GPS Modul NEO-6M

Abb. 1:Funduino 31.03.2025

Autoren: Marc Ebmeyer

Einleitung

Das GPS-Modul NEO-6M zählt zu den weit verbreiteten Empfängern für satellitengestützte Positionsbestimmung in eingebetteten Systemen und experimentellen Anwendungen. Es basiert auf der Global Positioning System (GPS)-Technologie und nutzt Signale mehrerer Satelliten, um die geographische Position, die Geschwindigkeit sowie die exakte Zeit des Empfängers mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Der NEO-6M-Empfänger integriert einen hochempfindlichen GNSS-Chip, der den Empfang selbst unter ungünstigen Umgebungsbedingungen – etwa in urbanen Gebieten oder bei partieller Abschattung – ermöglicht. Durch seine kompakten Abmessungen, die geringe Leistungsaufnahme und die standardisierte serielle Schnittstelle eignet sich das Modul insbesondere für mobile, mikrocontrollerbasierte Systeme, etwa in der Robotik, der UAV-Navigation oder der Umweltmesstechnik.

Technologisch zeichnet sich der NEO-6M durch eine hohe Empfindlichkeit, schnelle Time-to-First-Fix (TTFF) und eine zuverlässige Verarbeitung von NMEA-Datensätzen aus. Ergänzend verfügt das Modul über integrierte Funktionen wie Assisted-GPS (A-GPS) zur Beschleunigung des Positionsermittlungsprozesses und eine Pufferbatterie zur Sicherung von Almanach- und Ephemeridendaten. Diese Eigenschaften machen das NEO-6M-Modul zu einer kostengünstigen, aber leistungsstarken Lösung für Forschungs-, Entwicklungs- und Bildungsprojekte, in denen präzise und reproduzierbare Positionsdaten erforderlich sind.

Technische Übersicht

Eigenschaft	Daten
Spannungsversorgung	VCC 3-5 V
Stromaufnahme	30-50 mA
Temperaturbereich	-40 bis +85 °C
Standart Baudrate	9600
GNSS-System	GPS (L1-Band, 1575,42 MHz)
Positionsgenauigkeit	typ. 2,5 m CEP unter freiem Himmel
Geschwindigkeitsgenauigkeit	0,1 m/s
Zeitgenauigkeit	ca. ±30 ns
Time to First Fix (TTFF)	Kaltstart: 27–30 s Warmstart: 25 s Hotstart: 1 s

Pinbelegung

Pin	Belegung	Signal
1	Masse GND	0 V
2	Betriebsspannung Vcc	3-5 V
3	RXD	Empfangen von Daten anschließen an Pin_3 Arduino
4	TXD	Senden von Daten anschließen an Pin_2 Arduino
5	PPS (Pulse/s)	nicht benötigt bei PC Anschluss, kann an den CPOUT-Ausgang (clock pulse output) eines uC angeschlossen werden.

Prinziperklärung

Das Global Positioning System (GPS) ist ein satellitengestütztes Navigationssystem, das die Bestimmung der Position, Geschwindigkeit und Zeit eines Empfängers auf der Erdoberfläche oder in der Atmosphäre ermöglicht. Das zugrunde liegende physikalische Prinzip basiert auf der Laufzeitmessung elektromagnetischer Signale, die von einer Vielzahl orbitaler Satelliten ausgesendet werden. Jeder GPS-Satellit sendet kontinuierlich codierte Signale, welche die präzise Sendezeit sowie die jeweilige Satellitenposition enthalten. Die Position der Satelliten wird durch hochstabile Atomuhren und regelmäßige Bahnmodellierungen gewährleistet.

Ein GPS-Empfänger bestimmt seine eigene Position durch Trilateration: Er misst die Laufzeit der Signale von mindestens vier Satelliten. Aus dieser Laufzeit wird die pseudorange, also die scheinbare Entfernung zum jeweiligen Satelliten, berechnet. Da elektromagnetische Wellen sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, ist eine exakte Zeitmessung erforderlich. Bereits kleinste Zeitfehler würden zu erheblichen Positionsabweichungen führen; daher wird eine vierte Messung benötigt, um neben den drei räumlichen Koordinaten auch die interne Uhrenkorrektur des Empfängers zu bestimmen.

Die Satelliten befinden sich auf mittleren Erdumlaufbahnen (Medium Earth Orbit, 20.200 km) und gewährleisten durch ihre Konstellation, dass zu nahezu jedem Zeitpunkt und an nahezu jedem Ort der Erde mindestens vier Satelliten sichtbar sind. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die atmosphärische Signalverzögerung (Ionosphäre und Troposphäre), Mehrwegeffekte durch Reflexion an Oberflächen sowie die geometrische Satellitenanordnung, ausgedrückt durch die Dilution of Precision (DOP).

Durch Modellierungsverfahren, Korrekturdatendienste (z. B. SBAS) und moderne Empfängertechnologien können diese Fehlerquellen reduziert werden. Damit stellt GPS ein hochpräzises, global verfügbares Navigationssystem dar, das in wissenschaftlichen Anwendungen, im Transportwesen, in der Geodäsie sowie in Alltagsgeräten wie Smartphones und Navigationssystemen unverzichtbar ist.

Protokoll

• Beispiel Auswertung des NMEA 0183 Protocol engl.
• Beispiel Auswertung des NMEA 0183 Protocol Aufbau und Programmierung eines ähnlichen Boards mit gleichem Chip. Achtung Pinbelegung ist anders! deutsch

Hardwareaufbau

• Aufbau und Programmierung eines ähnlichen Boards mit gleichem Chip. Achtung Pinbelegung ist anders!

Abb. 2: Verkabelung

Software

Arduino

• Demo für Serielles auslesen vom GPS Sensor NEO6M

DemoGPSNeo6M.ino 

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 Beispiel für GPS Neo6M Sensor

// Connect VCC of the to 3.3V - 5.0V
// Connect GND to Ground
// Connect RXD to  Pin 2 Arduino UNO TX und RX vom Arduino gehen auch allerdings muss dann beim Programmieren die verbindung zum chip getrennt werden. Deswegen software serial.
// Connect TXD to  Pin 3 Arduino UNO TX und RX vom Arduino gehen auch allerdings muss dann beim Programmieren die verbindung zum chip getrennt werden. Deswegen software serial.
// PPS is not used, 

Auswertung des Daten muss nach NEMA Protokoll erfolgen https://wiki.hshl.de/wiki/images/5/57/NMEA0183.pdf

Marc Ebmeyer 19.11.2025
 ****************************************************/

#include <SoftwareSerial.h>

#define PIN_RXD 2 //Adresse Receiver
#define PIN_TXD 3 // Adresse Transmitter 

#define GPS_BAUD 9600 // Übertragungsrate Seriell

// serial connection to the GPS device
SoftwareSerial gpsSerial(PIN_RXD, PIN_TXD);

void setup()
{
    Serial.begin(9600);
    gpsSerial.begin(GPS_BAUD);
}

void loop()
{
    // Output raw GPS data to the serial monitor
    while (gpsSerial.available() > 0)
    {
        Serial.write(gpsSerial.read());
        //Serial.println(";");
    }
}

Simulink

https://de.mathworks.com/help/simulink/supportpkg/arduino_ref/read-serial-data-from-a-gps-shield-using-arduino-hardware.html

Datenblätter

• NEO6M bei Funduino
• Beispiel für 7 er
• Hersteller Seite
• Hersteller Datenblatt
• Hersteller Datenblatt Zusammenfassung

Weiterführende Artikel

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