【STM32Cube_23】使用USART接收GPS数据并解析(L80-R)
本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的 USART 外设，接收 GPS 模块的数据并解析。
1. 准备工作
硬件准备
- 开发板
首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）：
- GPS模块（L80-R）
Quectel L80-R 是一款集成了贴片天线的紧凑型GPS模块，非常适合在物联网设备中使用，尤其适合在车载、个人跟踪、工业PDA及各种手持式设备中使用：
GPS模块的原理图如下：
软件准备
- 需要安装好Keil - MDK及芯片对应的包，以便编译和下载生成的代码；
- 准备一个串口调试助手，这里我使用的是
Serial Port Utility；
Keil MDK和串口助手Serial Port Utility 的安装包都可以在文末关注公众号获取，回复关键字获取相应的安装包：
2.生成MDK工程
选择芯片型号
打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：
搜索并选中芯片STM32L431RCT6:
配置时钟源
- 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
- 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；
这里我都使用外部时钟：
配置GPS使能引脚
小熊派开发板设置了一个使能引脚，用于控制GPS模块的电源：
所以要配置这个使能引脚（PC9）：
配置调试串口
小熊派开发板板载ST-Link并且虚拟了一个串口，原理图如下：
这里我将开关拨到AT-MCU模式，使PC的串口与USART1之间连接。
接下来开始配置USART1：
配置GPS模块通信串口
GPS模块与USART3串口相连接，接下来开始配置USART3，波特率9600：
NVIC配置
配置 USART3 的中断优先级，首先选择一个中断优先级分组：
然后设置优先级：
配置时钟树
STM32L4的最高主频到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：
生成工程设置
代码生成设置
最后设置生成独立的初始化文件：
生成代码
点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：
3. 在MDK中编写、编译、下载用户代码
重定向printf( )函数
参考：【STM32Cube_09】重定向printf函数到串口输出的多种方法。
转发GPS模块的数据
GPS 使能后不断的接收信号定位，并输出数据，但是 GPS 模块与 USART3 连接，无法直接查看输出的数据，何谈解析，所以先将 USART3 接收到的数据使用 USART1 发送，在电脑上使用串口助手查看，如果对于USART的中断接收方式还不明白，可以查看这篇文章：【STM32Cube_07】使用USART发送和接收数据（中断模式）。
首先在 main.c 中实现 USART3 接收中断的回调函数：
/* USER CODE BEGIN 4 */
/* 中断回调函数 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
static uint8_t ch;
/* 判断是哪个串口触发的中断 */
if(huart ->Instance == USART3)
{
//将接收到的数据发送
HAL_UART_Transmit(&huart1, &ch, 1, 0Xffff);
//重新使能串口接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart3, &ch, 1);
}
}
/* USER CODE END 4 */
然后修改main函数如下：
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_USART3_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* 使能USART3接收中断 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart3, (uint8_t*)gps_uart, 1);
/* 使能GPS模块 */
printf("L80-R GPS Module test...\r\n");
HAL_GPIO_WritePin(GPS_EN_GPIO_Port,GPS_EN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
printf("GPE Enable ok.\r\n");
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
编译下载，可以在串口助手上看到输出的数据：
刚上电时蓝色的LED灯保持常亮状态，表示未定位成功，数据如下：
定位成功后蓝色的LED开始闪烁，数据如下：
解析GPS的数据
将GPS数据转发取消，删除USART3添加的中断函数：
接下来开辟一块缓冲区，来存放接收的GPS数据，并且定义GPS数据结构体，用来存放解析GPS数据得到的经纬度信息：
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PV */
/***************************************************\
*GPS NMEA-0183协议重要参数结构体定义
*卫星信息
\***************************************************/
__packed typedef struct
{
uint32_t latitude_bd; //纬度 分扩大100000倍，实际要除以100000
uint8_t nshemi_bd; //北纬/南纬,N:北纬;S:南纬
uint32_t longitude_bd; //经度 分扩大100000倍,实际要除以100000
uint8_t ewhemi_bd; //东经/西经,E:东经;W:西经
}gps_msg;
/* E53_ST1传感器数据类型定义 ------------------------------------------------------------*/
typedef struct
{
float Longitude; //经度
float Latitude; //纬度
} E53_ST1_Data_TypeDef;
gps_msg gpsmsg;
static unsigned char gps_uart[1000];
E53_ST1_Data_TypeDef E53_ST1_Data;
/* USER CODE END PV */
然后编写解析GPS数据的函数，先要在开头加上头文件支持：
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include 开始编写解析GPS数据所使用的函数：
/* USER CODE BEGIN 4 */
/***************************************************\
* 函数名称: NMEA_Comma_Pos
* 函数功能：从buf里面得到第cx个逗号所在的位置
* 输入值：
* 返回值：0~0xFE，代表逗号所在位置的便宜
* 0xFF，代表不存在第cx个逗号
\***************************************************/
uint8_t NMEA_Comma_Pos(uint8_t *buf,uint8_t cx)
{
uint8_t *p = buf;
while(cx)
{
if(*buf=='*'||*buf<' '||*buf>'z')return 0xFF;
if(*buf==',')cx--;
buf++;
}
return buf-p;
}
/***************************************************\
* 函数名称: NMEA_Pow
* 函数功能：返回m的n次方值
* 输入值：底数m和指数n
* 返回值：m^n
\***************************************************/
uint32_t NMEA_Pow(uint8_t m,uint8_t n)
