FL2440——基于安信可A7模块编程实现GPS定位功能

基于安信可A7模块编程实现GPS定位功能

A7 GPRS/GPS模块是安信可科技最新推出的“简单、易用的GPRS透传模块”！提供串口转GPRS/短信息/语音通话等信息传输功能，方便嵌入在众多的监测，遥控，安防，车辆导航，定位的硬件产品。以及当下火热的可穿戴设备上，可以应用在诸如儿童/老人智能定位鞋，电动车/山地车定位报警，宠物定位等领域。

要学习GPS模块并编程实现GPS定位功能，自然不能不了解NMEA-0183协议，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。
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。

其中$GPRMC语句的格式如下：
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh< CR>< LF>

例如完整的GPRMC字段：
$GPRMC,065118.000,A,3029.65673,N,11423.61801,E,0.00,0.00,290517,,,A*6F

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【6:51:58】
字段2：状态，A=定位，V=未定位【定位】
字段3：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）【3029.65637】
字段4：纬度N（北纬）或S（南纬）【北纬】
字段5：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）【11423.61801】
字段6：经度E（东经）或W（西经）【东经】
字段7：速度，节，Knots【0.00节】
字段8：方位角，度【0.00】
字段9：UTC日期，DDMMYY格式【290517】
字段10：磁偏角，（000 - 180）度（前导位数不足则补0）【空】
字段11：磁偏角方向，E=东W=西【空】
字段12：模式，A=自动，D=差分，E=估测，N=数据无效（3.0协议内容）【自动】
字段13：校验值【校验值为6F】

这里，星号”*”为校验和识别符，其后面的两位数为校验和，代表了“$”和“*”之间所有字符（不包括这两个字符）的异或值的十六进制值。上面这条例句的校验和是十六进制的50，也就是十进制的80。

开发板测试GPS

将A7模块与开发板相连，使用AT命令打开A7模块的GPS功能

连线
我们使用的A7 GPS/GPRS 模块通过TTL电平串口发送命令和返回数据，有两种方式将模块与开发板相连。
1. 开发板默认的串口3是使用的TTL电平，但是默认没有开启。可以参考这篇教程开启串口3，使用该串口的相关引脚与A7的相关引脚相连。
2. 使用usb转TTL串口转接线，前提是使能开发板的USB驱动，并在linux内核中选中转接芯片的支持。比如我的USB转串口芯片为cp210，因此在内核的make menuconfig->Device Drivers->USB support ->USB Serial Converter support选项中选择USB CP210x family of UART Bridge Controllers 选项，重新编译烧录内核。
使能USB驱动：http://blog.csdn.net/edroid1530/article/details/70186871

推荐使用第二种连接方法，将串口AT指令控制发送端(U_TXD)和串口AT指令控制接收端(U_RXD)分别与USB转TTL转接头上的RXD和TXD相连，然后GND与GND相连。

打开GPS
将A7模块成功连上开发板以后，在开发板上使用microcom命令监听相关串口，如果是USB转串口芯片连接则监听串口/dev/ttyUSB0，如果使用开发板默认的TTL电平串口，则监听/dev/ttyS2，输入命令AT返回OK之后，使用AT+GPS=1命令打开GPS功能。

>: microcom -s 115200 /dev/ttyUSB0 
>at/*测试GPRS模块*/
OK
>AT+GPS=1/*打开gps功能*/
OK

此时将A7模块上的U_TXD连线切换到A7模块上的GPS_TXD引脚，其他连线不变。以波特率为9600重新打开监听串口,将会不断的收到GPS定位的数据。

>: microcom -s 9600 /dev/ttyUSB0 
$GPGGA,,,,,,0,00,,,M,,M,,0000*66
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*1E
$GPGSV,1,1,00,*55
$GPRMC,,V,,,,,,,,,,N*53
$GPVTG,,T,,M,,N,,K,N*2C
$GPGGA,,,,,,0,00,,,M,,M,,0000*66
$GPRMC,065118.000,A,3029.65673,N,11423.61801,E,0.00,0.00,290517,,,A*6F
...

