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發(fā)表于 2009-04-10 20:54:39
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GPS通訊協(xié)議（NMEA0183）解析 說起NMEA協(xié)議，只要接觸過GPS設(shè)備的人，或者說是要用到GPS設(shè)備研發(fā)的人都知道，這是一個(gè)很常用的GPS通訊協(xié)議，而且也有很多人遇到關(guān)于NEMA協(xié)議的一些問題，我忽然有一個(gè)想法，就是按照自己對(duì)這個(gè)協(xié)議的一些理解，寫一點(diǎn)這方面的東西，看是不是能幫剛剛?cè)腴T的人解答一些疑問，由于筆者水平有限，這個(gè)東西也只能算是一個(gè)簡單介紹，就算是知識(shí)普及吧，希望能引高手出來大家一起討論。好了，言歸正傳，我們開始吧！
GPS(全球定位系統(tǒng))接收機(jī)與手持機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換格式一般都由生產(chǎn)廠商缺省定制，其定義內(nèi)容普通用戶很難知曉，且不同品牌、不同型號(hào)的GPS接收機(jī)所配置的控制應(yīng)用程序也因生產(chǎn)廠家的不同而不同。所以，對(duì)于通用GPS應(yīng)用軟件，需要一個(gè)統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以解決與任意一臺(tái)GPS的接口問題。NMEA-0183數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)就是解決這類問題的方案之一。NMEA協(xié)議是為了在不同的GPS導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的RTCM(海事無線電技術(shù)委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)，它最初是由美國國家海洋電子協(xié)會(huì)(NMEA—The NationalMarine Electronics Association)制定的。NMEA協(xié)議有0180、0182和0183這3種，0183可以認(rèn)為是前兩種的升級(jí)，也是目前使用最為廣泛的一種
NMEA通訊協(xié)議硬件接口
符合NMEAO183標(biāo)準(zhǔn)的GPS接收機(jī)的硬件接口能夠兼容計(jì)算機(jī)的RS-232C協(xié)議串口，然而，嚴(yán)格來說NMEA標(biāo)準(zhǔn)不是RS-232C，規(guī)范推薦依照EIA422(也稱為RS-422)。是一個(gè)與RS-232C不同的系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)RS-232C采用負(fù)邏輯，即邏輯“1”表示-5V～ -15v，邏輯“0”表示+5V～+15V，利用傳輸信號(hào)線和信號(hào)地之間的電壓差進(jìn)行傳輸。而EIA-422是利用導(dǎo)線之間的信號(hào)電壓差來傳輸信號(hào)的，其每個(gè)通道要用兩條信號(hào)線，一條是邏輯“1”，～條是邏輯“0”，通過傳輸線驅(qū)動(dòng)器和傳輸線接收器實(shí)現(xiàn)邏輯電平和電位差之間的轉(zhuǎn)換，一般允許驅(qū)動(dòng)器輸出為±2V～ ±6V 。
雖然存在區(qū)別，但在實(shí)際使用中，如果只是接收GPS的輸出．則只需兩根信號(hào)線 GPS數(shù)據(jù)輸出線和信號(hào)地線，可以直接將EIA-422輸出通道兩條信號(hào)線的中一條同計(jì)算機(jī)的Rs232C輸入線相連（這個(gè)方法我并沒有試驗(yàn)過，是從別的地方聽來的，有興趣有條件的兄弟可以動(dòng)手實(shí)驗(yàn)一下，不過后果自負(fù)哦！呵呵）。
NMEA通訊協(xié)議所定義的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口參數(shù)為：
波特率：4800bit/s；
數(shù)據(jù)位：8位；
停止位：1位；
奇偶校驗(yàn)：無；
NMEA-OI83語句解析
NMEA通訊協(xié)議所規(guī)定的通訊語句都已是以ASCII碼為基礎(chǔ)的，NMEA-0183協(xié)議語句的數(shù)據(jù)格式如下：“$”為語句起始標(biāo)志；“，”為域分隔符；“ *”為校驗(yàn)和識(shí)別符，其后面的兩位數(shù)為校驗(yàn)和，代表了“$”和“*”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個(gè)字符）；“／”為終止符，所有的語句必須以來結(jié)束，也就是ASCII 字符的“回車”（十六進(jìn)制的0D）和“換行”（十六進(jìn)制的0A）。
典型的NMEA0183語句如下面的GPGGA語句。
當(dāng)GPS正常工作時(shí)，語句如：
