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常用NMEA-0183语句字段定义解释

    NMEA协议是为了在不同的GPS（全球定位系统）导航设备中建立统一的BTCM（海事无线电技术委员会）标准，由美国国家海洋电子协会（NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion）制定的一套通讯协议。GPS接收机根据NMEA-0183协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送到PC机、PDA等设备。

 

    NMEA-0183协议是GPS接收机应当遵守的标准协议，也是目前GPS接收机上使用最广泛的协议，大多数常见的GPS接收机、GPS数据处理软件、导航软件都遵守或者至少兼容这个协议。

 

    不过，也有少数厂商的设备使用自行约定的协议比如GARMIN的GPS设备（部分GARMIN设备也可以输出兼容NMEA-0183协议的数据）。软件方面，我们熟知的Google Earth目前也不支持NMEA-0183协议，但Google Earth已经声明会尽快实现对NMEA-0183协议的兼容。呵呵，除非你确实强壮到可以和工业标准分庭抗礼，否则你就得服从工业标准。

 

NMEA-0183协议定义的语句非常多，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。下面给出这些常用NMEA-0183语句的字段定义解释。

 

 

 

$GPRMC

 

例：$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,,,A*50

 

字段0：$GPRMC，语句ID，表明该语句为Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐最小定位信息

 

字段1：UTC时间，hhmmss.sss格式

 

字段2：状态，A=定位，V=未定位

 

字段3：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

 

字段4：纬度N（北纬）或S（南纬）

 

字段5：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

 

字段6：经度E（东经）或W（西经）

 

字段7：速度，节，Knots

 

字段8：方位角，度

 

字段9：UTC日期，DDMMYY格式

 

字段10：磁偏角，（000 - 180）度（前导位数不足则补0）

 

字段11：磁偏角方向，E=东W=西

 

字段16：校验值

 

 

 

$GPVTG

 

例：$GPVTG,89.68,T,,M,0.00,N,0.0,K*5F

 

字段0：$GPVTG，语句ID，表明该语句为Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息

 

字段1：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）

 

字段2：T=真北参照系

 

字段3：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）

 

字段4：M=磁北参照系

 

字段5：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）

 

字段6：N=节，Knots

 

字段7：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）

 

字段8：K=公里/时，km/h

 

字段9：校验值

 

 

 

$GPGLL

 

例：$GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D

 

字段0：$GPGLL，语句ID，表明该语句为Geographic Position（GLL）地理定位信息

 

字段1：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

 

字段2：纬度N（北纬）或S（南纬）

 

字段3：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

 

字段4：经度E（东经）或W（西经）

 

字段5：UTC时间，hhmmss.sss格式

 

字段6：状态，A=定位，V=未定位

 

字段7：校验值

利用strstr和sscanf解析GPS信息


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作者：杨硕,华清远见嵌入式学院讲师。

考察C程序员是否合格的一个重要标准就是看他操作字符串的能力，一个合格的C程序员应该可以熟练的对字符串进行拆分、组合、格式转换以及搜索定位，从一堆数据中提取出有效信息。

比如说我们要做一个GPS导航的项目，需要读取GPS模块以ASCII码的形式发送过来的数据，然后对这些数据进行处理，提取我们需要的信息。这就涉及到很多操作字符串的问题。下面就以此为例，利用strstr函数和sscanf函数解析GPS数据。

GPS输出的数据格式如下：
$GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,,0000*77 
$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54 
$GPVTG,359.95,T,,M,15.15,N,28.0,K,A*04 
$GPGGA,121253.000,3937.3090,N,11611.6057,E,1,06,1.2,44.6,M,-5.7,M,,0000*72 
$GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,,,,,,,2.1,1.2,1.7*3D 
$GPGSV,3,1,10,18,84,067,23,09,67,067,27,22,49,312,28,15,47,231,30*70 
$GPGSV,3,2,10,21,32,199,23,14,25,272,24,05,21,140,32,26,14,070,20*7E 
$GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D