编程获取GPS定位信息

由于A7模块获取到的GPS定位信息是通过串口发送到终端设备，我们在编程实现获取GPS定位信息中自然涉及到串口编程。

串口配置文件set_ttyUSB0.c
在set_ttyUSB0的C文件中，实现了对串口的波特率，数据位，停止位，奇偶校验位的设定。

/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2017 Li Wanneng
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  set_ttyUSB0.c
 *    Description:  This file set_ttyUSB0
 *                 
 *        Version:  1.0.0(05/29/2017)
 *         Author:  Li Wanneng 
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "05/29/2017 08:02:53 PM"
 *                 
 ********************************************************************************/

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


/**************************************************************************************
 *  Description:
 *   Input Args:
 *  Output Args:
 * Return Value:
 *************************************************************************************/


int set_serial(int fd,int nSpeed,int nBits,char nEvent,int nStop)
{
    struct termios newttyUSB0,oldttyUSB0;/*注释1*/

     /*保存原有串口配置*/
     if(tcgetattr(fd,&oldttyUSB0)!=0) /*注释2*/
     {
          perror("Setupserial 1");
          return -1;
     }
     bzero(&newttyUSB0,sizeof(newttyUSB0));
     newttys1.c_cflag|=(CLOCAL|CREAD );/*CREAD 开启串行数据接收，CLOCAL并打开本地连接模*/

     newttys1.c_cflag &=~CSIZE;/*设置数据位*/
     /*数据位选择*/   
     switch(nBits)
     {
         case 7:
             newttys1.c_cflag |=CS7;
             break;
         case 8:
             newttys1.c_cflag |=CS8;
             break;
     }
     /*设置奇偶校验位*/
     switch( nEvent )
     {
         case '0':  /*奇校验*/
             newttys1.c_cflag |= PARENB;/*开启奇偶校验*/
             newttys1.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);/*INPCK打开输入奇偶校验；ISTRIP去除字符的第八个比特  */
             newttys1.c_cflag |= PARODD;/*启用奇校验(默认为偶校验)*/
             break;
         case 'E':/*偶校验*/
             newttys1.c_cflag |= PARENB; /*开启奇偶校验  */
             newttys1.c_iflag |= ( INPCK | ISTRIP);/*打开输入奇偶校验并去除字符第八个比特*/
             newttys1.c_cflag &= ~PARODD;/*启用偶校验*/
             break;
         case 'N': /*无奇偶校验*/
             newttys1.c_cflag &= ~PARENB;
             break;
     }
     /*设置波特率*/
    switch( nSpeed )  
    {
        case 2400:
            cfsetispeed(&newttys1, B2400);
            cfsetospeed(&newttys1, B2400);
            break;
        case 4800:
            cfsetispeed(&newttys1, B4800);
            cfsetospeed(&newttys1, B4800);
            break;
        case 9600:
            cfsetispeed(&newttys1, B9600);
            cfsetospeed(&newttys1, B9600);
            break;
        case 115200:
            cfsetispeed(&newttys1, B115200);
            cfsetospeed(&newttys1, B115200);
            break;
        default:
            cfsetispeed(&newttys1, B9600);
            cfsetospeed(&newttys1, B9600);
            break;
    }
     /*设置停止位*/
    if( nStop == 1)/*设置停止位；若停止位为1，则清除CSTOPB，若停止位为2，则激活CSTOPB*/
    {
        newttys1.c_cflag &= ~CSTOPB;/*默认为一位停止位； */
    }
    else if( nStop == 2)
    {
        newttys1.c_cflag |= CSTOPB;/*CSTOPB表示送两位停止位*/
    }

    /*设置最少字符和等待时间，对于接收字符和等待时间没有特别的要求时*/
    newttys1.c_cc[VTIME] = 0;/*非规范模式读取时的超时时间；*/
    newttys1.c_cc[VMIN]  = 0; /*非规范模式读取时的最小字符数*/
    tcflush(fd ,TCIFLUSH);/*tcflush清空终端未完成的输入/输出请求及数据；TCIFLUSH表示清空正收到的数据，且不读取出来 */

     /*激活配置使其生效*/
    if((tcsetattr( fd, TCSANOW,&newttys1))!=0)
    {
        perror("com set error");
        return -1;
    }

    return 0;
}


 /* ----- End of set_serial()  ----- */

下面来分析分析上面程序中需要注意的几个部分。

• 注释1：termios结构体
  该结构体原型为：

struct termios
      {
        tcflag_t  c_iflag;  /*input flags*/
        tcflag_t  c_oflag;  /*output flags*/
        tcflag_t  c_cflag;  /*control flags*/
        tcflag_t  c_lflag;  /*local flags*/
        cc_t      c_cc[NCCS]; /*control characters*/
      }; 

相关成员变量注释已经给出，其中要注意的是c_cflag成员变量。通过该变量设置串口的波特率，数据位停止位等参数。在设置波特率的时候前面要加上字母“B”。
c_cflag的参数可设置为：
CBAUD：(不属于 POSIX)波特率掩码 (4+1 位)。
CBAUDEX：(不属于 POSIX) 扩展的波特率掩码 (1 位)，包含在 CBAUD 中。
CSIZE：字符长度掩码。取值为 CS5, CS6, CS7, 或 CS8。
CSTOPB：设置两个停止位，而不是一个。
CREAD：打开接受者。
PARENB：允许输出产生奇偶信息以及输入的奇偶校验。
PARODD：输入和输出是奇校验。
CLOCAL：忽略 modem 控制线。