$GPGGA,053152,3957.7484,N,11626.7626,E,1,06,1.5,88.1,M,-8.0,M,,*64
當(dāng)GPS收不到衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，GPGGA語句輸出變?yōu)椋?br />
$GPGGA,053247,3957.7484,N,11626.7626,E,0,00,,,M,,M,,*46
除標(biāo)準(zhǔn)語句外，NMEAO183規(guī)范還允許個(gè)別廠商定義私有的語句格式，這些語句以“$P”開始，然后是三個(gè)字符長度的廠商識(shí)別號(hào)，跟著是廠商定義的數(shù)據(jù)，接下來的數(shù)據(jù)格式與標(biāo)準(zhǔn)格式相同。
如Garmin的PGRME私有格式如下：
$PGRME,8.9,M,6.1,M,10.8,M*11
其中，“P”代表私有格式，“GRM”是Garmin的代碼，“E”表示語句類型。
NMEA數(shù)據(jù)處理中的注意事項(xiàng)
如果開發(fā)基于GPS的應(yīng)用系統(tǒng)，就需要將GPS作為信息源，正確接收和解析GPS發(fā)送的NMEA一0183數(shù)據(jù)。此時(shí)，在編程實(shí)現(xiàn)時(shí)需要注意幾個(gè)問題。
1、通訊端口的設(shè)置
雖然NMEA規(guī)范推薦的串行通訊參數(shù)為“波特率：4800；奇偶校驗(yàn)：無；數(shù)據(jù)位：8；停止位：1”，但也有廠商的產(chǎn)品允許用戶將波特率設(shè)置的更高，此時(shí)需要注意設(shè)置計(jì)算機(jī)的接口參數(shù)與GPS設(shè)備一致。
2、 所需信息的正確提取
NMEA—O183是以語句形式發(fā)送數(shù)據(jù)的，接收機(jī)可能發(fā)送很多類型的語句，而我們需要的可能只是某些語句中的幾個(gè)字段。因此就需要對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，取得所需的信息。另外，可能會(huì)由于小數(shù)點(diǎn)位數(shù)不同等原因，語句的長度是可變的，因而分離感興趣的信息時(shí)，不能按照該信息在語句中所處的字符位置來查找，只能依據(jù)逗號(hào)分隔符，這一點(diǎn)在數(shù)據(jù)提取的過程中非常重要。筆者就經(jīng)常遇到一些應(yīng)用軟件工程師，在提取NMEA語句中的信息的時(shí)候按照字符的長度提取，這樣編出來的程序，通用性差，而且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信息提取錯(cuò)誤的問題。
以上都是我們?cè)诔绦蛑行枰⒁獾膯栴}。為解決信息的正確提取問題，并提高程序的復(fù)用性，可以編寫適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)，如一個(gè)函數(shù)用來分離語句（即通過$字符判斷語句頭，一直到換行回車結(jié)束一條語句）；一個(gè)函數(shù)用來判斷語句中的字段數(shù)（通過“，”分隔符來提取語句字段），還有一個(gè)函數(shù)用來返回語句中指定字段的內(nèi)容。有了這三個(gè)函數(shù)，就可以方便的提取所需的信息，此時(shí)的工作只是簡單字符串比較和顯示格式的變換
檢驗(yàn)和的計(jì)算與比較
最后，為了確保所采集的GPS數(shù)據(jù)的可靠性，必須進(jìn)行檢驗(yàn)和的計(jì)算與比較。檢驗(yàn)和hh為“$”與“*”之間的所有字符按位異或的結(jié)果，并將其高4位和低4位各用一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)(字母大寫)表示出來。為此，需編寫函數(shù)，從語句頭識(shí)別符“*”開始，計(jì)算檢驗(yàn)和，直至“*”到達(dá)為止，這時(shí)“*”號(hào)后面的兩個(gè)字符就是檢驗(yàn)碼，將自己的計(jì)算結(jié)果同這兩個(gè)檢驗(yàn)碼字符比較，若不同，按出錯(cuò)處理，并繼續(xù)運(yùn)行；若相同，則說明通訊成功，數(shù)據(jù)接收正確，可以處理該語句，提取所需數(shù)據(jù)。
這里簡單介紹了NMEA一0183規(guī)范的接口定義和數(shù)據(jù)格式，但是篇幅限制沒有對(duì)NMEA語句進(jìn)行詳細(xì)的解析，語句的詳細(xì)說明可參照NMEA規(guī)范或各GPS接收機(jī)的說明書。我現(xiàn)在手中有一份中文版本的NMEA協(xié)議語句的詳細(xì)解析，當(dāng)然并不是全部的語句，是根據(jù)GARMIN技術(shù)手冊(cè)翻譯過來的，如果有興趣了解的兄弟可以留下郵箱。
以上這些文字，是AKA按照自己對(duì)NMEA協(xié)議的的理解，再加上一點(diǎn)東找西看來的東西寫出來的，如對(duì)其中的問題有疑問，歡迎探討！
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