基于VC++6.0的GPS数据采集模块的软件实现

德州学院汽车工程系 吴延霞

GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，因其具有高精度、全天候，开放式等特点，近年来被广泛应用于车载GPS导航和定位中[1]。为了实现GPS数据采集、接收与处理，就要实现计算机与GPS接收机的串口通信，计算机的串行端口提供了计算机和GPS接收机之间的数据传输通道。Visual C++又是一种可视化的语言，还提供ODBC类[2]，由于其在和GPS接收机数据之间的通信及后面的数据处理方面具有强大的功能，所以它提供的串口通信编程方法已经成为GPS接收机串口通信程序设计的重要方法之一，本研究通过该接口实现对数据库系统的访问，完成状态参数的存储。

目前，许多GPS厂商遵循NMEA0183协议开发了许多导航GPS，这些GPS提供串行通信接口。本系统的数据采集遵循NMEA0183协议，对之进行处理后，通过ODBC接口将用户位置、时间、速度和航向等信息保存到用户建立的数据库中，为数据处理提供定位信息。

一、GPS定位的数据格式――NMEA0183数据格式

NMEA0183协议是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)制定的GPS接口协议标准[3]。在串口通讯模块中，系统采用的GPS数据格式是RMC数据格式，通过判断信号状态来确认是否为有效信号。采集的数据包括经度、纬度、时间、状态、航向角、速度等。

本文采用的是GPRMC定位语句，采集程序将忽略其余的信息，GPRMC定位语句结构如下：

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

以下面的语句为例进行说明语句的含义：

$GPRMC,013946.00,A,3202.1855,N,11 849.0769,E,0.05,218.30,111106,013.5,W,A*20..

在此列中各数据段通过逗号分开，其中：

“$GPRMC”为帧头，表示这条语句为RMC格式语句$GPRMC，标识后续帧内数据组成结构；

01 UTC时间(Coordinated Universal Time)，即是24小时制的标准时，格式为“hh／mm／ss”。UTC时间为GPS系统所采用的时间系统，以原子时（ATI－Atomic Time International）的秒长作为时间单位，时间起算原点UTC零时定义在1980年1月6日子夜零点。示例中“084623.00”表示8时46分23.00秒。时间01时39分46.00秒。

02 位状态数据A表示数据有效，如为V则表示可跟踪卫星小于3颗；即A代表“可用”，V代表“警告”(不可用)。

03 度：3212．875为纬度值，格式为“ddmm．mmmm”。北纬(N)32度02.1855分。

04 度：格式为“dddmm．mmmm”；E表示东经，如为W则表示西经，东经(E)118度49.0769分。

05 对位移速度：0.05knots。

06 示方位角，即相对位移方向：从000.0°～359.9°实例为218.30度。

07 期：111106为UTC标准日期，格式为“mm／dd／yy”11日11月06年(日日月月年年)

08 013.5——磁偏移量值。表示磁极变量值为13.5，单位是度。

09 W表示地磁变化方向，包括w或E。

10 E*6E——校验码，用来验证语句中数据的完整性。

在这些数据中，本研究主要关心的是地理坐标和时间，即纬度、经度、定位状态和UTC日期、时间信息。

二、GPS的串口通信的软件设计

串口通信部分软件设计主要是针对GPS数据的实时接收、存储和坐标转换融为一体的开发。在此主要用到了GPS串口的开发、数据库处理以及坐标转换的相关编程。

根据GPS模块数据传输机制，必须给串口设置如下的参数：数据传输率9600bit/s，数据位8bit，停止位1bit，无奇偶校验位，可以根据需要选择不同的COM口。针对有些计算机上没有留有COM口，也可以使用USB转COM口工具，直接使用计算机上的USB接口。GPS信号输出时间间隔通常在0~2s范围内，在实时性跟踪时，采用每隔1s采样一次。本程序中每1s更新一次经度、纬度、时间、速度和航向等数据。

在本系统中，串口通讯技术采用API(A-pplication Programming Interface)函数的方法，通过设置CSerialPortEx类为串口通信支持类和CConfigDlg类为串口参数配置类，先对串行口通信参数进行选择；然后在串口数据到达时，CSerialPortEx类将数据发送到程序主窗口；控制模块每隔一段时间察看一次主窗口串口数据接收缓冲区，并对符合要求的数据进行处理后保存在一个数据文件中以供后续处理使用，同时请求显示模块更新数据。

其具体操作步骤如下：

1.添加SerialPort.h和SerialPort.cpp两文件到本程序中。创建串口参数配置类CConfigDlg。

2.将这两类的头文件名添加到主程序中。定义CSerialPortEx类的变量m_Port；通过设定定时器OnTimer函数来响应ON(开始接收)和OFF(停止接收)按钮。程序如下

void CGPSView::OnReceiveStart()//开始接收

{

m_Port.StartMonitoring();//打开线程，开始接收串口数据

m_nTimer=SetTimer(1,1000,0);//启动定时接收器，每隔1s接收一次

}

void CGPSView::OnReceiveStop()//停止接收

{

m_Port.StopMonitoring();//关闭线程，停止接收串口数据

KillTimer(1);//关闭定时接收器

}

3.采用查询方式：设置一个定时器，每隔一段时间察看一次串口数据接收缓冲区，在定时器OnTimer函数中确定数据的提取方法。通过查找上一个GPS语句结束标志LF和下一个CR结束标志之间的一句GPS语句。依次按照GPGGA输出数据格式查找获取数据，并分别给对话框中的变量中。如下所示：

void CGPSView::OnTimer(UINT nIDEvent)

{

//若不是GPS定时处理事件，则返回

if(nIDEvent!=1)

return;

//循环读取GPGGA定位语句

{

图1 GPS数据采集程序运行结果

int startLF=m_strReceived.Find(0x0a);

//startLF：缓冲区中第一个GPS语句结束标志LF的位置，即下一GPS语句开始标志

int endCR=m_strReceived.Find(0x0d);

//endCR：缓冲区中第一个GPS语句结束标志CR的位置。

//若endCR在startLF之前，则两个结束标志属于同一GPS语句，需继续搜索下一个LF标志

if(startLF>endCR)

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

//复制这一句GPS语句，并从接收缓冲区中删除从上一句结束标志LF到本句结束标志CR间的数据

CString msg=m_strReceived.Mid(startLF+1,endCR-startLF-1);

m_strReceived.Delete(0,endCR+1);

//判断是否GPGGA定位语句，若不是则跳过后续循环，继续处理下一句，否则删除“$GPGGA”，继续处理该句的其它部分。

if(msg.Left(6).Compare("$GPGGA")!=0)

continue;

msg.Delete(0,msg.Find(',')+1);…………………………………………

}

}

运行结果如图1所示，分别获取了经度、纬度、速度、航向、海拔高度等数值。

三、结束语

利用面向对象的可视化语言VC++6.0封装的API函数实现了计算机和GPS的串口通信，包括GPS串口的开发、数据库处理以及坐标转换。实验通过把GPS接收机和电脑的串口相连，快速获取了GPS定位导航信息，运行结果证明系统运行稳定、定位精度高、定位误差小，实时性强，为进一步研究GPS的定位导航提供了理论依据。

[1]罗鸣,曹冲,肖雄兵,等.全球定位系统[M].北京:电子工业出版社,2008.

[2]Davis Chapman.驮长乐译.学用Visual C++6.0[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3]唐旭荣,唐斌,蒋德.卫星导航软件接收机原理与设计[M].北京:国防工业出版社,2008.