从NMEA0183到GNSS定位数据获取（二）软件篇

作者：良知犹存

转载授权以及围观：欢迎添加微信公众号：Conscience_Remains

总述

GPS我们都知道，一种用来全球定位的系统，后来俄罗斯推出了格洛纳斯定位系统，中国推出了北斗定位，欧盟有伽利略，印度与日本也有有发展。所以后来把覆盖全球的自主地利空间定位的卫星系统成为GNSS。

现在卫星定位那么热，那么作为一个嵌入式人怎么获取这些数据为我们所用呢？下面就听作者一一道来。

上一篇文章的传送门从NMEA0183到GNSS定位数据获取（一）原理篇

需要资料和代码的朋友可以关注公众号回复GNSS解析获得自动回复的链接。

三、程序介绍

上一篇文章介绍了NMEA-0183的协议内容，当我们知道数据格式，那对于底层的开发人员来说就是如何把我们需要的数据解析出来。

话不多说上实例来看：

还是这张图，上面可以看到SOC与模块只是串口相连

我们第一步就是先配置通讯IO，STM32和Linux大家自行选择

外设配置好了，接下来就开始对”模块“发过来的数据动手了。

$GNGGA,032220.291,,,,,0,0,,,M,,M,,*5D

$GNRMC,032220.291,V,,,,,0.00,0.00,140716,,,N*5D

$GNVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*2C

$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*1E

$BDGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*0F

$GPGSV,2,1,07,23,,,31,08,,,49,30,,,33,16,,,45*7E

$GPGSV,2,2,07,07,,,44,27,,,49,26,,,43*72

$BDGSV,1,1,03,10,,,47,04,,,40,07,,,48*62

$GNGLL,,,,,032220.291,V,N*6F

首先先定义一个结构体,用来对解析好的数据进行存放。

//GPS NMEA-0183协议重要参数结构体定义
//卫星信息
__packed typedef struct
{
   u8  num;    //卫星编号
  u8  eledeg;  //卫星仰角
  u16 azideg;  //卫星方位角
  u8  sn;    //信噪比
}nmea_slmsg;

//UTC时间信息
__packed typedef struct
{
   u16 year;  //年份
  u8 month;  //月份
  u8 date;  //日期
  u8 hour;   //小时
  u8 min;   //分钟
  u8 sec;   //秒钟
}nmea_utc_time;        

//NMEA 0183 协议解析后数据存放结构体
__packed typedef struct
{
   u8 svnum;          //可见卫星数
  nmea_slmsg slmsg[12];    //最多12颗卫星
  nmea_utc_time utc;      //UTC时间
  u32 latitude;        //纬度 分扩大100000倍,实际要除以100000
  u8 nshemi;          //北纬/南纬,N:北纬;S:南纬
  u32 longitude;          //经度 分扩大100000倍,实际要除以100000
  u8 ewhemi;          //东经/西经,E:东经;W:西经
  u8 gpssta;          //GPS状态:0,未定位;1,非差分定位;2,差分定位;6,正在估算.
   u8 posslnum;        //用于定位的卫星数,0~12.
   u8 possl[12];        //用于定位的卫星编号
  u8 fixmode;          //定位类型:1,没有定位;2,2D定位;3,3D定位
  u16 pdop;          //位置精度因子 0~500,对应实际值0~50.0
  u16 hdop;          //水平精度因子 0~500,对应实际值0~50.0
  u16 vdop;          //垂直精度因子 0~500,对应实际值0~50.0 

  u16 course;       //航向
  int altitude;         //海拔高度,放大了10倍,实际除以10.单位:0.1m
  u32 speed;          //地面速率,放大了1000倍,实际除以10.单位:0.001公里/小时
}nmea_msg;

其次因为协议是以字符串的形式发过来的，我们要把解析的信息进行符号的定义以及字符的转化，准备了以下两个函数：

//从buf里面得到第cx个逗号所在的位置
//返回值:0~0XFE,代表逗号所在位置的偏移.
//       0XFF,代表不存在第cx个逗号
u8 NMEA_Comma_Pos(u8 *buf,u8 cx)
{
  u8 *p=buf;
  while(cx)
  {
    if(*buf=='*'||*buf<' '||*buf>'z')return 0XFF;//遇到'*'或者非法字符,则不存在第cx个逗号
    if(*buf==',')cx--;
    buf++;
  }
  return buf-p;
}
//str转换为数字,以','或者'*'结束
//buf:数字存储区
//dx:小数点位数,返回给调用函数
//返回值:转换后的数值
/*遇到冒号以及竖杠、注释的斜杠的时候进行返回*/
int NMEA_Str2num(u8 *buf,u8*dx)
{
  u8 *p=buf;
  u32 ires=0,fres=0;
  u8 ilen=0,flen=0,i;
  u8 mask=0;
  int res;
  while(1) //得到整数和小数的长度
  {
    if(*p=='-'){mask|=0X02;p++;}//是负数
    if(*p==','||(*p=='*')||(*p=='|')||(*p==':')\
    ||(*p=='!')  ||(*p=='/'))break;//遇到结束了
    if(*p=='.'){mask|=0X01;p++;}//遇到小数点了
    else if(*p == 0)//截至符 0
    {
      break;
    }
    else if(*p>'9'||(*p<'0'))  //有非法字符
    {
      ilen=0;
      flen=0;
      break;
    }
    if(mask&0X01)flen++;
    else ilen++;
    p++;
  }
  if(mask&0X02)buf++;  //去掉负号
  for(i=0;i<ilen;i++)  //得到整数部分数据
  {
    ires+=NMEA_Pow(10,ilen-1-i)*(buf[i]-'0');//
  }
  if(flen>5)flen=5;  //最多取5位小数
  *dx=flen;       //小数点位数
  for(i=0;i<flen;i++)  //得到小数部分数据
  {
    fres+=NMEA_Pow(10,flen-1-i)*(buf[ilen+1+i]-'0');
  }
  res=ires*NMEA_Pow(10,flen)+fres;
  if(mask&0X02)res=-res;
  return res;
}    