• 注释2：tcgetattr函数
  tcgetattr函数原型为int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);用于获取与终端相关的参数。参数fd为终端的文件描述符，返回的结果保存在termios 结构体中。如果成功返回零；失败，返回非零。

gps数据分析gps_analyse.c
在gps_analyse.c文件中有两个函数gps_analyse 和 print_gps ，分别实现对gps返回的数据进行分析处理和打印到标准输出。

/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2017 Li Wanneng
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  gps_analyse.c
 *    Description:  This file gps_analyse
 *                 
 *        Version:  1.0.0(05/29/2017)
 *         Author:  Li Wanneng 
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "05/29/2017 08:13:42 PM"
 *                 
 ********************************************************************************/
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include "gps.h"



/**************************************************************************************
 *  Description:
 *   Input Args:
 *  Output Args:
 * Return Value:
 *************************************************************************************/
int gps_analyse (char *buff,GPRMC *gps_data)
{
    char *ptr = NULL;

    if(gps_data==NULL)
    {
        return -1;
    }

    if(strlen(buff)<10)
    {
        return -1;
    }

    /*如果buff字符串中包含字符"$GPRMC"则将$GPRMC的地址赋值给ptr*/
    if(NULL==(ptr=strstr(buff,"$GPRMC")))
    {
        return -1;
    }
    sscanf(ptr,"$GPRMC,%d.000,%c,%f,N,%f,E,%f,%f,%d,,,%c*",&(gps_data->time),&(gps_data->pos_state),&(gps_data->latitude),&(gps_data->longitude),&(gps_data->speed),&(gps_data->direction),&(gps_data->date),&(gps_data->mode));
/*sscanf函数为从字符串输入，上面这句话的意思是将ptr内存单元的值作为输入分别输入到后面的结构体成员*/
    return 0;
} /* ----- End of gps_analyis()  ----- */



/**************************************************************************************
 *  Description:
 *   Input Args:
 *  Output Args:
 * Return Value:
 *************************************************************************************/
int print_gps (GPRMC *gps_data)
{
    printf("                                                           \n");
    printf("                                                           \n");
    printf("===========================================================\n");
    printf("==                   全球GPS定位导航模块                 ==\n");
    printf("==              开发人员：李万能                         ==\n");
    printf("==              邮箱：[email protected]               ==\n");
    printf("==              平台：fl2440                             ==\n");
    printf("==              GPS型号：FIT-GPS_SF2820（代替ET-312）    ==\n");
    printf("===========================================================\n");
    printf("                                                           \n");
    printf("===========================================================\n");
    printf("==   GPS状态位 : %c  [A:有效状态 V:无效状态]              \n",gps_data->pos_state);
    printf("==   GPS模式位 : %c  [A:自主定位 D:差分定位]               \n", gps_data->mode);
    printf("==   日期 : 20%02d-%02d-%02d                                  \n",gps_data->date%100,(gps_data->date%10000)/100,gps_data->date/10000);
    printf("==   时间 : %02d:%02d:%02d                                   \n",(gps_data->time/10000+8)%24,(gps_data->time%10000)/100,gps_data->time%100);
    printf("==   纬度 : 北纬:%d度%d分%d秒                              \n", ((int)gps_data->latitude) / 100, (int)(gps_data->latitude - ((int)gps_data->latitude / 100 * 100)), (int)(((gps_data->latitude - ((int)gps_data->latitude / 100 * 100)) - ((int)gps_data->latitude - ((int)gps_data->latitude / 100 * 100))) * 60.0));
    printf("==   经度 : 东经:%d度%d分%d秒                              \n", ((int)gps_data->longitude) / 100, (int)(gps_data->longitude - ((int)gps_data->longitude / 100 * 100)), (int)(((gps_data->longitude - ((int)gps_data->longitude / 100 * 100)) - ((int)gps_data->longitude - ((int)gps_data->longitude / 100 * 100))) * 60.0));
    printf("==   航速 : %.3f                                        \n",gps_data->speed);
    printf("==                                                       \n");
    printf("============================================================\n");

