利用strstr和sscanf解析GPS信息

 

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[i] == '\n')
                {
                        wellhandled_string[i] = '\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。