还有一个是在例如经纬度的转化的时候需要用到的次方的函数：

//m^n函数
//返回值:m^n次方.
u32 NMEA_Pow(u8 m,u8 n)
{
  u32 result=1;
  while(n--)result*=m;
  return result;
}

因为项目的需求没有对协议全部的解析，只是针对性的进行了解析。其余大家想要解析的数据也是类似：

下面是以GPGGA 解析为例：其他标志头的数据大家以此类推。

从上面图片可以看到本条信息带有14条信息，但是我只解析了第六个、第七个和第九个字节的数据。虽然这条信息中也有UTC时间，但是一般都是建议在*RMC中获得。

//分析GPGGA信息
//gpsx:nmea信息结构体
//buf:接收到的GPS数据缓冲区首地址
void NMEA_GPGGA_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{
  u8 *p1,dx;
  u8 posx;    

  p1 = (u8*)strstr((const char *)buf,"$GNGGA");//GN 标志开头
  if(p1 == NULL)
  {
    p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"$GPGGA");//或者GP开头的标志 你也可以用BD开头的标志
  }

  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,6);                //得到GPS状态
  if(posx!=0XFF)
    gpsx->gpssta=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);  

  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,7);                //得到用于定位的卫星数
  if(posx!=0XFF)
    gpsx->posslnum=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx); 

  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,9);                //得到海拔高度
  if(posx!=0XFF)
    gpsx->altitude=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
}

//分析GPGSA信息
//gpsx:nmea信息结构体
//buf:接收到的GPS数据缓冲区首地址
void NMEA_GPGSA_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{
  u8 *p1,dx;
  u8 posx;
  u8 i;
  p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"$GPGSA");
  if(p1 == NULL)
    p1 = (u8*)strstr((const char *)buf,"$GNGSA");
  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,2);                //得到定位类型
  if(posx!=0XFF)gpsx->fixmode=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
  for(i=0;i<12;i++)                    //得到定位卫星编号
  {
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,3+i);
    if(posx!=0XFF)gpsx->possl[i]=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
    else break;
  }
  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,15);                //得到PDOP位置精度因子
  if(posx!=0XFF)gpsx->pdop=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,16);                //得到HDOP位置精度因子
  if(posx!=0XFF)gpsx->hdop=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,17);                //得到VDOP位置精度因子
  if(posx!=0XFF)gpsx->vdop=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
}

//分析GPRMC信息
//gpsx:nmea信息结构体
//buf:接收到的GPS数据缓冲区首地址
void NMEA_GPRMC_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{
  u8 *p1,dx;
  u8 posx;
  u32 temp;
  float rs;  

  p1 = (u8*)strstr((const char *)buf,"GNRMC"); //GNSS
  if(p1 == NULL)
  {
    p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"GPRMC");//"$GPRMC",经常有&和GPRMC分开的情况,故只判断GPRMC.
  }

  posx=NMEA_Comma_Pos(p1, 1);                //得到UTC时间  hhmmss.ss
  if(posx!=0XFF)
  {
    temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx)/NMEA_Pow(10,dx);     //得到UTC时间,去掉ms
    gpsx->utc.hour=temp/10000;
    gpsx->utc.min=(temp/100)%100;
    gpsx->utc.sec=temp%100;
  }

  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,2);/*判断RMC数据状态,A=数据有效 V=数据无效*/
  if(posx!=0XFF)
  {
    u8* p2=(u8*)strstr((const char *)(p1+posx), "A");
    if(p2 == NULL)
    {
      posx = 0;  //数据无效 TODO
    }
  }

  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,3);                //得到纬度 ddmm.mmmm
  if(posx!=0XFF)
  {
    temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
    gpsx->latitude=temp/NMEA_Pow(10,dx+2);  //得到°
    rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2);        //得到'
    gpsx->latitude=gpsx->latitude*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))/60;//转换为°
  }
  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,4);                //南纬还是北纬
  if(posx!=0XFF)
    gpsx->nshemi=*(p1+posx);           

  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,5);                //得到经度 dddmm.mmmm
  if(posx!=0XFF)
  {
    temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
    gpsx->longitude=temp/NMEA_Pow(10,dx+2);  //得到°
    rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2);        //得到'
    gpsx->longitude=gpsx->longitude*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))/60;//转换为°
  }
  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,6);                //东经还是西经
  if(posx!=0XFF)
    gpsx->ewhemi=*(p1+posx);  

  posx=NMEA_Comma_Pos(p1,8);                //得到方位 度
  if(posx!=0XFF)
  {
    temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
    gpsx->course = temp*10;
  }

  posx=NMEA_Comma_Pos(p1, 9);                //得到UTC日期 ddmmyy
  if(posx!=0XFF)
  {
    temp=NMEA_Str2num(p1+posx, &dx);
    gpsx->utc.date  = temp/10000;
    gpsx->utc.month = (temp/100)%100;
    gpsx->utc.year  = 2000+temp%100;
  }
}

这就是我分享的第二篇NMEA-0183到GNSS数据的文章，里面代码都是实践过的。如果大家有什么更好的思路，欢迎分享交流哈。