GPS數據讀取與處理

GPS模塊簡介

SiRF芯片在2004年發布的最新的第三代芯片SiRFstar III(GSW 3.0/3.1)，使得民用GPS芯片在性能方面登上了一個頂峰，靈敏度比以前的產品大為提升。這一芯片通過采用20萬次/頻率的相關器提高了靈敏度，冷開機/暖開機/熱開機的時間分別達到42s/38s/8s，可以同時追蹤20個衛星信道。是目前市場上應用最為廣泛，同時性價比也非常高的一款芯片，因此在本設計中同樣采用以此芯片為核心的GPS模塊。

GPS模塊的數據格式

對GPS模塊的數據處理本質上還是串口通信程序設計，只是GPS模塊的輸出遵循固定的格式，通過字符串檢索查找即可從模塊發送的數據中找出需要的數據，常用的GPS模塊大多采用NMEA-0183 協議。NMEA-0183 是美國國家海洋電子協會(National Marine Electronics Association)所指定的標準規格，這一標準制訂所有航海電子儀器間的通訊標準，其中包含傳輸資料的格式以及傳輸資料的通訊協議。

以下是一組正常的GPS 數據

$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,,,,0000*35

$GPRMC,082006.000,A,3852.9276,N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,,*38

$GPVTG,0.0,T,,M,0.00,N,0.0,K*50

下面分別對每組數據的含義進行分析。

GPS 固定數據輸出語句($GPGGA)，這是一幀GPS 定位的主要數據，也是使用最廣的數據。為了便于理解，下面舉例說明$GPGGA語句各部分的含義。

例：$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,,,,0000*35

其標準格式為：

$GPGGA，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，M，(10)，M，(11)，(12)＊hh(CR)(LF)

各部分所對應的含義為：

(1) 定位UTC 時間：08 時20 分06 秒

(2) 緯度(格式ddmm.mmmm:即dd 度，mm.mmmm 分)；

(3) N/S(北緯或南緯)：北緯38 度52.9276 分；

(4) 經度(格式dddmm.mmmm：即ddd 度，mm.mmmm 分)；

(5) E/W(東經或西經)：東經115 度27.4283 分；

(6) 質量因子(0=沒有定位，1=實時GPS，2=差分GPS)：1=實時GPS；

(7) 可使用的衛星數(0～8)：可使用的衛星數=08；

(8) 水平精度因子(1.0～99.9)；水平精度因子=1.0；

(9) 天線高程(海平面，－9999.9～99999.9，單位：m)；天線高程=20.6m);

(10) 大地橢球面相對海平面的高度(－999.9～9999.9，單位：m):無;

(11) 差分GPS 數據年齡，實時GPS 時無:無;

(12) 差分基準站號(0000～1023)，實時GPS 時無:無;

＊總和校驗域；hh 總和校驗數:35(CR)(LF)回車，換行。

GPRMC(建議使用最小GPS 數據格式)

$GPRMC,082006.000,A,3852.9276,N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,,*38

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>

(1) 標準定位時間(UTC time)格式：時時分分秒秒.秒秒秒(hhmmss.sss)。

(2) 定位狀態，A = 數據可用，V = 數據不可用。

(3) 緯度，格式：度度分分.分分分分(ddmm.mmmm)。

(4) 緯度區分，北半球(N)或南半球(S)。

(5) 經度，格式：度度分分.分分分分。

(6) 經度區分，東(E)半球或西(W)半球。

(7) 相對位移速度， 0.0 至1851.8 knots

(8) 相對位移方向，000.0 至359.9 度。實際值。

(9) 日期，格式：日日月月年年(ddmmyy)。

(10) 磁極變量，000.0 至180.0。

(11) 度數。

(12) Checksum.(檢查位)

$GPVTG 地面速度信息

例：$GPVTG,0.0,T,,M,0.00,N,0.0,K*50

字段0：$GPVTG，語句ID，表明該語句為Track Made Good and Ground Speed(VTG)地

面速度信息

字段1：運動角度，000 - 359，(前導位數不足則補0)

字段2：T=真北參照系

字段3：運動角度，000 - 359，(前導位數不足則補0)

字段4：M=磁北參照系

字段5：水平運動速度(0.00)(前導位數不足則補0)

字段6：N=節，Knots

字段7：水平運動速度(0.00)(前導位數不足則補0)

字段8：K=公里/時，km/h

字段9：校驗值

表 1 GPS模塊主要參數GPS模塊主要參數

GPS

芯片組 SiRF Star III 工作頻率 L1, 1575.42 MHz

粗捕獲碼

(C/A)率 1.023 MHz chip rate 同時跟蹤通道數 20

靈敏度 -159 dBm 定位精度 5m(2維均方根, 允許廣域差分系統)

最小速度 0.1 m/s 時間精度 1μS(與GPS時間同步)

默認

坐標系 1984年世界大地坐標系(WGS-84) 重獲時間 0.1S(平均值)

熱啟動 1S(平均值) 溫啟動 38S(平均值)

冷啟動 42S(平均值) 最高工作海拔 18km(60000feet)

最大

移動速率 515m/S(1000knots) 最大加速度 4g

最大

急沖度 20m/S3 電源電壓 5V±0.5V

整機電流 約60mA，不超過100mA 整板外形 61mm×49mm×17mm

GPS

芯片外形 27.9mm×20mm×2.9mm 波特率 9600bps

數據輸出格式 SiRF二進制格式或NMEA 0183 GGA, GSA, GSV, RMC,VTG,GLL 數據輸出電平 同時具備TTL電平和RS232電平

數據

輸出接口 20pin插針(TTL電平)和DB9母座

(RS232電平) 天線類型 外置有源GPS天線(3.3V/5V電壓可選，

默認為3.3V)