{
uint32_t result = 1;
while(n--)result *= m;
return result;
}
/***************************************************\
* 函数名称: NMEA_Str2num
* 函数功能：str数字转换为（int）数字，以','或者'*'结束
* 输入值：buf，数字存储区
* dx，小数点位数，返回给调用函数
* 返回值：转换后的数值
\***************************************************/
int NMEA_Str2num(uint8_t *buf,uint8_t*dx)
{
uint8_t *p = buf;
uint32_t ires = 0,fres = 0;
uint8_t ilen = 0,flen = 0,i;
uint8_t mask = 0;
int res;
while(1)
{
if(*p=='-'){mask |= 0x02;p++;}//说明有负数
if(*p==','||*p=='*')break;//遇到结束符
if(*p=='.'){mask |= 0x01;p++;}//遇到小数点
else if(*p>'9'||(*p<'0'))//数字不在0和9之内，说明有非法字符
{
ilen = 0;
flen = 0;
break;
}
if(mask&0x01)flen++;//小数点的位数
else ilen++;//str长度加一
p++;//下一个字符
}
if(mask&0x02)buf++;//移到下一位，除去负号
for(i=0;i<ilen;i++)//得到整数部分数据
{
ires += NMEA_Pow(10,ilen-1-i)*(buf[i]-'0');
}
if(flen>5)flen=5;//最多取五位小数
*dx = flen;
for(i=0;i<flen;i++)//得到小数部分数据
{
fres +=NMEA_Pow(10,flen-1-i)*(buf[ilen+1+i]-'0');
}
res = ires*NMEA_Pow(10,flen)+fres;
if(mask&0x02)res = -res;
return res;
}
/***************************************************\
* 函数名称: NMEA_BDS_GPRMC_Analysis
* 函数功能：解析GPRMC信息
* 输入值：gpsx,NMEA信息结构体
* buf：接收到的GPS数据缓冲区首地址
\***************************************************/
void NMEA_BDS_GPRMC_Analysis(gps_msg *gpsmsg,uint8_t *buf)
{
uint8_t *p4,dx;
uint8_t posx;
uint32_t temp;
float rs;
p4=(uint8_t*)strstr((const char *)buf,"$GPRMC");//"$GPRMC",经常有&和GPRMC分开的情况,故只判断GPRMC.
posx=NMEA_Comma_Pos(p4,3); //得到纬度
if(posx!=0XFF)
{
temp=NMEA_Str2num(p4+posx,&dx);
gpsmsg->latitude_bd=temp/NMEA_Pow(10,dx+2); //得到°
rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2); //得到'
gpsmsg->latitude_bd=gpsmsg->latitude_bd*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))/60;//转换为°
}
posx=NMEA_Comma_Pos(p4,4); //南纬还是北纬
if(posx!=0XFF)gpsmsg->nshemi_bd=*(p4+posx);
posx=NMEA_Comma_Pos(p4,5); //得到经度
if(posx!=0XFF)
{
temp=NMEA_Str2num(p4+posx,&dx);
gpsmsg->longitude_bd=temp/NMEA_Pow(10,dx+2); //得到°
rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2); //得到'
gpsmsg->longitude_bd=gpsmsg->longitude_bd*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))/60;//转换为°
}
posx=NMEA_Comma_Pos(p4,6); //东经还是西经
if(posx!=0XFF)gpsmsg->ewhemi_bd=*(p4+posx);
}
/* USER CODE END 4 */
最后编写使用中断方式接收数据到缓冲区，然后调用GPS数据解析函数的函数：
void E53_ST1_Read_Data(void)
{
/* 使用中断方式接收一次数据 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart3,gps_uart,1000);
/* 分析缓冲区的字符串，解析GPS数据 */
NMEA_BDS_GPRMC_Analysis(&gpsmsg,(uint8_t*)gps_uart);
/* 将解析到的经纬度数据存放到结构体中，便于其他函数使用 */
E53_ST1_Data.Longitude=(float)((float)gpsmsg.longitude_bd/100000);
E53_ST1_Data.Latitude=(float)((float)gpsmsg.latitude_bd/100000);
}
当然，别忘了在 main 函数之前声明这些函数：
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
uint8_t NMEA_Comma_Pos(uint8_t *buf,uint8_t cx);
uint32_t NMEA_Pow(uint8_t m,uint8_t n);
int NMEA_Str2num(uint8_t *buf,uint8_t*dx);
void NMEA_BDS_GPRMC_Analysis(gps_msg *gpsmsg,uint8_t *buf);
void E53_ST1_Read_Data(void);
/* USER CODE END 0 */
大功告成，在main函数中调用：
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_USART3_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart3, (uint8_t*)gps_uart, 1);
printf("L80-R GPS Module test...\r\n");
/* 使能GPS模块 */
HAL_GPIO_WritePin(GPS_EN_GPIO_Port,GPS_EN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
printf("GPE Enable ok.\r\n");
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
E53_ST1_Read_Data();
printf("Longitude: %f, Latitude: %f.\r\n", E53_ST1_Data.Longitude, E53_ST1_Data.Latitude);
HAL_Delay(2000);
}
/* USER CODE END 3 */
}
实验现象
编译下载后，尽量将小熊派开发板放在窗户边，等待定位成功，串口输出数据如下：
定位成功后，定位数据如下：
查看定位
有了GPS定位数据之后，可以在地图上查看具体的位置，也可以上传到华为云IoT平台查看，这里我使用 GPS经纬度查询工具进行查看：
工具链接：http://www.gpsspg.com/maps.htm
至此，我们已经学会如何接收GPS数据并解析出经纬度。
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