STM32 GPS定位

ATGM332D简介

高性能、低功耗 GPS、北斗双模定位模块

特性

特性	说明
基本功能	三维位置定位(经纬度、海拔)，测速，授时
导航系统	GPS、北斗 BDS（双模）
支持辅助	GNSS
位置定位精度	2.5 米(圆概率误差 CEP50)
测速精度	<0.1m/s
航向角精度	0.5 度
授时精度	<30ns
射频通道数目	支持全星座北斗 BDS、GPS 同时接收
定位时间	冷启动：≤32s ； 热启动：≤1s
冷启动捕获灵敏度	-148dBm
热启动捕获灵敏度	-156dBm
重捕获灵敏度	-160dBm
跟踪灵敏度	-162dBm
导航信息最高更新速率	1Hz（默认），最大 10Hz
串口	预留有 TTL 电平标准的串口，支持与使用 3.3/5V 电平标
准的系统通讯	支持传输速率：4800、9600、115200bps，默认为 9600bps
协议	NMEA0183
输出的经纬度坐标系	WGS-84 坐标系
最大高度	18000m
最大速度	515m/s
最大加速度	4g
电源	通过模块引出的电源引脚 3.3~5V 供电
工作温度	-40 到+85 摄氏度
保存温度	-40 到+125 摄氏度
功耗	连续运行<25mA (@3.3V

引脚接入

名称	说明
VCC	电源线，正常电压范围为：3.3~5V
GND	地线
TXD	串口数据发送信号线，使用 TTL 电平
RXD	串口数据接收信号线，使用 TTL 电平
PPS	时间脉冲信号线，模块接收到 GPS 时间信息后，输出可调节的脉冲信号，默认为 1Hz，脉冲上升沿与 UTC 时间对齐

GPS模块 STM32
TXD <------->PA3
RXD<-------> PA2

串口通信

UART->DMA中断
gpio配置

#define GPS_USART                             USART2
#define GPS_USART_CLK                         RCC_APB1Periph_USART2
#define GPS_RCC_PeriphClockCmd_Fun          RCC_APB1PeriphClockCmd

#define GPS_USART_RX_GPIO_PORT                GPIOA
#define GPS_USART_RX_GPIO_CLK                 RCC_APB2Periph_GPIOA
#define GPS_USART_RX_PIN                      GPIO_Pin_3

#define GPS_USART_TX_GPIO_PORT                GPIOA
#define GPS_USART_TX_GPIO_CLK                 RCC_APB2Periph_GPIOA
#define GPS_USART_TX_PIN                      GPIO_Pin_2

#define GPS_DMA                      DMA1
#define GPS_DMA_CLK                  RCC_AHBPeriph_DMA1
#define GPS_DMA_CHANNEL              DMA1_Channel6
#define GPS_DMA_IRQn                 DMA1_Channel6_IRQn         //中断源

static void GPS_USART_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	
	/* config USART clock */
	RCC_APB2PeriphClockCmd(GPS_USART_RX_GPIO_CLK|GPS_USART_TX_GPIO_CLK, ENABLE);
	GPS_RCC_PeriphClockCmd_Fun(GPS_USART_CLK, ENABLE);
	/* USART GPIO config */
   /* Configure USART Tx  as alternate function push-pull */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPS_USART_TX_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPS_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);   
    /* Configure USART Rx as input floating */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPS_USART_RX_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPS_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
	/* USART2 mode config */
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = GPS_USART_BAUDRATE;//波特率 
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

	USART_Init(GPS_USART, &USART_InitStructure); 
	USART_Cmd(GPS_USART, ENABLE);	
}

gps dma配置

static void GPS_DMA_Config(void)
{
   		DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
		RCC_AHBPeriphClockCmd(GPS_DMA_CLK, ENABLE);//DMA时钟
		DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = GPS_DATA_ADDR;//DMA源，串口数据寄存器地址	   
		DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)gps_rbuff;//收到数据地址
		DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;//内存到外设	
		DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = GPS_RBUFF_SIZE;//传输大小   
		DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址不增
		DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;	//内存地址递增
		DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外设数据单位
		DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;	 //内存数据单位
		DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;	//不断循环 
		DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;  //优先级 中
		DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;//禁止内存到内存	   
		DMA_Init(GPS_DMA_CHANNEL, &DMA_InitStructure); 	   //配置DMA通道
        GPS_Interrupt_Config();
        DMA_ITConfig(GPS_DMA_CHANNEL,DMA_IT_HT|DMA_IT_TC,ENABLE);  //DMA发送完产生中断
		/*使能DMA*/
		DMA_Cmd (GPS_DMA_CHANNEL,ENABLE);		
		USART_DMACmd(GPS_USART, USART_DMAReq_Rx, ENABLE);//配置串口向DMA发出TX请求
}

