U-BLOX GPS 模块及GPRMC指令解析

受朋友所托，调试一款GPS模块，该模块是UBLOX的NEO-6M GPS模组。想到用这款GPS的人较多，自己日后也有可能在用到这个模块，就写下这份笔记。

一、介绍

基本信息如下：

1、模块采用U-BLOX NEO-6M模组，体积小巧，性能优异。

2、模块增加放大电路，有利于无缘陶瓷天线快速搜星。

3、模块可通过串口进行各种参数设置，并可保存在EEPROM，使用方便。

4、模块自带SMA接口，可以连接各种有源天线，适应能力强。

5、模块兼容3.3V/5V电平，方便连接各种单片机系统。

6、模块自带可充电后备电池，可以掉电保持星历数据。

看到这里，就可以知道，这个模块是高度集成的，有点类似于西门子华为等公司的GPRS模块，基本上就是一个小的系统，用户只需要用AT命令通过串口通信就可以完成所有工作。那么这款模块的使用，其实就是字符串的解析工作了。

二、通信协议

GPS模块采用NMEA 0183协议，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。NMEA-0183协议采用ASCII码来传递GPS定位信息，我们称之为帧。

帧格式形如：

$aaccc,ddd,ddd,„,ddd*hh(CR)(LF)

1、“$”：帧命令起始位

2、aaccc：地址域，前两位为识别符（aa），后三位为语句名（ccc）

3、ddd„ddd：数据

4、“*”：校验和前缀（也可以作为语句数据结束的标志）

5、hh：校验和，$与*之间所有字符ASCII码的校验和（各字节做异或运算，得到

校验和后，再转换16进制格式的ASCII字符）

6、(CR)(LF)：帧结束，回车和换行符

在一般的项目中，最常用的指令是第4个，即$GPRMC ，推荐定位信息，长度70字节。$GPRMC（推荐定位信息，Recommended Minimum Specific GPS/Transit Data），$GPRMC语句的基本格式如下：

$GPRMC,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10),(11),(12)*hh(CR)(LF)

(1) UTC时间，hhmmss（时分秒）

(2) 定位状态，A=有效定位，V=无效定位

(3) 纬度ddmm.mmmmm（度分）

(4) 纬度半球N（北半球）或S（南半球）

(5) 经度dddmm.mmmmm（度分）

(6) 经度半球E（东经）或W（西经）

(7) 地面速率（000.0~999.9节）

(8) 地面航向（000.0~359.9度，以真北方为参考基准）

(9) UTC日期，ddmmyy（日月年）

(10)磁偏角（000.0~180.0度，前导位数不足则补0）

(11) 磁偏角方向，E（东）或W（西）

(12) 模式指示（A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）

举例如下：

$GPRMC,023543.00,A,2308.28715,N,11322.09875,E,0.195,,240213,,,A*78

三、PC端显示数据

GPS模块有一个PC配置软件，叫做u-Center，可以对模块进行参数设置，然后保存到EEPROM，其实也可以通过单片机串口通信进行设置，但是PC端设置更加人性化，可以立刻看到结果。

打开GPS模块之后，接上u-Center软件，可以看到如下数据。

   $GPGSV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*7D$GPRMC,132043.00,V,,,,,,,,,,N*7F$GPVTG,,,,,,,,,N*$GPGSA,A,,,,,,,,,,,,,,99.99,99.99,99.99*$GPGSV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*7B$GPGSV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*7D$GPRMC,132044.00,V,,,,,,,,,,N*$GPVTG,,,,,,,,,N*$GPGSA,A,,,,,,,,,,,,,,99.99,99.99,99.99*$GPGSV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*7B$GPGSV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*7A$GPRMC,132045.00,V,,,,,,,,,,N*$GPVTG,,,,,,,,,N*$GPGSA,A,,,,,,,,,,,,,,99.99,99.99,99.99*$GPGSV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*7B$GPGSV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*7D$GPRMC,132046.00,V,,,,,,,,,,N*7A$GPVTG,,,,,,,,,N*$GPGSV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*7B$GPGSV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*$GPRMC,132049.00,V,,,,,,,,,,N*$GPRMC,133300.00,V,,,,,,,,,,N*7A$GPRMC,133301.00,V,,,,,,,,,,N*7B$GPRMC,133302.00,V,,,,,,,,,,N*$GPRMC,133303.00,V,,,,,,,,,,N*$GPRMC,133304.00,V,,,,,,,,,,N*7E$GPRMC,133305.00,V,,,,,,,,,,N*7F$GPRMC,133306.00,A,3949.63075,N,11616.48616,E,0.513,,,,,A*7A$GPRMC,133307.00,A,3949.63025,N,11616.48614,E,1.053,,,,,A*7C$GPRMC,133308.00,A,3949.63002,N,11616.48641,E,1.101,,,,,A*

四、PC端软件配置

GPS有7种指令数据输出，如果我们只需要当前经纬度的话，可以屏蔽其他的数据。如果不屏蔽的话，MCU处理的时候，会不停的收到不需要的指令，降低MCU效率。

使用软件配置，[Config]-->[Configuration]，可以选择显示哪些项目，这里只保留GPRMC指令信息输出，然后保存。界面显示如下：

五、数据解析

相对于MCU的处理速度，GPS定位数据更新几乎可以认为是缓慢变化的信号，每秒都会输出推荐位置信息，但是即使丢掉几个也不会影响定位准确性。因此可以使用中断循环buffer来接收GPS输出的串口数据，然后在需要的地方读取buffer，对数据实现一次检索，找到一个有用的GPS定位数据。