    return 0;
} /* ----- End of printf_gps()  ----- */

对于GPS数据的分析在文章的开头已经分析过了。这里需要注意的是相关数据的转换，GPS接收机直接返回的数据还不太适合我们的阅读习惯，所以我们需要按照一定的规则转换成方便我们识别的数据。
1. 时间，这个是格林威治时间即世界时间（UTC），把它转换成我们用的北京时间（BTC），在这个时间基础上加8个小时。 【14:51:58】
2. 经纬度，GPRMC返回的纬度数据位ddmm.mmmm格式即度分格式，我们把它转换成常见的度分秒的格式，计算方法：如接收到的纬度是：3029.65637、4546.40891
3029.65637/100=30可以直接读出30度, 3029.65637–30*100=29.40891, 可以直接读出29分
29.65637–29 =0.65637*60=39.3822读出39秒, 所以纬度是：30度29分39秒。
3. 南北纬东西经，N：北纬。S：南纬。E：东经。W：西经。
4. 速率，GPRMC返回的速率值是海里/时，单位是节，把它转换成千米/时，换算为：1海里=1.85公里，把得到的速率乘以1.85。
5. 航向，指的是偏离正北的角度
6. 日期，GPRMC的日期格式为：ddmmyy，如：290517表示2017年05月29日，这个日期是准确的，不需要转换

根据上面这些规则，在gps_print函数中我们将GPS接收机获得的数据转换成我们常见的格式并进行显示。

主函数gps_main.c
gps_main文件主要功能。

/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2017 Li Wanneng
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  gps_main.c
 *    Description:  This file 
 *                 
 *        Version:  1.0.0(05/29/2017)
 *         Author:  Li Wanneng 
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "05/29/2017 08:37:35 PM"
 *                 
 ********************************************************************************/

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "gps.h"

#define GPS_LEN 512 

int set_serial(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop);
int gps_analyse(char *buff,GPRMC *gps_date);
int print_gps(GPRMC *gps_date);


/********************************************************************************
 *  Description:
 *   Input Args:
 *  Output Args:
 * Return Value:
 ********************************************************************************/
int main (int argc, char **argv)
{
    int fd = 0;
    int nread = 0;

    GPRMC gprmc;
    char gps_buff[GPS_LEN];
    char *dev_name = "/dev/ttyUSB0";

    fd = open(dev_name,O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
    if(fd<0)
    {
        printf("open ttyS1 failed.\n");
        return -1;
    }

    set_serial( fd,9600,8,'N',1);

    while(1)
    {
        sleep(2);
        nread = read(fd,gps_buff,sizeof(gps_buff));
        if(nread<0)
        {
            printf("read GPS date error!!\n");
            return -2;
        }
        printf("gps_buff: %s\n", gps_buff);

        memset(&gprmc, 0 , sizeof(gprmc));
        gps_analyse(gps_buff,&gprmc);

        print_gps(&gprmc);
    }

    close(fd);
    return 0;
} /* ----- End of main() ----- */

主函数中实现的功能就比较简单就，依次为：

• 打开串口ttyUSB0
• 调用set_serial函数设置串口波特率
• 读取串口获取的值赋值给gps_buff
• 打印gps_buff的内容

• 调用gps_analyse函数和print_gps函数打印出获取到的GPS数据

  下面贴上自己定义的gps.h

 *      Copyright:  (C) 2017 Li Wanneng.com>
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  gps.h
 *    Description:  This head file 
 *
 *        Version:  1.0.0(05/29/2017)
 *         Author:  Li Wanneng .com>
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "05/29/2017 08:42:47 PM"
 *                 
 ********************************************************************************/

#ifndef __GPS_H__
#define __GPS_H__

typedef unsigned int UINT;
typedef int BYTE;
typedef long int WORD;

typedef struct __gprmc__
{
    UINT time; 
    char pos_state;
    float latitude;
    float longitude;
    float speed; 
    float direction;
    UINT date;
    float declination;
    char dd;
    char mode;
}GPRMC;

extern int gps_analyse(char *buff,GPRMC *gps_date);
extern int print_gps(GPRMC *gps_date);
extern int set_serial(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop);

#endif

Makefile
由于涉及多个c文件，我们使用Makefile编译程序，下面是我的Makefile内容

CC =/opt/dl/buildroot-2012.08/ARM920t/usr/bin/arm-linux-gcc

objs    =set_ttyUSB0.o gps_analyse.o gps_main.o
srcs    =set_ttyUSB0.c gps_analyse.c gps_main.c

gps_bin: $(objs)
    $(CC) -o gps_bin $(objs)
    @make clean

gps_main.o: $(srcs) gps.h
    $(CC) -c  $(srcs)

set_ttyUSB0.o: set_ttyUSB0.c
    $(CC) -c  set_ttyUSB0.c

analyse_gps.o: analyse_gps.c gps.h
    $(CC) -c  analyse_gps.c

clear:
    @rm  gps_bin

.PHONY: clean

clean:
    @rm *.o  

测试运行
将程序编译之后在开发板上运行，下面是运行结果。