• 欢迎访问BruceOu的博客,推荐使用最新版火狐浏览器和Chrome浏览器访问本网站
  • 如果您觉得本站非常有看点,那么赶紧使用Ctrl+D 收藏本章吧

《Linux – Linux高级编程 – 第一部分 标准IO及文件IO》第6章 GPS使用

Linux高级编程 BruceOu 5个月前 (03-10) 124次浏览 0个评论

s1iXE8.jpg

6.1 GPS简介

GPS模块使用的是NMEA-0183 协议,NMEA-0183 是美国国家海洋电子协会(National MarineElectronics 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。所以通常情况下,只需要通过串口读取信息,通过字符串解析的方式把需要的数据分离出来就可以得到GPS数据。

在具体的的字符串解析中,实际只需要解析GPGGA、GPRMC两个语句即可获得我们所需要的全部内容,包括经纬度,时间,搜星状态,卫星数量,高度,速度以及其他信号等,不同数据之间在获取的字符串中是使用逗号隔开的,而相对位置固定,因此整体的思路就是读取字符串,通过逗号位置判别对应数据,实现读取分析。

6.2 GPS数据解析

GPS接收机上电后,会自动通过串口或USB口发送NMEA0183格式的数据包,它是一组包含有各种地理位置信息的字符串,字符串格式为:

信息类型[xxx,xxx,xxx,xxx,xxx,xxx,xxx,]

每行开头的字符都是‘$’,接着是信息类型,后面是数据,以逗号分隔开。一行完整的数据如下:

$GPRMC,063102.00,A,2932.293196,N,10636.147385,E,0.0,45.5,250818,2.3,W,A*10

信息类型为:
GPVTG:地面速度信息
GPRMC:推荐最小定位信息
GPGSA:当前卫星信息
GPGGA:GPS定位信息
GPGSV:可见卫星信息

这里我们只解析GPRMC和GPGGA的信息。

 GPRMC数据详解:

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

UTC时间,hhmmss(时分秒)格式
定位状态,A=有效定位,V=无效定位
纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
纬度半球N(北半球)或S(南半球)
经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
经度半球E(东经)或W(西经)
地面速率( 000.0 ~ 999.9节,前面的0也将被传输)
地面航向(000.0 ~ 359.9度,以真北为参考基准,前面的0也将被传输)
UTC日期,ddmmyy(日月年)格式
磁偏角(000.0 ~ 180.0度,前面的0也将被传输)
磁偏角方向,E(东)或W(西)
模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效)

解析内容:
1.时间,这个是格林威治时间,是世界时间(UTC),我们需要把它转换成北京时间(BTC),BTC和UTC差了8个小时,要在这个时间基础上加8个小时。
2.定位状态,在接收到有效数据前,这个位是‘V’,后面的数据都为空,接到有效数据后,这个位是‘A’,后面才开始有数据。
3.纬度,我们需要把它转换成度分秒的格式,计算方法:
如接收到的纬度是:4546.40891
4546.40891 / 100 = 45.4640891 可以直接读出45度
4546.40891–45 * 100 = 46.40891 可以直接读出46分
46.40891–46 = 0.40891 * 60 = 24.5346 读出24秒
所以纬度是:45度46分24秒。
4.南北纬,这个位有两种值‘N’(北纬)和‘S’(南纬)
5.经度的计算方法和纬度的计算方法一样
6.东西经,这个位有两种值‘E’(东经)和‘W’(西经)
7.速率,这个速率值是 海里/时,单位是节,要把它转换成千米/时,根据:1海里 = 1.85公里,把得到的速率乘以1.85。
8.航向,指的是偏离正北的角度
9.日期,这个日期是准确的,如:200818表示2018年08月20日,这个日期是准确的,不需要转换。

 GPGGA数据详解

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx

$GPGGA:起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据);
UTC时间,格式为hhmmss.sss;
纬度,格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送);
纬度半球,N或S(北纬或南纬)
经度,格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送);
经度半球,E或W(东经或西经)
定位质量指示,0=定位无效,1=定位有效;
使用卫星数量,从00到12(第一个零也将传送)
水平精确度,0.5到99.9
天线离海平面的高度,-9999.9到9999.9米 M 指单位米
大地水准面高度,-9999.9到9999.9米 M 指单位米
差分GPS数据期限(RTCM SC-104),最后设立RTCM传送的秒数量
差分参考基站标号,从0000到1023(首位0也将传送)。