可以看到，GPS模块发送过来的原始数据有很多，但是通常我们只需要其中的一部分信息就够用了，比如对于导航的功能，我们只需要以$GPRMC开头，以换行符结束的一行信息就够了。即：
$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54

因此我们需要做的就是从读取的数据中截取以$GPRMC开头的一行信息，然后从中解析出经纬度、日期时间等有效信息即可。

假设从串口读取的数据存放在一个字符串指针char *raw_buf指向的内存单元里，首先我们通过ANSI C提供的strstr()函数找到以$GPRMC开头以换行符’\n’结束的字符串：
/* find "$GPRMC" from raw_buf */
if ((wellhandled_string = strstr(raw_buf, “$GPRMC”)) != NULL)
{
        for (i=0; i<strlen(wellhandled_string); i++)
        {
                if (wellhandled_string == '\n')
                {
                        wellhandled_string = '\0'; //replace ‘\n’ with null
                }
        } 
}
strstr()函数的原型是这样声明的：
char *strstr(const char *haystack, const char *needle);

strstr()函数可以在字符串haystack中搜索字符串needle第一次出现的位置，并且返回指向字符串needle首地址的指针，如果没有搜索到则返回NULL。因此上面的代码为我们在读取的原始数据raw_buf里搜索$GPRMC第一次出现的位置，并将返回的指针赋给wellhandled_string，这样如果搜索成功，则wellhandled_string就会指向以$GPRMC开始的字符串，接下来通过一个for循环找到换行符’\n’，将其替换为’\0’，即字符串结束符。这样就得到了一个指向有效数据的字符串指针wellhandled_string。

然后要做的工作就是从wellhandled_string中提取出经纬度、日期时间等信息。这个工作就可以交给强大的sscanf函数来实现。sscanf函数的原型如下：
int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

我们都比较熟悉scanf这个函数，scanf可以从标准输入流读取与指定格式相符的数据。sscanf则是从const char *str中读取。它的强大之处在于可以方便地从字符串中取出整数、浮点数和字符串等各种类型的数据，而且它还具有类似于正则表达式的匹配功能，sscanf默认是以空格分隔字符串的，如果不是以空格来分割的话，就可以使用%[ ]来指定分割的条件。如%[a-z]表示读取a到z的所有字符，%[^a-z]表示过滤a-z之间的所有字符，即只要遇到a到z之间的任意字符，转换立刻停止。比如：
sscanf(“abcdefABCDEF”, “%[^A-Z]”, str);
printf(“%s\n”, str);
result is: abcdef
%[^A-Z]这样的匹配格式为我们取遇到大写字母为止的字符串。利用这种匹配方式，我们就可以灵活的操作字符串，得到我们想要的结果。

现在我们需要从下面的字符串中提取有效信息：
$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54

GPRMC每个字段的含义如下：
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh<CR><LF> 
<1> UTC时间，hhmmss（时分秒）格式 
<2> 定位状态，A=有效定位，V=无效定位 
<3> 纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输） 
<4> 纬度半球N（北半球）或S（南半球） 
<5> 经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输） 
<6> 经度半球E（东经）或W（西经） 
<7> 地面速率（000.0~999.9节，前面的0也将被传输） 
<8> 地面航向（000.0~359.9度，以真北为参考基准，前面的0也将被传输） 
<9> UTC日期，ddmmyy（日月年）格式 
<10> 磁偏角（000.0~180.0度，前面的0也将被传输） 
<11> 磁偏角方向，E（东）或W（西） 
<12> 模式指示（仅NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）

我们提取1~9九条信息。用一个结构体存放这些信息：
typedef struct gps_info
{
        char utc_time[BUF_SIZE];
        char status;
        float latitude_value;
        char latitude;
        float longtitude_value;
        char longtitude;
        float speed;
        float azimuth_angle;
        char utc_data[BUF_SIZE];
}GPS_INFO;

