度部分是12208.341758,W122 度 08.341758 分方向字符W表示西经因此是负经度换算为十进制度约-122.1390293。这正是 GPS 传感器输出的原始数据形态。在本课的下一步「Decode GPS sensor data解码 GPS 数据」中你会使用开源 NMEA 解析库把这类原始报文解码为可用的经纬度——虚拟设备与树莓派共用的解码指南见 single-board-computer-gps-decode.md仓库中也提供了对应的解码版示例代码在pynmea2解析基础上增加了S/W方向的负值处理可参考 code-gps-decode 示例。课程 README 末尾还给出了进阶挑战不依赖第三方库自己编写一个从 NMEA 语句中提取经纬度的解码器。小结与验证清单完成本节后你的虚拟 GPS 链路应满足以下验证点验证项预期结果虚拟环境中已安装counterfit-shims-serialpip install成功终端已激活.venvCounterFit 传感器列表中存在 UART GPS 传感器端口为/dev/ttyAMA0运行app.py后 CounterFit 状态为 Connected应用已连接127.0.0.1:5000设置 Lat/Lon 并勾选 Repeat 后运行控制台每秒打印一条$GNGGA...语句切换为 NMEA / GPX 数据源语句或轨迹点按 1 秒节奏依次输出至此你已经成功用虚拟硬件完成了 GPS 传感器编程——无需任何实体设备代码即可直接复用到树莓派或 Wio Terminal 等真实硬件上这也是 IoT-For-Beginners 课程「同一套代码虚拟/真实设备通用」的核心设计思路。【免费下载链接】IoT-For-Beginners12 Weeks, 24 Lessons, IoT for All!项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/io/IoT-For-Beginners创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考 
长河君 · 2026/9/14 11:20:43 · 阅读 1.2k IoT-For-Beginners 定位跟踪实战：用 CounterFit 虚拟 GPS 传感器读取 UART 位置数据
IoT-For-Beginners 定位跟踪实战用 CounterFit 虚拟 GPS 传感器读取 UART 位置数据【免费下载链接】IoT-For-Beginners12 Weeks, 24 Lessons, IoT for All!项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/io/IoT-For-Beginners本文是 IoT-For-Beginners 课程 Transportation运输项目第 1 课「Location tracking定位跟踪」中虚拟设备分支的完整实战指南基于 CounterFit 模拟一个通过 UART 串口输出的 GPS 传感器用 Python 编写虚拟 IoT 设备程序读取原始 NMEA 数据并掌握 Lat/Lon、NMEA、GPX 三种数据注入方式。读完并完成实操后你将能在没有真实硬件的情况下搭建完整的 GPS 读取链路为后续解码位置数据、构建车辆跟踪应用打下基础。背景虚拟 GPS 传感器如何模拟真实硬件在本课中你将给虚拟 IoT 设备virtual IoT device添加一个 GPS 传感器并读取它的值。虚拟设备使用的 GPS 传感器是一个模拟器件通过 UART通用异步收发传输器以一个串口serial port对外提供数据。真实 GPS 传感器内部有一根天线用于接收 GPS 卫星的无线电波并将 GPS 信号转换成 GPS 数据。虚拟版本通过以下三种方式模拟这一行为设置纬度和经度Lat/Lon直接指定一个位置可同时指定参与定位的卫星数量发送原始 NMEA 语句NMEA sentences手动填入 NMEA 0183 标准报文由虚拟传感器逐条发出上传 GPX 文件GPX fileGPX 文件包含一条轨迹上的多个 GPS 位置点虚拟传感器会按每秒 1 个的节奏依次返回每个位置。注NMEA 语句的具体含义语句结构、GGA 定位报文、度分格式等会在本课后续内容中专门讲解对应课程主文档见 Location tracking 课程 README英文原版本课本文档为 virtual-device-gps-sensor.md。