6.3 GPS编程

GPS解析主要有两个部分,一个是USB转串口的配置,另外一个就是GPS的解析。下面就一一介绍。

6.3.1.串口配置

由于我是通过串口来进行数据传输,也就是把GPS定位的信息,通过串口最后输出到我们的终端设备上。

【uart_GPS_config.c】

/**
  ******************************************************************************
  * @file    uart_GPS_config.c
  * @author  Bruceou
  * @version V1.0
  * @date    2018.03.10
  * @brief   串口设置
  ******************************************************************************
  */
/**Includes*********************************************************************/
#include "uart_GPS_config.h"

/**
  * @brief     串口设置函数
  * @param     fd
               baud_rate
               data_bits
               parity
               stop_bits
  * @retval    int
  */
 int set_GPS_com_config(int fd,int baud_rate,int data_bits, char parity, int stop_bits) 
{
    struct termios new_cfg;
    int speed;

    /* 保存并测试现有串口参数设置,在这里如果串口号等出错,会有相关的出错信息 */

    if (tcgetattr(fd, &new_cfg) != 0) 
    {
        perror("tcgetattr save");   
        return -1;
    }

    //修改控制模式,保证程序不会占用串口  
    new_cfg.c_cflag |= CLOCAL;  
    //修改控制模式,使得能够从串口中读取输入数据  
    new_cfg.c_cflag |= CREAD;  
    new_cfg.c_oflag &= ~(ONLCR | OCRNL);
    new_cfg.c_iflag &= ~(BRKINT | ICRNL | INPCK | ISTRIP | IXON);
    new_cfg.c_iflag &= ~(ICRNL | INLCR);
    new_cfg.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);

    /* 设置波特率 */
    switch (baud_rate)
    {
        case 2400:  
        {
            speed = B2400;  
        }
        break;      
        case 4800:
        {
            speed = B4800;
        }
        break;
        case 9600:
        {
            speed = B9600;
        }
        break;
        case 19200:
        {
            speed = B19200;
        }
        break;
        case 38400: 
        {
            speed = B38400;
        }
        break;
        default:            
        case 115200:        
        {
            speed = B115200;            
        }       
        break;      
    }

    cfsetispeed(&new_cfg, speed);//输入波特率    
    cfsetospeed(&new_cfg, speed);//输出波特率
    switch (data_bits) /* 设置数据位 */  
    {       
        case 7:
        {
            new_cfg.c_cflag |= CS7;     
        }       
        break;  
        default:    
        case 8:
        {
            new_cfg.c_cflag |= CS8;
        }       
        break;      
    }

    switch (parity) /* 设置奇偶校验位 */   
    {
        default:    
        case 'n':   
        case 'N':   
        {
            new_cfg.c_cflag &= ~PARENB; 
            new_cfg.c_iflag &= ~INPCK;  
        }   
        break;  
        case 'o':
        case 'O':
        {
            new_cfg.c_cflag |= (PARODD | PARENB); 
            new_cfg.c_iflag |= INPCK; 
        }   
        break;      
        case 'e':
        case 'E':
        {
            new_cfg.c_cflag |= PARENB; 
            new_cfg.c_cflag &= ~PARODD; 
            new_cfg.c_iflag |= INPCK; 

        }   
        break;          
        case 's': /* as no parity */        
        case 'S':
        {
            new_cfg.c_cflag &= ~PARENB;
            new_cfg.c_cflag &= ~CSTOPB;
        }   
        break;  
    }
    switch (stop_bits) /* 设置停止位 */  
    {
        default:
        case 1:
        {
            new_cfg.c_cflag &= ~CSTOPB;     
        }   
        break;  
        case 2:
        {
            new_cfg.c_cflag |= CSTOPB;      
        }
    }
    //修改输出模式,原始数据输出  
    new_cfg.c_oflag &= ~OPOST;  
    new_cfg.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);//我加的  
    new_cfg.c_lflag &= ~(ISIG | ICANON);  

    //设置等待时间和最小接收字符  
    new_cfg.c_cc[VTIME] = 0; /* 读取一个字符等待0*(0/10)s */    
    new_cfg.c_cc[VMIN] = 1; /* 读取字符的最少个数为0 */  

