引 言
目前,GPS 已在许多行业和领域得到广泛应用,但就如何将GPS 有关信息读入计算机以便进一步处理和应用,仍是大家普遍关心的问题。虽然目前GPS 接收仪的种类、功能各有差异,而且使用的通讯协议也比较多,但许多GPS 生产商都遵循NMEA0183 协议,并且这些GPS 都提供串行通讯接口。笔者试图从分析GPS 通讯NMEA0183 协议入手,以计算机实时读取、显示、存储、回放GPS信息为例,探讨用VB 实现GPS 信息处理的一些方法。
1 GPS 通讯的NMEA 协议
GPS 的通讯协议比较多,其中NMEA (National Ma2rine Electronics Association) , 0183 协议为GPS 接收机和其他航海电子产品的导航数据输出格式,是目前普遍使用且为大多数生产商遵循的协议之一,以下为其基本通讯参数及报文格式。
1. 1 GPS 串行通讯参数
波特率= 4800 ;无奇偶校验;数据位= 8 ;停止位= 1
1. 2 NMEA 0183 报文格式
NMEA 0183 协议报文的语句串(ASCII 字符) 格式全部信息可如下表示[1] :＄AAXXX,ddd. . . ddd , 3 hh < CR > < LF >
具体内容为:
＄ 串头,表示串开始
AA 识别符
XXX 语句名
ddd …ddd 数据字段,字母或数字
, 逗号
3 星号,串尾
hh ＄与3 之间所有字符代码的校验和
< CR > 回车控制符
< LF > 换行控制符
1. 3 报文示例说明
在具体的GPS 应用中,不需要用到NMEA 的全部信息,而是根据具体的工作,从中选取所需的信息,忽略其他信息。在文献[ 1 ]中,给出了用NMEA0813 的＄GPGGA语句的数据格式及示例,文中以GPS 推荐的最短数据＄GPRMC 语句为例,具体讨论协议串中各数据段内容。
1. 3. 1 当GPS 接收仪和卫星的通讯正常时接收到的数据中就包含如下格式的RMC 语句:
＄GPRMC,055142,A,3603.3291,N,10346.3723,E,0.0,230.4,250503,1.3,W,A *3 02
其中数据分别为:
＄GPRMC 串头,其中RMC 为定位语句
055142 表示UTC 24 小时制的标准时间,格式为“时时/分分/秒秒”。根据任务还需要将其转换为北京时间格式
A 或V 表示信号接收状态,其中A表示数据“OK,V表示一个警告
3603.3291 表示纬度值,格式为“ddmm.mmmm”
N 或S 标明南北半球,N为北半球(北纬)、S为南半球(南纬)
10346.3723 表示经度值,格式为“dddmm.mmmm”
E 或W 标明东西半球,E为东半球(东经)、W为西半球(西经)
0.0 表示速度, (这里速度为0)
230.4 方位角,范围为000.0 到359.9度
250503 为UTC 的日期,格式为“日日/月月/年年”
1. 3 地磁变化(磁偏角) ,从000.0 到180.0度
W 地磁变化方向,为E或W
1. 3. 2 当没有和卫星取得联系时
RMC 语句的显示格式如下:＄GPRMC, ,V, , , , , , ,270503 ,1.3,W,N *2B
2 VB编程实现
在应用VB 实现对GPS 数据接收和处理时,主要通过串行通讯方式,应用MSComm 控件完成。由于文中涉及内容较多,故只给出编程思想和核心程序段。
2. 1 MSComm 控件应用
2. 1. 1 端口设置
由于GPS串行通讯参数是固定的“波特率=4800 ;无奇偶校验;数据位=8;停止位=1”,所以在编程时直接设置串口通讯参数就行了。其主要程序段如下[2] :
’NMEA 协议设置
MSComm1.Settings= “4800,N,8,1”
2. 1. 2 数据采集
OnComm 事件被用于捕获communications 事件及错误。因此可在MSComm 控件的OnComm 事件中加入处理函数,以便在文本框区实时显示、数据采集。
|
Private Static Sub MSComm1 - OnComm() ’事件信息 Dim Buffer As Variant Buffer = MSComm1.Input ShowData txtTerm ,(StrConv(Buffer,vbUnicode)) ’在文本框txtTerm 内显示接收到的GPS 信息 ’ShowData 过程实现, 见2.2.4 End Sub |
2. 2 GPS 信息显示的实现
GPS 信息的显示实际包括两个方面,一是经过提取处理,显示需要的信息;二是在文本框内显示或记录全部信息(各种语句都显示) 。在程序实现上,为方便读取GPS信息, 并提高程序的复用性, 事先设计了两个类模块CparseUtils-wjh.cls,GPRMC-wjh.cls和一个标准模块modTransFun.bas ;同时也设计了一个在文本框区显示、采集数据的过程showdata。以下为主要功能或实现过程。
2. 2. 1 CparseUtils-wjh 类
该类主要用于求得语句串中数据段的数目和内容,包含两个函数:
Function Count Parts ( sString As String , Optional sDelim As String) As Byte ’用于返回协议语句中用“,”分割的段数
Function Parse (ByVal sString As String , iReq As Integer , Op2tional sDelim As String) As String ’用于分割数据段内容
2. 2. 2 GPRMC-wjh 类