任务一在 CounterFit 中添加 GPS 传感器要使用虚拟 GPS 传感器需要先把它添加到 CounterFit 应用中。前置条件Python 项目与 CounterFit 包如果尚未完成虚拟设备环境搭建可先参考课程第 1 课的 虚拟单板计算机指南其中包含创建 Python 虚拟环境、安装 CounterFit 相关 pip 包以及运行counterfit启动 Web 应用的完整步骤。此处仅列出与 GPS 传感器相关的要点在电脑上创建一个名为gps-sensor的文件夹里面只有一个名为app.py的文件和一个 Python 虚拟环境.venv并在虚拟环境中安装 CounterFit 的 pip 包CounterFit、counterfit-connection等。额外安装一个 CounterFit shim垫片包它能让 Python 代码通过串口连接与基于 UART 的虚拟传感器通信。务必在已激活虚拟环境的终端中执行pip install counterfit-shims-serial确保 CounterFit Web 应用正在运行在安装了 CounterFit 的虚拟环境终端中执行counterfit启动它会自动在浏览器中打开界面。提示如果 5000 端口被其他应用占用可以在代码中修改连接端口并用CounterFit --port port_number以其他端口启动 CounterFit详见第 1 课虚拟设备指南。创建 UART GPS 传感器在 CounterFit 界面的Sensors面板中找到Create sensor创建传感器区域展开Sensor type传感器类型下拉框选择UART GPS将Port端口保持默认值/dev/ttyAMA0不变——这是虚拟 GPS 传感器使用的 UART 端口地址/dev/ttyAMA0正是树莓派等单板计算机上 UART 硬件串口的典型设备文件名CounterFit 借此保持虚拟硬件与真实硬件的命名一致点击Add按钮在端口/dev/ttyAMA0上创建 GPS 传感器。传感器创建成功后会出现在传感器列表中。任务二编写读取 GPS 数据的 Python 应用虚拟 IoT 设备现在可以编程来使用这个虚拟 GPS 传感器了。确保gps-sensor应用已在 VS Code 中打开打开app.py文件在文件顶部添加以下代码让应用连接到 CounterFitfrom counterfit_connection import CounterFitConnection CounterFitConnection.init(127.0.0.1, 5000)这段代码从counterfit-connectionpip 包导入CounterFitConnection类并初始化到运行在本机127.0.0.1localhost、端口 5000 上的 CounterFit 应用的连接。在下方添加以下代码导入所需库包括 CounterFit 串口库并打开虚拟串口import time import counterfit_shims_serial serial counterfit_shims_serial.Serial(/dev/ttyAMA0)这段代码从counterfit_shims_serialpip 包导入串口模块然后连接到/dev/ttyAMA0串口——这正是虚拟 GPS 传感器为其 UART 端口使用的串口地址。shim 的意义在于你在电脑上写这段代码时代码形态与在树莓派上用物理串口驱动访问 UART 外设完全一致从而保证虚拟设备代码可以直接移植到真实硬件。再往下添加读取串口数据并打印到控制台的代码def print_gps_data(line): print(line.rstrip()) while True: line serial.readline().decode(utf-8) while len(line) 0: print_gps_data(line) line serial.readline().decode(utf-8) time.sleep(1)代码逻辑说明定义了函数print_gps_data把传入的一行数据去掉行尾字符rstrip()后打印到控制台外层while True循环不断从串口读取数据。内层循环在每一轮中尽可能多地读取文本行每读一行就调用一次print_gps_data当某次readline()返回空行没有新数据时本轮读取结束程序休眠 1 秒后再次尝试从而避免忙等待同时保持 1 秒级的轮询节奏——与虚拟 GPS 传感器每秒发一个位置点的节奏相匹配。