基于C#的串口GPS數(shù)據(jù)通信處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文以Holux GR-85 GPS 模塊為例，介紹了在C#環(huán)境下，通過計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行RS-232接口與GPS模塊組成GPS定位信息采集、顯示、處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件設(shè)備接口簡單、軟件編程方便、系統(tǒng)可靠性好，為GPS的應(yīng)用提供了一個(gè)簡易途徑。

關(guān)鍵詞：GPS模塊串口通信距離方位角

0 引言

近年來，GPS系統(tǒng)已經(jīng)在大地測繪、海上漁用、車輛導(dǎo)航、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，民用GPS設(shè)備包括精度可達(dá)毫米級(jí)的測量型接收機(jī)和定位精度為幾十米的導(dǎo)航型產(chǎn)品。除了GPS接收機(jī)整機(jī)產(chǎn)品外，市場上還有很多不同類型、價(jià)格低廉的GPS模塊產(chǎn)品。目前大多數(shù)GPS模塊產(chǎn)品都是通過RS232串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹＿@些數(shù)據(jù)包括經(jīng)度、緯度、海拔高度、時(shí)間、衛(wèi)星使用情況等基本信息。開發(fā)人員只要配備以單片機(jī)控制、顯示設(shè)備或微機(jī)就可以完成整套的定位系統(tǒng)。

PC機(jī)的主要特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)顯示、分析處理能力，很好的人機(jī)界面和大容量的存儲(chǔ)功能。因此通過串口實(shí)現(xiàn)通信，以PC機(jī)為控制器，以GPS模塊為終端設(shè)備的方式可構(gòu)成一GPS定位系統(tǒng)。

1 GPS簡介

本系統(tǒng)中使用的GPS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)，NMEA 0183是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)（National Marine Electronics Association ）為海用電子設(shè)備于1983年制定的標(biāo)準(zhǔn)格式。此標(biāo)準(zhǔn)格式采用ASCII制定的，數(shù)據(jù)傳輸以語句的方式進(jìn)行，每個(gè)語句均以“$”開頭，然后是兩個(gè)字母的“識(shí)別符”和三個(gè)字母的“語句名”，接著就是以逗號(hào)分割的數(shù)據(jù)體，語句末尾未校驗(yàn)和，整條語句以回車換行符結(jié)束。

GPS模塊只要處于工作狀態(tài)就會(huì)源源不斷地把接收并計(jì)算出的GPS導(dǎo)航定位信息傳送到連接到它的嵌入式主板串口之上，在沒有進(jìn)一步處理之前，傳送的數(shù)據(jù)是一長串字節(jié)流信息。因此必須經(jīng)過程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為有實(shí)際意義的，可供高層決策使用的定位信息數(shù)據(jù)。與其他通信協(xié)議類似，GPS模塊都遵循NMEA-0183協(xié)議，GPS進(jìn)行信息提取，必須明確其幀結(jié)構(gòu)，然后才能根據(jù)其結(jié)構(gòu)完成對各個(gè)定位信息的提取。其發(fā)送到串口的數(shù)據(jù)主要由幀頭，幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同，幀頭也不相同，主要有“#GPGGA”，“$GPGSA”，“$GPRMC”等。這些幀頭標(biāo)識(shí)了后續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu)，各幀均以回車符和換行符作為幀尾標(biāo)識(shí)一幀的結(jié)束。對于通常的情況，大家所關(guān)心的定位數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度、速度、時(shí)間、航向等均以“$GPRMC”中獲取得到。對于用戶的應(yīng)用程序來講，要讀取GPS模塊的定位數(shù)據(jù)，無非是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)簡單的步驟：①讀取串口數(shù)據(jù)；②將讀取的數(shù)據(jù)解析出來。

2 基于C#下的串口通信實(shí)現(xiàn)

2.1 串口的讀取數(shù)據(jù)

我們以安裝了Winxp操作系統(tǒng)連接GPS模塊，用C#來實(shí)現(xiàn)讀取GPS模塊發(fā)過來的串口數(shù)據(jù)，最方便的方法是直接使用VS提供的SerialPort串口類，這個(gè)串口類提供一個(gè)DataRecieved事件響應(yīng)機(jī)制，可以簡單方便地讀取串口數(shù)據(jù)，如：