/*******************************************************************************
1.中断负责把GPS串口数据保存到GPS_Uart_Rcv_Buf，在合适的地方调用此函数开始解析。
2.调用本函数会自动关闭接收,然后处理，期间的GPS数据可以忽略。
3.在合适的地方打开接收。
*******************************************************************************/
uint8_t get_gps_useful_data(uint8_t *weidu, uint8_t *jingdu)
{uint8_t *p_frame_start = NULL;uint8_t *p_useful_frame_start = NULL;uint8_t *p_useful_frame_end = NULL;int16_t frame_len = ;int16_t rcv_buf_data_len = ;int16_t index = ;int16_t frame_start_point = ;int16_t remain_data_len = ;uint8_t rtn =;gps_rcv_enable(FALSE);rcv_buf_data_len = GPS_Rev_Buf_Size;p_frame_start = &GPS_Uart_Rcv_Buf[];/* data example:$GPVTG,,,,,,,,,N*30$GPRMC,132234.00,V,,,,,,,120116,,,N*7D$GPRMC,133735.00,A,3949.63893,N,11616.48419,E,0.296,,120116,,,A*79*/for(index = ; index < rcv_buf_data_len; ){p_frame_start=strstr(GPS_Uart_Rcv_Buf + index, "$GPRMC,"); //1. find start, "$GPRMC,"//$GPRMC,132234.00,V,,,,,,,120116,,,N*7D $GPRMC,133735.00,A,3949.63893,N,11616.48419,E,0.296,,120116,,,A*79if(p_frame_start){index = p_frame_start-GPS_Uart_Rcv_Buf;if(index>){memset(GPS_Uart_Rcv_Buf,  , index);}index = index + ;p_useful_frame_start = strstr(GPS_Uart_Rcv_Buf + index, ",A,");//2 find useful data, ",A,"frame_start_point = p_useful_frame_start - p_frame_start;if((frame_start_point > )||(frame_start_point <= ))//not find useful data{continue;}frame_start_point = p_useful_frame_start-GPS_Uart_Rcv_Buf;p_useful_frame_end = strstr(GPS_Uart_Rcv_Buf + frame_start_point, ",A*");//3 find useful data end, ",A*"frame_len = p_useful_frame_end - p_frame_start + ;if((frame_len > GPS_Frame_Buf_Size)||(frame_len <= )) // not found frame end{continue;}//$GPRMC,133735.00,A,3949.63893,N,11616.48419,E,0.296,,120116,,,A*79frame_start_point = p_frame_start - GPS_Uart_Rcv_Buf + ;memset(GPS_Frame_Buf, , GPS_Frame_Buf_Size);memcpy(GPS_Frame_Buf, GPS_Uart_Rcv_Buf + frame_start_point , frame_len);
//                 if(check_frame_xor(GPS_Frame_Buf) != TRUE)
//                 {
//                     continue;
//                 }//the frame is correctrtn = read_gps_data(GPS_Frame_Buf, remain_data_len, weidu, jingdu);if( == rtn){break; //found weidu,jingdu data}else{continue;}}else{break;}}g_gps_data_cnt = ;memset(GPS_Uart_Rcv_Buf, , GPS_Rev_Buf_Size);return rtn;
}

上面处理的基本思想是：找到"$GPRMC,"帧头，然后找到代表定位信息有效的字符",A,"，最后找到帧尾",A*"。

因为实际收到的数据有不完整的，或者无效的定位信息，也有串口接收循环buffer造成的覆盖数据，因此上面还校验了数据长度，以及一个标志字符串到另一个字符串直接的长度。

实际使用中，发现没有加上校验也可以很有效的工作，但是为了保证数据安全，最后的异或校验还有应该有的。

/*******************************************************************************
* Function Name  :
* Description    : 对GPRMC数据包进行解析，找到经纬度数据
* Input          :
* Output         :
* Return         :
*******************************************************************************/
uint8_t read_gps_data(uint8_t *gps_buf, uint8_t frame_len, uint8_t *weidu, uint8_t *jindu){uint8_t *weidu_s = NULL;uint8_t *weidu_o = NULL;uint8_t *jingdu_o = NULL;uint8_t rtn =;//GPRMC,133735.00,A,3949.63893,N,11616.48419,E,0.296,,120116,,,A*79weidu_s  = strstr(GPS_Frame_Buf, ",A,");weidu_o  = strstr(GPS_Frame_Buf, ",N,");jingdu_o = strstr(GPS_Frame_Buf, ",E,");if((weidu_s == NULL) || (weidu_o == NULL) ||(jingdu_o == NULL) ){rtn = FALSE;}else{memset(weidu_buf,,sizeof(weidu_buf));memset(jindu_buf,,sizeof(jindu_buf));memcpy(weidu_buf, weidu_s+, (weidu_o-weidu_s-));memcpy(jindu_buf, weidu_o+, (jingdu_o-weidu_o-));printf("\r\n---------------------------------------");printf("\r\nGet GPS Frame:\r\n%s\r\n", GPS_Frame_Buf);printf("\r\n---------------------------------------");rtn = TRUE;}return rtn;
}