NMEA 协议解析

NMEA 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，目前已经成为了 GPS 导航设备统一的 RTCM 标准协议。已成为所有的定位接收机中最通用的数据输出格式。

NMEA-0183 是一套定义接收机输出的标准信息，有几种不同的格式，每种都是独立相关的 ASCII 格式，使用逗号隔开数据，数据流长度从 30-100 字符不等，通常以每秒间隔选择输出，最常用的格式为"GGA"，它包含了定位时间，纬度，经度，高度，定位所用的卫星数，DOP 值，差分状态和校正时段等，其他的有速度，跟踪，日期等。

语句协议解析
语句协议

该协议采用 ASCII 码。 帧格式形如：$aaccc,ddd,ddd,\dots ,ddd\ast hh<CR><LF><1>“$”——帧命令起始位
<2> aaccc——地址域，前两位为识别符，后三位为语句名
<3> ddd…ddd——数据
<4> “”——校验和前缀
<5> hh——校验和（check sum），$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（Carriage Return） + LF（Line Feed）帧结束，回车和换

1、GGA 全球定位数据

$GNGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>*<15>
$GNGGA,012842.000,2253.7220,N,11350.7025,E,1,11,1.5,44.8,M,0.0,M,*44
<1> UTC 时间，格式为 hhmmss.sss
<2> 纬度，格式为 ddmm.mmmm（前导位数不足则补 0）
<3> 纬度半球，N 或 S（北纬或南纬）
<4> 经度，格式为 dddmm.mmmm（前导位数不足则补 0）
<5> 经度半球，E 或 W（东经或西经）
<6> 定位质量指示，0=定位无效，1=标准定位，2=差分定位，6=估算
<7> 使用卫星数量，从 00 到 12（前导位数不足则补 0）
<8> 水平精确度，0.5 到 99.9
<9> 天线离海平面的高度，-9999.9 到 9999.9 米
<10> 高度单位，M 表示单位米
<11> 大地椭球面相对海平面的高度（-999.9 到 9999.9）
<12> 高度单位，M 表示单位米
<13> 差分 GPS 数据期限（RTCM SC-104），最后设立 RTCM 传送的秒数量
<14> 差分参考基站标号，从 0000 到 1023（前导位数不足则补 0）
<15> 校验和。

2、RMC 推荐最小数据

$ GNRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13><14>
$GNRMC,012841.000,A,2253.7220,N,11350.7025,E,0.00,0.00,140117,A7B
<1> UTC（Coordinated Universal Time）时间，hhmmss（时分秒）格式
<2> 定位状态，A=有效定位，V=无效定位
<3> Latitude，纬度 ddmm.mmmm（度分）格式（前导位数不足则补 0）
<4> 纬度半球 N（北半球）或 S（南半球）
<5> Longitude，经度 dddmm.mmmm（度分）格式（前导位数不足则补 0
<6> 经度半球 E（东经）或 W（西经）
<7> 地面速率（000.0~999.9 节，Knot，前导位数不足则补 0）
<8> 地面航向（000.0~359.9 度，以真北为参考基准，前导位数不足则补 0）
<9> UTC 日期，ddmmyy（日月年）格式
<10> Magnetic Variation，磁偏角（000.0~180.0 度，前导位数不足则补 0）
<11> Declination，磁偏角方向，E（东）或 W（西）
<12> Mode Indicator，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）
<13> NavStatus，导航状态标示符（ V 表示系统不输出导航状态信息）
<14> 校验和

3、VTG 地面速度信息(Course over ground and Ground speed)。

$ GNVTG,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9><10>
$GNVTG,0.00,T,M,0.00,N,0.00,K,A23
<1> 以真北为参考基准的地面航向
<2> T，表示“真”
<3> 以磁北为参考基准的地面航向
<4> M，表示“磁场”
<5> 地面速率
<6> N，表示“节”
<7> 地面速率
<8> K，表示“千米/小时”
<9> 模式指示（A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）
<10> 校验和

4、GLL 定位地理信息(Latitude and longitude, with time of position fix and status)

$ GNGLL,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7><8>
$GNGLL,2253.7220,N,11350.7025,E,012842.000,A,A4D
<1> 纬度 ddmm.mmmmm（度分）
<2> 纬度半球 N（北半球）或 S（南半球）
<3> 经度 dddmm.mmmmm（度分）
<4> 经度半球 E（东经）或 W（西经）
<5> UTC 时间：hhmmss（时分秒）
<6> 定位状态，A=有效定位，V=无效定位
<7> 模式指示（A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）
<8> 校验和