该类实现对接收到的语句进行判断,并确定各段字符的具体内容。除变量和其他属性定义外,最核心的一个方法,就是字串判断,下面列出其程序段:
|
Public Property Let Sentence (ByVal RMC - Sentence As String) Dim Utils As New CparseUtils-wjh ’检查正确的协议语句串头,以保证为＄GPRMC 串 If Utils.Parse (RMC- Sentence , 1) =“＄GPRMC”Then ’变量定义部分从略 mvarSentence = RMC - Sentence ’分析NMEA 并检查效果,如果不满足控制条件,返回并使变量值为空 sUTC = Utils.Parse (mvarSentence , 2) ’UTC 时间 If IsNumeric (sUTC) Then mvarUTC = sUTC End If sLatitude = Utils.Parse (mvarSentence , 4) ’纬度 If IsNumeric (sLatitude) Then mvarLatitude = sLatitude End If sLatHemis = Utils.Parse (mvarSentence , 5) ’南、北纬 If sLatHemis =“S”Or sLatHemis =“N”Then mvarLatHemis = sLatHemis End If sLongitude = Utils. Parse (mvarSentence , 6) ’经度 If IsNumeric (sLongitude) Then mvarLongitude = sLongitude End If sLonHemis = Utils. Parse (mvarSentence , 7) ’东、西经 If sLonHemis = “E”Or sLonHemis = ”W”Then mvarLonHemis = sLonHemis End If sSpeed = Utils. Parse (mvarSentence , 8) ’速度 If IsNumeric (sSpeed) Then mvarSpeed = sSpeed End If sUTDate = Utils. Parse (mvarSentence , 10) ’日期 If IsNumeric (sUTDate) Then mvarUTDate = sUTDate End If ’……其他判断类似,此处从略 End If Set Utils = Nothing End Property |
2. 2. 3 modTransFun 功能模块
该模块给出了坐标格式转换函数及GPS 信息显示函数,它们分别为:
Public Function DM2DD(DegreeMinutes As String) As Double
’坐标格式转换函数,转换NMEA 协议的“度分”坐标格式为十进制“度度”格式
’实现方法读者可自己完成
下面主要介绍用于GPS 数据显示、回放时要用到的playNMEA 过程的实现方法:
|
Public Sub playNMEA(sArray As Variant ) ’直接显示GPS 数据流,或回放已存在的NMEA 文件 Dim rmc As GPRMC-wjh Dim Utils As New CparseUtils - wjh Dim Sentence As Integer For Sentence = 0 To sCnt - 1 If Utils. Parse (sArray(Sentence) , 1) =“＄GPRMC”Then Set rmc = New GPRMC - wjh DoEvents With rmc . Sentence = sArray(Sentence) If Not Val ( . Longitude) = 0 Then ’lblX、lblY、lblSpeed、lblUTC、lblDate 分别为用于显示X、Y 坐标, ’速度,日期,时间的标签(Label) 控件 ’这里只示例了＄GPRMC 中几个主要信息的提取,其他信息可如法炮制 lblX. Caption = “X: ” & Format (DM2DD ( . Longitude ) ,“000. 0000”) &“”& . LonHemis lblY. Caption =“Y: ”& Format (DM2DD( . Latitude) ,“ 00.0000”) &“”& . LatHemis lblSpeed. Caption =“速度: ”& . Speed &“ Km/ h” lblDate. Caption =“日期: ”& . UTDate lblUTC. Caption =“时间: ”& . UTC ’这个时间为UTC时间 ’根据任务可转换成北京时间 Else MsgBox“接收卫星数太少,不能定位!” ’…… ’赋给lblX、lblY、lblSpeed、lblUTC、lblDate 空串 Exit Sub End If End With End If Next Sentence End Sub |
’如果需要记录数据到文件
|
