GPS数据读取与处理
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GPS模块简介
SiRF芯片在2004年发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个顶峰，灵敏度比以前的产品大为提升。这一芯片通过采用20万次/频率的相关器提高了灵敏度，冷开机/暖开机/热开机的时间分别达到42s/38s/8s，可以同时追踪20个卫星信道。是目前市场上应用最为广泛，同时性价比也非常高的一款芯片，因此在本设计中同样采用以此芯片为核心的GPS模块。
GPS模块的数据格式
对GPS模块的数据处理本质上还是串口通信程序设计，只是GPS模块的输出遵循固定的格式，通过字符串检索查找即可从模块发送的数据中找出需要的数据，常用的GPS模块大多采用NMEA-0183 协议。NMEA-0183 是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)所指定的标准规格，这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准，其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。
以下是一组正常的GPS 数据
$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
$GPVTG,0.0,T,,M,0.00,N,0.0,K*50
下面分别对每组数据的含义进行分析。
GPS 固定数据输出语句($GPGGA)，这是一帧GPS 定位的主要数据，也是使用最广的数据。为了便于理解，下面举例说明$GPGGA语句各部分的含义。
例：$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,,,,0000*35
其标准格式为：
$GPGGA，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，M，(10)，M，(11)，(12)＊hh(CR)(LF)
各部分所对应的含义为：
(1) 定位UTC 时间：08 时20 分06 秒
(2) 纬度(格式ddmm.mmmm:即dd 度，mm.mmmm 分)；
(3) N/S(北纬或南纬)：北纬38 度52.9276 分；
(4) 经度(格式dddmm.mmmm：即ddd 度，mm.mmmm 分)；
(5) E/W(东经或西经)：东经115 度27.4283 分；
(6) 质量因子(0=没有定位，1=实时GPS，2=差分GPS)：1=实时GPS；
(7) 可使用的卫星数(0～8)：可使用的卫星数=08；
(8) 水平精度因子(1.0～99.9)；水平精度因子=1.0；
(9) 天线高程(海平面，－9999.9～99999.9，单位：m)；天线高程=20.6m);
(10) 大地椭球面相对海平面的高度(－999.9～9999.9，单位：m):无;
(11) 差分GPS 数据年龄，实时GPS 时无:无;
(12) 差分基准站号(0000～1023)，实时GPS 时无:无;
＊总和校验域；hh 总和校验数:35(CR)(LF)回车，换行。
GPRMC（建议使用最小GPS 数据格式）
$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><CR><LF>
(1) 标准定位时间（UTC time）格式：时时分分秒秒.秒秒秒（hhmmss.sss）。
(2) 定位状态，A = 数据可用，V = 数据不可用。
(3) 纬度，格式：度度分分.分分分分（ddmm.mmmm）。
(4) 纬度区分，北半球（N）或南半球（S）。
(5) 经度，格式：度度分分.分分分分。
(6) 经度区分，东（E）半球或西（W）半球。
(7) 相对位移速度， 0.0 至1851.8 knots
(8) 相对位移方向，000.0 至359.9 度。实际值。
(9) 日期，格式：日日月月年年（ddmmyy）。
(10) 磁极变量，000.0 至180.0。
(11) 度数。
(12) Checksum.(检查位)
$GPVTG 地面速度信息
例：$GPVTG,0.0,T,,M,0.00,N,0.0,K*50
字段0：$GPVTG，语句ID，表明该语句为Track Made Good and Ground Speed（VTG）地
面速度信息
字段1：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）
字段2：T=真北参照系
字段3：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）
字段4：M=磁北参照系
字段5：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）
字段6：N=节，Knots
字段7：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）
字段8：K=公里/时，km/h
字段9：校验值
表 1 GPS模块主要参数
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GPS模块主要参数 |
|||
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GPS 芯片组 |
SiRF Star III |
工作频率 |
L1, 1575.42 MHz |
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粗捕获码 |
1.023 MHz chip rate |
同时跟踪通道数 |
20 |
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灵敏度 |
-159 dBm |
定位精度 |
5m（2维均方根, 允许广域差分系统） |
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最小速度 |
0.1 m/s |
时间精度 |
1μS（与GPS时间同步） |
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默认 坐标系 |
1984年世界大地坐标系（WGS-84） |
重获时间 |
0.1S（平均值） |
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热启动 |
1S（平均值） |
温启动 |
38S（平均值） |
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冷启动 |
42S（平均值） |
最高工作海拔 |
18km（60000feet） |
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最大 移动速率 |
515m/S（1000knots） |
最大加速度 |
4g |
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最大 急冲度 |