后備電池 CR1220鋰電池，3V，不可充電 工作溫度 -40oC至+85oC

GPS模塊的應用程序設計

GPS模塊的應用程序設計主要分為兩部分，第一部分為串口的設置于數據讀取，第二部分為數據的分析和需要數據的提取。

與其他的關于設備編程的方法一樣，在Linux下，操作、控制串口也是通過操作起設備文件進行的。在Linux下，串口的設備文件是/dev/ttyS0或/dev/ttyS1等。因此要讀寫串口，我們首先要打開串口，然后根據GPS模塊的配置參數對串口的波特率、校驗、流控制等進行設置，這些參數設置均通過對termios結構中c_cflag的配置實現，串口配置部分函數如下：

int gps::set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, intnStop)

{structtermios newtio,oldtio;if ( tcgetattr( fd,&oldtio) != 0)

{

perror("SetupSerial 1");return -1;

}

bzero(&newtio, sizeof( newtio ) );

newtio.c_cflag|= CLOCAL |CREAD;

newtio.c_cflag&= ~CSIZE;switch( nBits )

{case 7:

newtio.c_cflag|=CS7;break;case 8:

newtio.c_cflag|=CS8;break;

}switch( nEvent )

{case 'O': //奇校驗

newtio.c_cflag |=PARENB;

newtio.c_cflag|=PARODD;

newtio.c_iflag|= (INPCK |ISTRIP);break;case 'E': //偶校驗

newtio.c_iflag |= (INPCK |ISTRIP);

newtio.c_cflag|=PARENB;

newtio.c_cflag&= ~PARODD;break;case 'N': //無校驗

newtio.c_cflag &= ~PARENB;break;

}switch( nSpeed )

{case 2400:

cfsetispeed(&newtio, B2400);

cfsetospeed(&newtio, B2400);break;case 4800:

cfsetispeed(&newtio, B4800);

cfsetospeed(&newtio, B4800);break;case 9600:

cfsetispeed(&newtio, B9600);

cfsetospeed(&newtio, B9600);break;case 115200:

cfsetispeed(&newtio, B115200);

cfsetospeed(&newtio, B115200);break;default:

cfsetispeed(&newtio, B9600);

cfsetospeed(&newtio, B9600);break;

}if( nStop == 1)

{

newtio.c_cflag&= ~CSTOPB;

}else if ( nStop == 2)

{

newtio.c_cflag|=CSTOPB;

}

newtio.c_cc[VTIME]= 0;

newtio.c_cc[VMIN]= 0;

tcflush(fd,TCIFLUSH);if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)

{

qDebug()<

}

qDebug()<

}

在GPS數據的處理上首先將窗口數據存入一個字符串，接著通過對字符串數據的判斷來提取數據內容，判斷分為兩步，首先判斷是什么類型的數據，在本程序的設計中需要讀取$GPRMC和$GPGGA兩組數據，因此首先判斷字符串GPS_BUF[5]是C還是A，由于數據是通過符號“，”進行隔開，因此通過查找“，”來確定數據位置。在實現上將得到逗號位置函數單獨封裝調用，程序如下：

//得到指定序號的逗號位置

int gps::GetComma(int num,char *str)

{int i,j=0;int len=strlen(str);for(i=0;i

{if(str[i]==',')

{

j++;

}if(j==num)return i+1;

}return 0;

}

接下來根據數據格式，通過逗號位置，提取數據信息，程序如下：

voidgps::gps_parse()

{inttmp;charc;

c= GPS_BUF[5];if(c=='C')

{//"GPRMC"

GPS->D.hour =(GPS_BUF[ 7]-'0')*10+(GPS_BUF[ 8]-'0');

GPS->D.minute =(GPS_BUF[ 9]-'0')*10+(GPS_BUF[10]-'0');

GPS->D.second =(GPS_BUF[11]-'0')*10+(GPS_BUF[12]-'0');

tmp= GetComma(9,GPS_BUF);

GPS->D.day =(GPS_BUF[tmp+0]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+1]-'0');

GPS->D.month =(GPS_BUF[tmp+2]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+3]-'0');

GPS->D.year =(GPS_BUF[tmp+4]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+5]-'0')+2000;

GPS->status = GPS_BUF[GetComma(2,GPS_BUF)];

GPS->latitude = get_locate(get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(3,GPS_BUF)]));

GPS->NS = GPS_BUF[GetComma(4,GPS_BUF)];

GPS->longitude= get_locate(get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(5,GPS_BUF)]));

GPS->EW = GPS_BUF[GetComma(6,GPS_BUF)];

GPS->speed = get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(7,GPS_BUF)]);

UTC2BTC(&GPS->D);

}if(c=='A')

{//"$GPGGA"

GPS->high = get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(9,GPS_BUF)]);

}

}//將獲取文本信息轉換為double型

double gps::get_double_number(char *s)

{char buf[128];inti;doublerev;

i=GetComma(1,s);

strncpy(buf,s,i);

buf[i]=0;

rev=atof(buf);returnrev;

}double gps::get_locate(doubletemp)

{intm;doublen;

m=(int)temp/100;

n=(temp-m*100)/60;

n=n+m;returnn;

}

總結

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