5、ZDA 当前时间信息：(Time and Date)

格式：$ GNZDA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6><7>
例子：$GNZDA,012841.000,14,01,2017,00,0046
<1> UTC 时间：hhmmss（时分秒，格林威治时间）
<2> 日
<3> 月
<4> 年

6、GSA GPS 精度指针及使用卫星 (GNSS DOP and Active Satellites)。

$XXGSA,Smode,FS,SVID,PDOP,HDOP,VDOP\ast CS<CR><LF>例子：$GPGSA,A,3,05,13,02,30,15,24,2.2,1.5,1.635
$BDGSA,A,3,01,03,04,08,12,2.2,1.5,1.62D
<1> 模式 1：定位型式 1 = 未定位，2 = 二维定位，3 = 三维定位
<2> FS：定位状态标志
<3> {,SVID}：用于定位的卫星编号，该字段共显示 12 颗可用卫星编号，多于 12 颗时只输
出前 12 颗， 不足 12 颗时不足的区域补空
<4> PDOP 综合位置精度因子（0.5 - 99.9）
<5> HDOP 水平精度因子（0.5 - 99.9）
<6> VDOP 垂直精度因子（0.5 - 99.9）
<7> systemId：NMEA 所定义的 GNSS 系统 ID 号
<8> 校验和

7、GSV 可视卫星状态输出语句 (GNSS Satellites in View)

$XXGSV,NumMsg,MsgNo,NumSv{,SVID,ele,az,cn0} CS
$GPGSV,3,1,09,02,42,118,49,05,38,041,47,06,05,128,39,13,74,039,4177
$GPGSV,3,2,09,15,68,244,28,20,45,325,21,24,15,180,28,29,47,278,23*72
<1> 总的 GSV 语句电文数
<2> 当前 GSV 语句号
<3> 可视卫星总数，00 至 12
<4> 卫星编号{,SVID,ele,az,cn0}，01 至 32
<5> 信噪比（C/No），00 至 99dB；无表示未接收到讯号
<6> 校验和。
注：每条语句最多包括四颗卫星的信息，每颗卫星的信息有四个数据项，即：卫星编
号、卫星仰角、卫星方位角、信噪比。

解码库 源码地址

直接使用该解码库，，它使用纯 C 语言编写，支持 windows、winCE 、
UNIX 平台，支持解析 GPGGA，GPGSA,GPGSV,GPRMC,GPVTG 这五种语句
关键代码

nmeaINFO info;          //GPS解码后得到的数据
nmeaPARSER parser;      //解码时使用的数据结构

//gps_rbuff 为串口DMA中断收到的数据
nmea_parse(&parser, (const char*)&gps_rbuff[0], HALF_GPS_RBUFF_SIZE, &info);

串口输出

nmealib在linux下使用

下载源码->编译->运行

root@ubuntu:/home/wy/nmealib# ls
build  CHANGELOG.TXT  doc  include  lib  LICENSE.TXT  Makefile  nmea.ico  nmea.sln  README.TXT  samples  src

make

root@ubuntu:/home/wy/nmealib# make
mkdir -p build/nmea_gcc
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/generate.c -o build/nmea_gcc/generate.o
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/generator.c -o build/nmea_gcc/generator.o
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/parse.c -o build/nmea_gcc/parse.o
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/parser.c -o build/nmea_gcc/parser.o
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/tok.c -o build/nmea_gcc/tok.o
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/context.c -o build/nmea_gcc/context.o
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/time.c -o build/nmea_gcc/time.o
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/info.c -o build/nmea_gcc/info.o
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/gmath.c -o build/nmea_gcc/gmath.o
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm -c src/sentence.c -o build/nmea_gcc/sentence.o
ar rsc lib/libnmea.a build/nmea_gcc/generate.o build/nmea_gcc/generator.o build/nmea_gcc/parse.o build/nmea_gcc/parser.o build/nmea_gcc/tok.o build/nmea_gcc/context.o build/nmea_gcc/time.o build/nmea_gcc/info.o build/nmea_gcc/gmath.o build/nmea_gcc/sentence.o
ranlib lib/libnmea.a
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm  -c samples/generate/main.c -o samples/generate/main.o
gcc   samples/generate/main.o -Llib -lnmea -lm -o build/samples_generate 
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm  -c samples/generator/main.c -o samples/generator/main.o
gcc   samples/generator/main.o -Llib -lnmea -lm -o build/samples_generator 
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm  -c samples/parse/main.c -o samples/parse/main.o
gcc   samples/parse/main.o -Llib -lnmea -lm -o build/samples_parse 
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm  -c samples/parse_file/main.c -o samples/parse_file/main.o
samples/parse_file/main.c: In function ‘trace’:
samples/parse_file/main.c:13:5: warning: implicit declaration of function ‘write’; did you mean ‘fwrite’? [-Wimplicit-function-declaration]
     write(1, str, str_size);
     ^~~~~
     fwrite
gcc   samples/parse_file/main.o -Llib -lnmea -lm -o build/samples_parse_file 
gcc  -I include  -Llib -lnmea -lm  -c samples/math/main.c -o samples/math/main.o
gcc   samples/math/main.o -Llib -lnmea -lm -o build/samples_math 
rm samples/math/main.o samples/generator/main.o samples/parse/main.o samples/generate/main.o samples/parse_file/main.o