    //如果发生数据溢出,接收数据,但是不再读取 刷新收到的数据但是不读
    tcflush(fd, TCIFLUSH); /* 处理未接收字符 */    
    if ((tcsetattr(fd, TCSANOW, &new_cfg)) != 0) /* 激活新配置 */    
    {
        perror("tcsetattr action");
        return -1;  
    } 
    //printf("serial set success\n");
    return 0;   
}

/**
  * @brief     打开串口函数
  * @param     com
  * @retval    int
  */
int open_GPS_port(const char *com_port)
{
    int fd;

    /*分别为com1,com2, com3对应 ttyS0 ttyS1 ttyS2 */             
    fd = open( com_port, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);          
    if (fd < 0)  
    {
        perror("Can't Open Serial Port");  
        return -1;                                           
    }
    /*恢复串口为阻塞状态*/
    if (fcntl(fd,F_SETFL,0)<0)
    {
        perror("fcntl F_SETFL\n");
    }
    /*测试是否为终端设备*/
    if(isatty(STDIN_FILENO) == 0)
    {
        perror("standard input is not a terminal device");
    }
    return fd;
}

/**
  * @brief     串口初始化函数
  * @param     com_port
  * @retval    int
  */
int init_GPS_port(const char *com_port)
{
    int fd;

    if ((fd = open_GPS_port(com_port)) < 0 )
    {
        perror("open_port");
        return -1;
    }

    if(set_GPS_com_config(fd,9600,8,'N',1) < 0)
    {
        perror("set_com_config");
        return -1;
    }
    return fd;
}

【uart_GPS_config.h】

#ifndef _UART_GPS_CONFIG_H_
#define _UART_GPS_CONFIG_H_

#include<errno.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include <termios.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>

#define BUFFER_SIZE  36

#define DEVICE_DATA_GPS      "/dev/ttyUSB1"

int set_GPS_com_config(int fd,int baud_rate, int data_bits,char parity,int stop_bits);
int open_GPS_port(const char *com_port);
int init_GPS_port(const char *com_port);

#endif

6.3.2 GPS数据分析

【GPS.c】

/**
  ******************************************************************************
  * @file    GPS.c
  * @author  Bruceou
  * @version V1.0
  * @date    2021.03.10
  * @brief   GPS 解析
  ******************************************************************************
  */
/**Includes*********************************************************************/
#include "GPS.h"

char *buff = NULL;

GPRMC_t gprmc;
GPGGA_t gpgga;

/**
  * @brief     GPS解析函数
  * @param     AT_fd:串口文件描述符
  * @          DATA_fd:串口文件描述符
  * @retval    Nono
  */
void GPS_Analysis(int AT_fd,int DATA_fd)
{
    int  nread,nwrite;
    char send_buff[16];
    char recv_buff[512];
    char *ptr = NULL;
    char AT_Buff[16];
    int ret = 0;
#if 0
    uint32_t time  =0;
    uint32_t lat   =0 ;
    uint32_t lon   =0;
    uint32_t speed =0;
    uint32_t head  =0;
    uint32_t alt   =0;
#endif

    //接收数据
    while(1)
    {
        memset(&gprmc, 0, sizeof(gprmc));
        memset(&gpgga, 0, sizeof(gpgga));
        memset(recv_buff,0,sizeof(recv_buff));
        nread = read(DATA_fd,recv_buff,sizeof(recv_buff));

#ifdef DEBUG_GPS   
        printf("nread=%d,%s\n",nread,recv_buff);
        printf("=================2===================\n");
#endif
        //strcpy(buff, recv_buff);
        //保存数据
        ptr = strstr(recv_buff, "GPRMC");
        ret = sscanf(ptr, "GPRMC,%f,%c,%f,%*c,%f,%*c,%f,%f,%d,%f,%*c,%*c*", 
                                  &gprmc.time,&gprmc.state, &gprmc.lat, &gprmc.lon,
                                  &gprmc.speed, &gprmc.head, &gprmc.date,&gprmc.dec);