GPS 模塊默認(rèn)會(huì)每1秒向串口發(fā)送一條$GPRMC語句。因此，對 GPS 模塊不需要寫串口，只需要讀串口。GPS 模塊軟件部分的主要功能就是解析$GPRMC語句，獲得其中的有用數(shù)據(jù)。

收到的串口數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)的string字符串，以“$GPRMC”開頭的幀為例，收到的每一幀數(shù)據(jù)string都以回車換行符為結(jié)尾，可以以回車換行符為標(biāo)志將數(shù)據(jù)string提取出來；而且這個(gè)數(shù)據(jù)幀的每個(gè)元素均以逗號(hào)分隔，可以通過逗號(hào)分隔將這個(gè)數(shù)據(jù)幀的每個(gè)元素提取到一個(gè)string數(shù)組里面進(jìn)行進(jìn)一步處理。如：語句解析實(shí)現(xiàn)方法如下：

在update_data函數(shù)中，通過Split（）函數(shù)將從串口獲得的數(shù)據(jù)分配到字符串?dāng)?shù)組中即可：

2.2 GPS定位信息的傳遞

在確定兩臺(tái)PC機(jī)的定位信息之后，就是如何將兩臺(tái)PC機(jī)的定位信息相互傳遞了。實(shí)現(xiàn)的方法有多種，最簡單的就是利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來完成，也可采用GPRS網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用的是GPRS模塊來實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)PC之間的相互通信。

2.3 GPS定位信息的處理

在定位模塊中，系統(tǒng)需要不斷查詢GPS緩沖區(qū)，來更新自己的定位數(shù)據(jù)，這個(gè)功能由一個(gè)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)定時(shí)器中斷發(fā)生，首先觸發(fā)myserialPort1_DataReceived（）事件，檢查自身的GPS模塊是否有可用的定位數(shù)據(jù)。如果有，則將GPS數(shù)據(jù)解析并放入GPS_info[]數(shù)組中；然后調(diào)用myserialPort_DataReceived（）來查詢GPRS模塊是否已接收到了PC機(jī)的定位數(shù)據(jù)，如果有，則將解析數(shù)據(jù)并放入GPS_info[] 對象中，并同時(shí)放入數(shù)據(jù)庫中。如果兩個(gè)對象都有效，更新界面上的定位信息，并計(jì)算當(dāng)前PC機(jī)和PC機(jī)原位置（已存入數(shù)據(jù)庫）兩個(gè)地點(diǎn)的距離和相對方向，如果兩點(diǎn)距離大于規(guī)定的長度，則報(bào)警，并進(jìn)入報(bào)警模式，如果距離合格，則退出報(bào)警模式。如果兩點(diǎn)都有效，根據(jù)兩點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，在谷歌地圖上顯示當(dāng)前位置，比例尺自適應(yīng)。

計(jì)算兩經(jīng)緯度之間的距離，就是已知球體半徑，計(jì)算兩點(diǎn)之間的球面距離。

公式：設(shè)A(α1，β1)，B(α2，β2)為地球上不同緯度不同經(jīng)度的兩點(diǎn)(緯度分別為α1，α2，經(jīng)度分別為β1，β2，規(guī)定北緯時(shí)緯度為正，南緯時(shí)緯度為負(fù)，東經(jīng)時(shí)經(jīng)度為正，西經(jīng)時(shí)經(jīng)度為負(fù))則A、B兩地的球面距離為：

s=R*arccos(sina1sina2+cosa1cosa2cos|β1β2|)（R為地球半徑）

根據(jù)這個(gè)公式，我們就能很輕松的計(jì)算出兩臺(tái)PC機(jī)之間的距離了。

3 結(jié)束語

通過本方法，可以將GPS定位導(dǎo)航信息從GPS接收機(jī)完整接收，并將所需信息從中提取，從而為實(shí)現(xiàn)飛行控制系統(tǒng)的導(dǎo)航控制提供數(shù)據(jù)采集。其實(shí)，GPS接收并提取的數(shù)據(jù)也可以為其它應(yīng)用系統(tǒng)所應(yīng)用，如電子地圖、車載導(dǎo)航、智能交通、野外勘探等方面。只是在數(shù)據(jù)提取方面有所不同，經(jīng)過修改，完全可以應(yīng)用到其中。

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