房蘭剛

【摘要】本論文介紹了遵循NMEA0183協(xié)議的GPS定位的數(shù)據(jù)格式，提出了利用API函數(shù)進(jìn)行GPS串口通訊的方法，設(shè)計(jì)了具體的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、定位準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。為進(jìn)一步進(jìn)行車輛的導(dǎo)航定位提供了保障。

【關(guān)鍵詞】VC++6.0;GPS;NMEA0183協(xié)議;串口通信

一、前言

GPS是20世紀(jì)70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)采集、接收與處理以及計(jì)算機(jī)與GPS接收機(jī)的串口通信，計(jì)算機(jī)的串行端口就為計(jì)算機(jī)和GPS 接收機(jī)提供了數(shù)據(jù)傳輸通道。Visual C++是一種可視化的語言，還提供ODBC類[2]。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集主要遵循NMEA0183協(xié)議，對之進(jìn)行處理后，通過ODBC接口將用戶位置、時(shí)間、速度和航向等信息保存到用戶建立的數(shù)據(jù)庫中，為數(shù)據(jù)處理提供定位信息。

二、GPS定位的數(shù)據(jù)格式――NMEA0183數(shù)據(jù)格式

NMEA0183協(xié)議是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)（National Marine Electronics Association）制定的GPS接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[3]。在串口通訊模塊中，系統(tǒng)采用的GPS數(shù)據(jù)格式是RMC數(shù)據(jù)格式，通過判斷信號狀態(tài)來確認(rèn)是否為有效信號。采集的數(shù)據(jù)包括經(jīng)度、緯度、時(shí)間、狀態(tài)、航向角、速度等。

本文采用的是GPRMC定位語句，采集程序忽略其余的信息，GPRMC定位語句結(jié)構(gòu)如下：

$GPRMC，HHMMSS，A，AAAA.AAAA，N，LLLLL.LLLL，E，VVV.V，DDD.D，DDMMYY，MMM.M，W，A，..SS，CRLF

以下面的語句為例進(jìn)行說明語句的含義：

$GPRMC，013946.00，A，3202.1855，N，11849.0769，E，0.05，218.30，111106， 013.5，W，A*20..

在此列中各數(shù)據(jù)段通過逗號分開，其中：

◇“$GPRMC”為幀頭，表示這條語句為RMC格式語句

◇01 UTC時(shí)間，hhmmss.sss（時(shí)分秒.毫秒）格式。UTC時(shí)間為GPS系統(tǒng)所采用的時(shí)間系統(tǒng)，以原子時(shí)（ATI-Atomic Time International）的秒長作為時(shí)間單位，時(shí)間起算原點(diǎn)UTC零時(shí)定義在1980年1月6日子夜零點(diǎn)。示例中時(shí)間01時(shí)39分46.00秒。

◇02 定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位 。

◇03 緯度：格式為“ddmm.Mmmm”;示例中為“北緯（N）32度02.1855分”。

◇04 經(jīng)度：格式為“dddmm.Mmmm”;示例為“東經(jīng)（E）118度49.0769分”。

◇05 相對位移速度：0.05 knots。

◇06 表示方位角，即相對位移方向：從000.0°～359.9°示例為“218.30度”。

◇07 日期：111106為UTC標(biāo)準(zhǔn)日期，格式為“mm/dd/yy”11日11月06年

◇08 013.5——磁偏移量值。表示磁極變量值為13.5，單位是度。

◇09 W表示地磁變化方向，包括w或E。

◇10 E*6E——校驗(yàn)碼，用來驗(yàn)證語句中數(shù)據(jù)的完整性。

在這些數(shù)據(jù)中，本研究主要關(guān)心的是地理坐標(biāo)和時(shí)間，即緯度、經(jīng)度、定位狀態(tài)和UTC日期、時(shí)間信息。

三、GPS的串口通信的軟件設(shè)計(jì)

串口通信的軟件設(shè)計(jì)主要是針對GPS數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、存儲(chǔ)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使其融為一體。其中主要用到了GPS串口的開發(fā)、數(shù)據(jù)庫處理以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的相關(guān)編程。

根據(jù)GPS模塊數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，必須給串口設(shè)置如下的參數(shù)：數(shù)據(jù)傳輸率9600bit/s，數(shù)據(jù)位8bit，停止位1bit，無奇偶校驗(yàn)位，可以根據(jù)需要選擇不同的COM口。針對有些計(jì)算機(jī)上沒有留有COM口，也可以使用USB轉(zhuǎn)COM口工具，直接使用計(jì)算機(jī)上的USB接口。GPS信號輸出時(shí)間間隔通常在0～2s范圍內(nèi)，在實(shí)時(shí)性跟蹤時(shí)，采用每隔1s采樣一次。本程序中每1s更新一次經(jīng)度、緯度、時(shí)間、速度和航向等數(shù)據(jù)。