        ptr = strstr(recv_buff, "GPGGA");
        ret = sscanf(ptr, "GPGGA,%f,%f,N,%f,E,%d,%d,%f,%f,M,%f,M,,*", 
                                  &gpgga.time, &gpgga.lat, &gpgga.lon,
                                  &gpgga.state, &gpgga.num, &gpgga.hdop, &gpgga.alt, &gpgga.geoid);
#if 0      
        time = (int)(gprmc.time*100) % 100   + ((int)gprmc.time % 100) * 100 +\
               ((int)gprmc.time%10000/100) *60 * 100 + ((int)gprmc.time/10000)* 3600 * 100;

        lat     =  ((int)(gprmc.lat/100) + (gprmc.lat-(int)gprmc.lat/100*100)/60)*10000000;
        lon     = ((int)(gprmc.lon/100) + (gprmc.lon-(int)gprmc.lon/100*100)/60)*10000000;
        speed   = gprmc.speed* 1.852;
        head    = gprmc.head;

        alt     = gpgga.alt;
#endif 
        //打印数据
        print_GPS_RMC(&gprmc);
        print_GPS_GGA(&gpgga);          
    }
}

/**
  * @brief     GPS-RMC信息打印
  * @param     gprmc_data:
  * @retval    Nono
  */
void print_GPS_RMC(GPRMC_t *gprmc_data)
{
    printf("                                                           \n");
    printf("===========================================================\n");
    printf("==              全球GPS定位导航模块                      ==\n");
    printf("==              Author:BruceOu                          ==\n");
    printf("==              Email:bruceoxl@qq.com                   ==\n");
    printf("================RMC信息====================================\n");
    printf("===========================================================\n");
    printf("==   GPS state bit : %c  [A:有效状态 V:无效状态]           \n",gprmc_data->state);
    printf("==   Date : 20%02d-%02d-%02d                               \n",gprmc_data->date%100,(gprmc_data->date%10000)/100,gprmc_data->date/10000);
    printf("==   纬度 : 北纬:%d度%d分%d秒                              \n",((int)gprmc_data->lat) / 100, (int)(gprmc_data->lat - ((int)gprmc_data->lat / 100 * 100)), (int)(((gprmc_data->lat - ((int)gprmc_data->lat / 100 * 100)) - ((int)gprmc_data->lat - ((int)gprmc_data->lat / 100 * 100))) * 60.0));
    printf("==   经度 : 东经:%d度%d分%d秒                              \n",((int)gprmc_data->lon) / 100, (int)(gprmc_data->lon - ((int)gprmc_data->lon / 100 * 100)), (int)(((gprmc_data->lon - ((int)gprmc_data->lon / 100 * 100)) - ((int)gprmc_data->lon - ((int)gprmc_data->lon / 100 * 100))) * 60.0));
    printf("==   速度 : %.3f  m/s                                      \n",gprmc_data->speed * 1.852);
    printf("==   航向 : %.3f  度                                       \n",gprmc_data->head );
    printf("===========================================================\n");

}

/**
  * @brief     GPS-GGA信息打印
  * @param     gpgga_data:
  * @retval    Nono
  */
void print_GPS_GGA(GPGGA_t *gpgga_data)
{
    printf("                                                           \n");
    printf("===========================================================\n");
    printf("==              全球GPS定位导航模块                      ==\n");
    printf("==              Author:BruceOu                          ==\n");
    printf("==              Email:bruceoxl@qq.com                   ==\n");
    printf("================GGA信息====================================\n");
    printf("===========================================================\n");
    printf("==   纬度 : 北纬:%d度%d分%d秒                              \n",((int)gpgga_data->lat) / 100, (int)(gpgga_data->lat - ((int)gpgga_data->lat / 100 * 100)), (int)(((gpgga_data->lat - ((int)gpgga_data->lat / 100 * 100)) - ((int)gpgga_data->lat - ((int)gpgga_data->lat / 100 * 100))) * 60.0));
    printf("==   经度 : 东经:%d度%d分%d秒                              \n",((int)gpgga_data->lon) / 100, (int)(gpgga_data->lon - ((int)gpgga_data->lon / 100 * 100)), (int)(((gpgga_data->lon - ((int)gpgga_data->lon / 100 * 100)) - ((int)gpgga_data->lon - ((int)gpgga_data->lon / 100 * 100))) * 60.0));
    printf("==   数量 : %d    颗                                       \n",gpgga_data->num);
    printf("==   精度 : %.3f                                           \n",gpgga_data->hdop);
    printf("==   海拔 : %.3f  m                                        \n",gpgga_data->alt);
    printf("===========================================================\n");
}