因为每一个字段之间都是以逗号间隔开的，所以我们可以利用%[^,]来分割字符串，这样用sscanf函数就可以实现对有效信息的提取：
sscanf(wellhandled_string,"$GPRMC,%[^,],%c,%f,%c,%f,%c,%f,%f,%[^,]", 
            rmc_info->utc_time,\
            &(rmc_info->status),&(rmc_info->latitude_value),&(rmc_info->latitude),\
            &(rmc_info->longtitude_value),&(rmc_info->longtitude),&(rmc_info->speed),\
            &(rmc_info->azimuth_angle),\
            rmc_info->utc_data );
这个函数执行后，打印出的保存在struct gps_info结构体里的信息如下所示：
utc_time: 024813.640
status: A
latitude: N latitude value: 3158.460693
longtitude: E longtitude value: 11848.374023
speed: 10.050000
azimuth_angle: 324.269989
utc_data: 150706

可见，利用好sscanf函数，可以让我们可以很高效的处理字符串。 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

$GPRMC,053322.682,A,2502.6538,N,12121.4838,E,0.00,315.00,080905,,,A*6F

這一個command是GPS Recommanded GNSS data

053322.682

是UTC Time : 格式是hhmmss.sss所以是5:33:22.682

A

代表data是valid (如果找不到衛星，就會是V)

2502.6538

是緯度，格式是degree * 100 + minutes。但是minutes是100進位，所以要/100 * 60轉為degree，轉換後就是25'02'39.228''.

N

是代表緯度是北緯

12121.4838

是經度，格式是degree * 100 + minutes。minutes一樣要做/100*60的轉換，轉換後就是121'21'29.02''.

E

代表經度是東經

0.00

是速度，因為GPS天線沒動，所以是0.00

315.00

是方向

080905

是目前的日期，格式是ddmmyy，所以是05年9月8日

- -

接著有兩個欄位沒有用，所以空著

A

是Autonomous ?

*6F

是checksum

*** 所以用google earth就知道我把天線放在哪了****

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格式是：
1.一律以 $ 符號開頭
2.$ 後是Message id. 5個ASCII Code.
3.一連串以','分開的欄位.
4.Checksum，checkum以'*'開始，後面是兩個ASCII code.
5.

$GPGSV,1,1,02,14,,,37,25,,,46,,,,,,,,*7F

$GPGSV : Satellites in View

Message ID : $GPGSV
Number of Messages : 1
Message number : 1
Satellites in view : 02 目看到的衛星數
Satellite Id : 14 Satellite vehicle 以下是第一個看到的衛星，編號14
Elevation : - Elevation of satellite in degree
Azimuth : - Azimuth of satellite in defree
SNR : 37 Signal to Noise ration in dbHz
Satellite id : 25 Satellite vehicle，以下是第二個看到的衛星，邊號25

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NMEA Protocol中checksum的算法：
不包含開頭的'$'，一直計算到'*'之前。一個byte一個byte的作XOR.

data++;   // skip the heading '$' mark
sum = *data;
while(*data!='*') {
sum ^= *data;
data++;
}

所以可以知道，連command間的','符號也加入計算。

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一般NMEA的report data中，用

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有些擴充協定，用來設定，例如
$PNMRX103, NMEA report rate control
可以指定NMEA report資料的頻率
GGA,GLL,GSA,GSV,RMC,VTG,ZDA,ALL
例如:
$PNMRX103,ALL,0*1A
所有的report都停止。
$PNMRX103,RMC,2*02
每2 sec送出一次RMC report

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$PNMRX100 設定baud rate
$PNMRX100,0,4800,0*48
設定
Protocol : 0 : NMEA Mode, 1: Bindary Mode (不要用這一個)
baud rate: 4800 其他可以設1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600.
Parity : 0 : None, 其他1 2代表Odd, 2代表 Even.
所以上面的example代表：使用NMEA Mode, 4800, None Parity

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這些設定在reset後都消失......

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雖然Manual中說明support message有GGA,GLL,GSA,GSV,RMC,VTG,ZDA但是用ALL command開啟後，發現只有report GGA,GSA,RMC,VTG.