If hLogFile Then i = 2 Do Err = 0 Put hLogFile , , Data Dim data0 As String If Err Then i = MsgBox( Error ＄, 21) If i = 2 Then mnuCloseLog - Click End If End If Loop While i < > 2 End If Term. SelStart = Len ( Term. Text ) ’定位信息显示部分开始 InString = Data cnt = Utils. Count Parts ( InString , Chr (10) ) For n = 0 To cnt - 1 tempStr = Utils. Parse ( InString , n , Chr (10) ) ReDim Preserve sArray(n) sArray(n) = tempStr Next n Set Utils = Nothing sCnt = cnt Call playNMEA(sArray) ’显示部分结束 Exit Sub Handler : MsgBox Error ＄ Resume Next End Sub |
2. 3 实时记录和保存GPS 数据
程序运行时,如执行“打开记录文件”,则打开要记录的文件和端口,在GPS 信息区实时显示接收到的GPS 报文 ,并录入到记录文件中;若执行“关闭记录文件”,则关闭记录文件(但文本框中仍然显示GPS 信息) 。
|
Private Sub mnuOpenLog - Click() ’执行“打开记录文件” Dim replace On Error Resume Next With OpenLog ’CommonDialog 控件 . Flags = cdlOFNHideReadOnly Or cdlOFNExplorer . CancelError = True ’从用户处获得记录文件名称 . DialogTitle = “打开记录文件” . Filter = “文件格式1 ( 3 . LOG) | 3 . log| 文件格式2 ( 3 . txt) | 3 . txt| 文件格式3 ( 3 . 3 ) | 3 . 3 ” End With Do OpenLog. FileName = “” OpenLog. ShowOpen If Err = cdlCancel Then Exit Sub Temp = OpenLog. FileName ’如果文件已经存在, 询问用户是否希望覆盖此文件或在此文件基础上添加内容 Ret = Len (Dir ＄( Temp) ) If Err Then MsgBox Error ＄, 48 Exit Sub End If If Ret Then replace = MsgBox(“代替存在的- ”+ Temp +“吗?”, 35) Else replace = 0 End If Loop While replace = 2 ’用户单击“确定”按钮, 则删除此文件 If replace = 6 Then Kill Temp If Err Then MsgBox Error ＄, 48 Exit Sub End If End If ’打开记录文件 hLogFile = FreeFile Open Temp For Binary Access Write As hLogFile If Err Then MsgBox Error ＄, 48 Close hLogFile hLogFile = 0 Exit Sub Else ’到文件结尾处来添加新数据 Seek hLogFile , LOF(hLogFile) + 1 End If End Sub Private Sub mnuCloseLog - Click() ’执行“关闭记录文件” Close hLogFile hLogFile = 0 End Sub |
2. 4 回放GPS 数据
GPS 数据的回放,是将存有GPS 信息的文件打开,并重新读取、显示其信息的过程。它包括一个打开过程和一个播放过程。具体实现代码如下(要用到前面给出的模块中的方法) :
|
Private Sub mnuOpenBFile - Click() ’读取存有GPS 信息的回放文件 Dim sFile As String Dim Sentence On Error GoTo errorhandle With OpenBFile ’从用户处获得回放文件名称 . DialogTitle = “打开回放文件” . Filter = “文件格式1 ( 3 . LOG) | 3 . log| 文件格式2 ( 3 . txt) | 3 . txt| 文件格式3 ( 3 . 3 ) | 3 . 3 ” . ShowOpen If Len( . FileName) = 0 Then Exit Sub End If sFile = . FileName End With Open sFile For Input As # 1 sCnt = 0 Do While Not EOF (1) Line Input # 1 , Sentence ReDim Preserve sArray(sCnt) sArray(sCnt) = Sentence sCnt = sCnt + 1 Loop Close # 1 Exit Sub errorhandle : Close # 1 MsgBox“打开文件错误!” End Sub Private Sub mnuPlayBFile - Click() ’播放GPS 记录文件 Call playNMEA(sArray) End Sub |
3 结 论
通过对GPS 通讯NMEA 协议的分析,以RMC 语句的“＄GPRMC”串为例,给出了开发GPS 数据处理的方法。该方法具有简单、高效、实用的特点。需要说明的是,用RMC 语句不能读取高程数据,如果要在应用中读取高程数据, 可应用文中的方法, 再编写一个读GGA 语句(“＄GPGGA”串) 的类,其中第9 个数据段就是高程信息。
评论