完整的可直接运行代码参见仓库中的 app.py 示例文件。运行该代码。注意要使用与运行 CounterFit 应用的终端不同的终端这样才能让 CounterFit 应用保持运行状态从 CounterFit 应用中改变 GPS 传感器的值见下一节控制台就会开始打印传感器数据。三种数据注入方式Lat/Lon、NMEA、GPX在 CounterFit 应用中选择已创建的 GPS 传感器后可以通过以下三种方式之一设置其数据源Source配置完成后点击Set按钮把这些值提交给传感器。方式一Lat/Lon经纬度直接设定将Source设为Lat/Lon设置明确的纬度、经度以及用于获得 GPS 定位fix的卫星数量该值只会发送一次因此需勾选Repeat复选框让数据每秒重复发送。方式二NMEA原始语句将Source设为NMEA在文本框中填入若干条 NMEA 语句所有语句都会被发送且在每条新的 GGA定位语句可以被读取之前会有 1 秒的延迟你可以使用 NMEA 语句生成类工具如 NMEA 生成器网站通过在地图上绘制轨迹来生成这些语句这些值同样只发送一次因此勾选Repeat复选框让全部语句发送完毕后隔 1 秒重复。方式三GPX 轨迹文件将Source设为 GPX 文件上传一个包含轨迹位置点的 GPX 文件GPX 文件可从众多流行的地图与徒步网站如 AllTrails 等户外轨迹站点下载。文件以轨迹形式包含多个 GPS 位置点GPS 传感器会以 1 秒为间隔依次返回每个新位置值只发送一次因此同样建议勾选Repeat复选框让全部位置发送完毕后隔 1 秒重复。观察原始输出并理解 GGA 报文程序运行后你会看到 GPS 传感器的原始输出形如$GNGGA,020604.001,4738.538654,N,12208.341758,W,1,3,,164.7,M,-17.1,M,,*67 $GNGGA,020604.001,4738.538654,N,12208.341758,W,1,3,,164.7,M,-17.1,M,,*67这些看似乱码的输出其实是标准的 NMEA 0183 报文。以这条$GNGGAGPS Fix DataGPS 定位数据语句为例它包含纬度、经度、海拔、参与定位的卫星数量等信息纬度部分是4738.538654,N采用 NMEA 的(dd)dmm.mmmm度分格式47 度 38.538654 分方向字符N表示北纬因此是正纬度换算为十进制度约47.6423109经度部分是12208.341758,W122 度 08.341758 分方向字符W表示西经因此是负经度换算为十进制度约-122.1390293。这正是 GPS 传感器输出的原始数据形态。在本课的下一步「Decode GPS sensor data解码 GPS 数据」中你会使用开源 NMEA 解析库把这类原始报文解码为可用的经纬度——虚拟设备与树莓派共用的解码指南见 single-board-computer-gps-decode.md仓库中也提供了对应的解码版示例代码在pynmea2解析基础上增加了S/W方向的负值处理可参考 code-gps-decode 示例。课程 README 末尾还给出了进阶挑战不依赖第三方库自己编写一个从 NMEA 语句中提取经纬度的解码器。小结与验证清单完成本节后你的虚拟 GPS 链路应满足以下验证点验证项预期结果虚拟环境中已安装counterfit-shims-serialpip install成功终端已激活.venvCounterFit 传感器列表中存在 UART GPS 传感器端口为/dev/ttyAMA0运行app.py后 CounterFit 状态为 Connected应用已连接127.0.0.1:5000设置 Lat/Lon 并勾选 Repeat 后运行控制台每秒打印一条$GNGGA...语句切换为 NMEA / GPX 数据源语句或轨迹点按 1 秒节奏依次输出至此你已经成功用虚拟硬件完成了 GPS 传感器编程——无需任何实体设备代码即可直接复用到树莓派或 Wio Terminal 等真实硬件上这也是 IoT-For-Beginners 课程「同一套代码虚拟/真实设备通用」的核心设计思路。【免费下载链接】IoT-For-Beginners12 Weeks, 24 Lessons, IoT for All!项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/io/IoT-For-Beginners创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考