20m/S3 |
电源电压 |
5V±0.5V |
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整机电流 |
约60mA，不超过100mA |
整板外形 |
61mm×49mm×17mm |
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GPS 芯片外形 |
27.9mm×20mm×2.9mm |
波特率 |
9600bps |
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数据输出格式 |
SiRF二进制格式或NMEA 0183 GGA, GSA, GSV, RMC,VTG,GLL |
数据输出电平 |
同时具备TTL电平和RS232电平 |
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数据 输出接口 |
20pin插针（TTL电平）和DB9母座 |
天线类型 |
外置有源GPS天线（3.3V/5V电压可选， |
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后备电池 |
CR1220锂电池，3V，不可充电 |
工作温度 |
-40ºC至+85ºC |
GPS模块的应用程序设计
GPS模块的应用程序设计主要分为两部分，第一部分为串口的设置于数据读取，第二部分为数据的分析和需要数据的提取。
与其他的关于设备编程的方法一样，在Linux下，操作、控制串口也是通过操作起设备文件进行的。在Linux下，串口的设备文件是/dev/ttyS0或/dev/ttyS1等。因此要读写串口，我们首先要打开串口，然后根据GPS模块的配置参数对串口的波特率、校验、流控制等进行设置，这些参数设置均通过对termios结构中c_cflag的配置实现，串口配置部分函数如下：
int gps::set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
{
struct termios 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': //奇校验
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag |= PARODD;
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
break;
case 'E': //偶校验
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
break;
case 'N': //无校验
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()<<"com set error"<<endl;
return -1;
}
qDebug()<<"set done!"<<endl;
return 0;
}
在GPS数据的处理上首先将窗口数据存入一个字符串，接着通过对字符串数据的判断来提取数据内容，判断分为两步，首先判断是什么类型的数据，在本程序的设计中需要读取$GPRMC和$GPGGA两组数据，因此首先判断字符串GPS_BUF[5]是C还是A，由于数据是通过符号“，”进行隔开，因此通过查找“，”来确定数据位置。在实现上将得到逗号位置函数单独封装调用，程序如下：
//得到指定序号的逗号位置
int gps::GetComma(int num,char *str)
{
int i,j=0;
int len=strlen(str);
for(i=0;i<len;i++)
{
if(str[i]==',')
{
j++;
}
if(j==num)
return i+1;
}
return 0;
}
接下来根据数据格式，通过逗号位置，提取数据信息，程序如下：
void gps::gps_parse()
{
int tmp;
char c;
c = GPS_BUF[5];
if(c=='C')
{
//"GPRMC"
GPS->D.hour =(GPS_BUF[ 7]-'0')*10+(GPS_BUF[ 8]-'0');
GPS->D.minute =(GPS_BUF[ 9]-'0')*10+(GPS_BUF[10]-'0');
GPS->D.second =(GPS_BUF[11]-'0')*10+(GPS_BUF[12]-'0');
tmp = GetComma(9,GPS_BUF);
GPS->D.day =(GPS_BUF[tmp+0]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+1]-'0');
GPS->D.month =(GPS_BUF[tmp+2]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+3]-'0');
GPS->D.year =(GPS_BUF[tmp+4]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+5]-'0')+2000;
GPS->status = GPS_BUF[GetComma(2,GPS_BUF)];
GPS->latitude = get_locate(get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(3,GPS_BUF)]));
GPS->NS = GPS_BUF[GetComma(4,GPS_BUF)];
GPS->longitude= get_locate(get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(5,GPS_BUF)]));
GPS->EW = GPS_BUF[GetComma(6,GPS_BUF)];
GPS->speed = get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(7,GPS_BUF)]);
UTC2BTC(&GPS->D);
}
if(c=='A')
{
//"$GPGGA"
GPS->high = get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(9,GPS_BUF)]);
}
}
//将获取文本信息转换为double型
double gps::get_double_number(char *s)
{
char buf[128];
int i;
double rev;
i=GetComma(1,s);
strncpy(buf,s,i);
buf[i]=0;
rev=atof(buf);
return rev;
}
double gps::get_locate(double temp)
{
int m;
double n;
m=(int)temp/100;
n=(temp-m*100)/60;
n=n+m;
return n;
}