samples/parse_file/main.c 主函数

#include 

#include 
#include 

#ifdef NMEA_WIN
#   include 
#endif

void trace(const char *str, int str_size)
{
    printf("Trace: ");
    write(1, str, str_size);
    printf("\n");
}
void error(const char *str, int str_size)
{
    printf("Error: ");
    write(1, str, str_size);
    printf("\n");
}

int main()
{
    nmeaINFO info;
    nmeaPARSER parser;
    FILE *file;
    char buff[2048];
    int size, it = 0;
    nmeaPOS dpos;

    file = fopen("gpslog.txt", "rb");

    if(!file)
        return -1;

    nmea_property()->trace_func = &trace;
    nmea_property()->error_func = &error;

    nmea_zero_INFO(&info);
    nmea_parser_init(&parser);

    while(!feof(file))
    {
        size = (int)fread(&buff[0], 1, 100, file);
        nmea_parse(&parser, &buff[0], size, &info);
        nmea_info2pos(&info, &dpos);
        printf(
            "%03d, Lat: %f, Lon: %f, Sig: %d, Fix: %d\n",
            it++, dpos.lat, dpos.lon, info.sig, info.fix
            );
    }
    fseek(file, 0, SEEK_SET);
    nmea_parser_destroy(&parser);
    fclose(file);
    return 0;
}

生成全部可执行文件路径以及文件

root@ubuntu:/home/wy/nmealib/build# ls
nmea_gcc  samples_generate  samples_generator  samples_math  samples_parse  samples_parse_file

准备gpslog.txt文件

root@ubuntu:/home/wy/nmealib/build# cp ../samples/parse_file/gpslog.txt .
root@ubuntu:/home/wy/nmealib/build# ls
gpslog.txt  nmea_gcc  samples_generate  samples_generator  samples_math  samples_parse  samples_parse_file

运行samples_parse_file，可以看到转换后的经纬度

root@ubuntu:/home/wy/nmealib/build# ./samples_parse_file
...
$GPGGA,213923.000,4221.1129,N,07102.9146,W,1,04,3.9,129.7,M,-33.7,M,,0000*6F
Trace: 
130, Lat: 0.739180, Lon: -1.240032, Sig: 1, Fix: 3
$GPGSA,A,3,26,07,06,21,,,,,,,,,4.1,3.9,1.0*3A
Trace: 
131, Lat: 0.739180, Lon: -1.240032, Sig: 1, Fix: 3
$GPRMC,213923.000,A,4221.1129,N,07102.9146,W,0.00,,010207,,,A*6E
Trace: 
$GPGGA,213924.000,4221.1129,N,07102.9146,W,1,04,3.9,129.7,M,-33.7,M,,0000*68
Trace: 
132, Lat: 0.739180, Lon: -1.240032, Sig: 1, Fix: 3
$GPGSA,A,3,26,07,06,21,,,,,,,,,4.0,3.9,1.0*3B
Trace: 
133, Lat: 0.739180, Lon: -1.240032, Sig: 1, Fix: 3
$GPRMC,213924.000,A,4221.1129,N,07102.9146,W,0.00,,010207,,,A*69
Trace: 
$GPGGA,213925.000,4221.1129,N,07102.9146,W,1,04,3.9,129.7,M,-33.7,M,,0000*69
Trace: 
134, Lat: 0.739180, Lon: -1.240032, Sig: 1, Fix: 3
$GPGSA,A,3,26,07,06,21,,,,,,,,,4.0,3.9,1.0*3B
Trace: 
$GPRMC,213925.000,A,4221.1129,N,07102.9146,W,0.00,,010207,,,A*68
Trace: 
135, Lat: 0.739180, Lon: -1.240032, Sig: 1, Fix: 3
$GPGGA,213926.000,4221.1112,N,07102.9177,W,1,04,3.9,136.5,M,-33.7,M,,0000*6C