[技术]

【飞凌RK3588开发板试用】4G模组GPS使用.

2023-3-19 16:18:17 4873

查看参考手册，移远带有GPS的芯片的USB Serial如下。

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1 应用简介

1、若不使用 AT+QGPSCFG 指令对EC20进行配置，则会以默认参数开启GPS参数，NMEA端口开始上报，"gpsnmeatype"默认值为31，上报间隔为1s，每次上报所有种类的NMEA数据(GGA\RMC\GSV\GSA\VTG)，若采用此默认配置，大多数使用者会觉得单次上报的数据太多且很多信息重复，建议大家使用QGPSCFG配置自己需要的NMEA数据格式，具体格式的差异可参考网上对NMEA数据的说明。

2、Linux环境下对NMEA数据的获取：

cat /dev/ttyUSB1 & // NMEA数据从ttyUSB1输出

echo "AT+QGPS=1" > /dev/ttyUSB2 // 开启GPS会话

可观察到ttyUSB1输出NMEA数据，如下：

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3、程序设计过程中，若有固定频率更新位置需求，可考虑采用读取NMEA端口数据的形式，并将其配置适合自己需求的NMEA格式和数据更新间隔。若产品执行获取位置指令的频率较低且间隔时间不固定，也可考虑直接在AT指令端口使用AT+QGPSLOC指令进行实时位置信息的获取。

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2 GPS数据解析

NMEA 0183是美国国家海洋电子协会（National Marine Electronics Association ）为海用电子设备制定的标准格式。目前业已成了GPS导航设备统一的RTCM（Radio Technical Commission for Maritime services）标准协议。

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。

2.1 GPRMC数据详解

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

<1> UTC时间，hhmmss(时分秒)格式

<2> 定位状态，A=有效定位，V=无效定位

<3> 纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<4> 纬度半球N(北半球)或S(南半球)

<5> 经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<6> 经度半球E(东经)或W(西经)

<7> 地面速率(000.0~999.9节，前面的0也将被传输)

<8> 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)

<9> UTC日期，ddmmyy(日月年)格式

<10> 磁偏角(000.0~180.0度，前面的0也将被传输)

<11> 磁偏角方向，E(东)或W(西)

<12> 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。

2.2 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)；

<1> UTC时间，格式为hhmmss.sss；

<2> 纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；

<3> 纬度半球，N或S(北纬或南纬)

<4> 经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；

<5> 经度半球，E或W(东经或西经)

<6> 定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；

<7> 使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)

<8> 水平精确度，0.5到99.9

<9> 天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米 M 指单位米

<10> 大地水准面高度，-9999.9到9999.9米 M 指单位米

<11> 差分GPS数据期限(RTCM SC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量

<12> 差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。

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。

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。

/**
  * @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;
}

2.GPS数据分析

char *buff = NULL;

GPRMC_t gprmc;
GPGGA_t gpgga;

/**
  * [url=home.php?mod=space&uid=2666770]@Brief[/url]     GPS解析函数
  * [url=home.php?mod=space&uid=3142012]@param[/url]     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
    
    while(1)
    {
        memset(AT_Buff,0,sizeof(AT_Buff));
        strcpy(AT_Buff, "AT+QGPS=1");
        GPS_Set(AT_fd , AT_Buff);
        
        if(buff != NULL)
        {
            break;
        }
        
        memset(AT_Buff,0,sizeof(AT_Buff));
        strcpy(AT_Buff, "AT+QGPSEND");
        GPS_Set(AT_fd , AT_Buff);
        sleep(1);
    }
    
    //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打开函数
  * @param     AT_fd：串口文件描述符
  * @          AT ：AT指令
  * @retval    Nono
  */
void GPS_Set(int AT_fd,char *AT)
{
    int  nread,nwrite;
    char send_buff[16];
    char recv_buff[64];
    
    memset(send_buff,0,sizeof(send_buff));
    strcpy(send_buff, AT);
    strcat(send_buff,"\r");
    nwrite = write(AT_fd,send_buff,strlen(send_buff));

#ifdef DEBUG_GPS
    printf("nwrite=%d,%s\n",nwrite,send_buff);
#endif
    //waiting for AT's ACK等待回应
    memset(recv_buff,0,sizeof(recv_buff));
    nread = read(AT_fd,recv_buff,sizeof(recv_buff));
    
    buff = strstr(recv_buff,"OK");
    //memset(buff,0,strlen(buff));
    
#ifdef DEBUG_GPS    
    printf("nread=%d,%s\n",nread,recv_buff);
    printf("================1======================\n");
#endif

}

/**
  * @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("================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("================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");
}

【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。

3.主函数打开串口设备读操作

#define DEBUG_GPS

int GPS_DATA_fd = -1; //GPS_DATA描述符 
int GPS_AT_fd = -1;   //GPS_AT描述符；	

/**
  * @brief     main函数
  * @param     Nono
  * @retval    Nono
  */
int main(int argc, char **argv)
{
    GPS_AT_fd = init_GPS_port(DEVICE_AT_GPS);      //初始化AT GPS

    if(GPS_AT_fd < 0)
    {
        printf("open GPS_AT_port failed!\n");
    }
    else
    {
        printf("open GPS_AT_port success!\n");
    }

    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;
}