【GPS.h】

#ifndef _GPS_H_
#define _GPS_H_

#include <termios.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <iconv.h>
#include <errno.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include "uart_GPS_config.h"

#define DEBUG_GPS

typedef unsigned char  uint8_t;
typedef unsigned short uint16_t;
typedef unsigned int   uint32_t;

typedef struct _GPRMC
{
    float       time;//UTC时间,hhmmss(时分秒)格式/* gps定位时间 */
    uint8_t     state;/*gps状态位*//*A=有效定位,V=无效定位*/
    float       lat;/*纬度 */
    float       lon;/* 经度 */
    float       speed;/*速度 */
    float       head;/*航向 */
    uint32_t    date;/*日期*/
    float       dec;/* 磁偏角 */
    uint8_t     dd;/*磁偏角方向*/
    uint8_t     mode;/*GPS模式位*//*A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效*/
}GPRMC_t;

typedef struct _GPGGA
{
    float       time;//UTC时间,hhmmss(时分秒)格式/* gps定位时间 */
    float       lat;/*纬度 */
    float       lon;/* 经度 */
    uint32_t    state;/*gps状态位*//*0=定位无效,1=定位有效;*/
    uint32_t    num;/*使用卫星数量,从00到12(第一个零也将传送)*/
    float       hdop;/*水平精确度,0.5到99.9*/
    float       alt;/*天线离海平面的高度,-9999.9到9999.9米*/
    float       geoid;
}GPGGA_t;

void GPS_Analysis(int AT_fd,int DATA_fd);
void print_GPS_RMC(GPRMC_t *gprmc_data);
void print_GPS_GGA(GPGGA_t *gpgga_data);

#endif 

【注意】
1.由于我直接获取的是格林威治时间即世界时间(UTC),所以要把它转换成北京时间(BTC),也就是在这个时间基础上加8个小时。

2.经纬度,GPRMC返回的纬度数据位ddmm.mmmm格式即度分格式,我们把它转换成常见的度分秒的格式,计算方法:如接收到的纬度是:3029.60430

3029.60430/100=30.2960430可以直接读出30度,
3029.60430–30*100=29.60430, 可以直接读出29分
(29.60430–29)*60 =0.60430*60=36.258读出36秒,
所以纬度是:30度29分36秒。

3.GPRMC返回的速率值是海里/时,单位是节,把它转换成千米/时,换算为:1海里=1.85公里,把得到的速率乘以1.85。

4.航向指的是偏离正北的角度。

5.GPRMC的日期格式为:ddmmyy,如:200818表示2018年08月20日,这个日期是准确的,不需要转换。

6.3.3主函数打开串口设备读操作

【main.c】

 /**
  ******************************************************************************
  * @file    main.c
  * @author  Bruceou
  * @version V1.0
  * @date    2021.03.010
  * @brief   
  ******************************************************************************
  */
/**Includes*********************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <sys/types.h>  
#include "uart_GPS_config.h"
#include "GPS.h"

#define DEBUG_GPS

int GPS_DATA_fd = -1;                 //GPS_DATA描述符 

/**
  * @brief     main函数
  * @param     Nono
  * @retval    Nono
  */
int main(int argc, char **argv)
{
    GPS_DATA_fd = init_GPS_port(DEVICE_DATA_GPS);      //初始化DATA GPS

    if(GPS_AT_fd < 0)
    {
        printf("open GPS_DATA_port failed!\n");
    }
    else
    {
        printf("init GPS_port success!\n");
        GPS_Analysis(GPS_AT_fd,GPS_DATA_fd);
    }

    return 0;
}

6.3.4测试

编译完成后,执行程序,会有下面的主要信息,可以看到GPS的解析数据。

6YnP00.jpg

6YnkkT.jpg

6YnZp4.jpg


BrueceOu , 版权所有丨如未注明 , 均为原创丨本网站采用BY-NC-SA协议进行授权
转载请注明原文链接:《Linux – Linux高级编程 – 第一部分 标准IO及文件IO》第6章 GPS使用
喜欢 (2)
[支付宝]
分享 (0)
发表我的评论
取消评论

表情 贴图 加粗 删除线 居中 斜体 签到

Hi,您需要填写昵称和邮箱!

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址