在本系統(tǒng)中，串口通訊技術(shù)采用API（Appli-

cation Programming Interface）函數(shù)的方法，通過設(shè)置CSerialPortEx類為串口通信支持類和CConfigDlg類為串口參數(shù)配置類，先對串行口通信參數(shù)進(jìn)行選擇;然后在串口數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，CSerialPortEx類將數(shù)據(jù)發(fā)送到程序主窗口;控制模塊每隔一段時(shí)間察看一次主窗口串口數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)，并對符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后保存在一個(gè)數(shù)據(jù)文件中以供后續(xù)處理使用，同時(shí)請求顯示模塊更新數(shù)據(jù)。

其具體操作步驟如下：

1.添加SerialPort.h和SerialPort.cpp兩文件到本程序中。創(chuàng)建串口參數(shù)配置類CConfigDlg。

2.將這兩類的頭文件名添加到主程序中。定義CSerialPortEx類的變量m_Port;通過設(shè)定定時(shí)器OnTimer函數(shù)來響應(yīng)ON（開始接收）和OFF（停止接收）按鈕。程序如下：

void CGPSView：：OnReceiveStart（）//開始接收

{

m_Port.StartMonitoring（）;//打開線程，開始接收串口數(shù)據(jù)

m_nTimer=SetTimer（1，1000，0）;//啟動(dòng)定時(shí)接收器，每隔1s接收一次

}

void CGPSView：：OnReceiveStop（）//停止接收

{

m_Port.StopMonitoring（）;//關(guān)閉線程，停止接收串口數(shù)據(jù)

KillTimer（1）;//關(guān)閉定時(shí)接收器

}

3.采用查詢方式：設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，每隔一段時(shí)間察看一次串口數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)，在定時(shí)器OnTimer函數(shù)中確定數(shù)據(jù)的提取方法。通過查找上一個(gè)GPS語句結(jié)束標(biāo)志LF和下一個(gè)CR結(jié)束標(biāo)志之間的一句GPS語句。依次按照GPGGA輸出數(shù)據(jù)格式查找獲取數(shù)據(jù)，并分別給對話框中的變量中。如下所示：

void CGPSView：：OnTimer（UINT nIDEvent）

{

if（nIDEvent！=1）

return;//若不是GPS定時(shí)處理事件，則返回

while（（m_strReceived.Find（0x0d）！=-1）&&（m_strReceived.Find（0x0a）！=-1））

//循環(huán)讀取GPGGA定位語句

{

int startLF=m_strReceived.Find（0x0a）;

//startLF：緩沖區(qū)中第一個(gè)GPS語句結(jié)束標(biāo)志LF的位置，即下一GPS語句開始標(biāo)志

int endCR=m_strReceived.Find（0x0d）;

//endCR：緩沖區(qū)中第一個(gè)GPS語句結(jié)束標(biāo)志CR的位置。

//若endCR在startLF之前，則兩個(gè)結(jié)束標(biāo)志屬于同一GPS語句，需繼續(xù)搜索下一個(gè)LF標(biāo)志

if（startLF>endCR）

endCR=m_strReceived.Find（0x0d，startLF）;

//復(fù)制這一句GPS語句，并從接收緩沖區(qū)中刪除從上一句結(jié)束標(biāo)志LF到本句結(jié)束標(biāo)志CR間的數(shù)據(jù)

CString msg=m_strReceived.Mid（startLF+1，

endCR-startLF-1）;

m_strReceived.Delete（0，endCR+1）;

//判斷是否GPGGA定位語句，若不是則跳過后續(xù)循環(huán)，繼續(xù)處理下一句，否則刪除“$GPGGA”，繼續(xù)處理該句的其它部分。

if（msg.Left（6）.Compare（"$GPGGA"）！=0）

continue;

msg.Delete（0，msg.Find（'，'）+1）;

…………………………………………

}

}

運(yùn)行結(jié)果如圖1所示，分別獲取了經(jīng)度、緯度、速度、航向、海拔高度等數(shù)值。

四、結(jié)束語

利用面向?qū)ο蟮目梢暬Z言VC++6.0封裝的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)和GPS的串口通信，包括GPS串口的開發(fā)、數(shù)據(jù)庫處理以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)通過把GPS 接收機(jī)和電腦的串口相連，快速獲取了GPS 定位導(dǎo)航信息，運(yùn)行結(jié)果證明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、定位精度高、定位誤差小，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，為進(jìn)一步研究GPS的定位導(dǎo)航提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]羅鳴，曹沖，肖雄兵等.全球定位系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]Davis Chapman馱長樂譯.學(xué)用Visual C++6.0[M].北京清華大學(xué)出版社，2004.

[3]唐旭榮，唐斌，蔣德.衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)原理與設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

指導(dǎo)老師、通訊作者：吳延霞。