Парсинг gps arduino

Содержание

Парсер протокола NMEA

Общие сведения:

GPS-модули отправляют данные по шине UART в виде текстовых сообщений.

Текстовые сообщения формируются в соответствии с протоколом NMEA 0183 (от «National Marine Electronics Association») — это стандарт определяющий текстовый протокол связи навигационного оборудования.

Сообщения NMEA передаваемые GPS-модулем могут состоять из одной или нескольких строк.

Описание состава строк протокола NMEA 0183:

Каждая строка начинается символом ‘$’ и заканчивается двумя символами контрольной суммы.

После символа ‘$’ следуют два символа определяющие источник получения данных:

«GP» — информация получена от спутников GPS (США).
«GL» — информация получена от спутников Глонасс (Россия).
«GA» — информация получена от спутников Galileo (Европа).
«BD» — информация получена от спутников Beidou (Китай).
«GQ» — информация получена от спутников QZSS (Япония).
«GN» — информация получена от спутников разных навигационных систем.

После двух символов источника получения данных следуют три символа идентификатора строки определяющего её состав (ниже перечислены только те идентификаторы которые определяются парсером iatduino_GPS_NMEA):

«GGA» — Данные о последнем зафиксированном местоположении.
«GLL» — Географические координаты.
«GSA» — Информация об активных спутниках (участвующих в позиционировании).
«GSV» — Информация о всех наблюдаемых спутниках.
«RMC» — Рекомендуемый минимум навигационных данных.
«VTG» — Скорость и курс относительно земли.
«ZDA» — Дата и время.
«DHV» — Информация о скорости движения GNSS приемника.
«GST» — Статистика ошибок позиционирования.
«TXT» — Текстовое сообщение.

После идентификатора следуют данные состоящие из параметров, разделённые запятыми. Количество и состав параметров зависят от идентификатора.

После данных следует символ ‘*’, а за ним два символа контрольной суммы. Контрольная сумма представляет из себя шестнадцатиричное представление результата операции XOR всех байтов символов строки, находящихся между символами ‘$’ и ‘*’ не включая их.

Завершают строку символы ‘\r’ и ‘\n’.

Пример сообщения NMEA 0183:

Состав сообщения NMEA 0183 зависит от настроек GPS-модуля.

С подробным описанием протокола NMEA 0183 можно ознакомиться на странице Wiki — Описание протокола NMEA 0183.

Примеры:

Для получения данных из сообщений NMEA 0183 отправляемых GPS-модулями, нами разработана библиотека iatduino_GPS_NMEA, которая позволяет преобразовать текстовую информацию поступающую по шине UART в числа определяющие координаты, дату, время, скорость, курс и информацию о спутниках.

Инициализация GPS-модуля:

Пример инициализации GPS-модуля подключённого по аппаратной шине UART (в примере используются шина UART-1 Arduino:

Пример инициализации GPS-модуля подключённого по программной шине UART (в примере используются выводы D5 и D6 Arduino:

Получение координат:

Пример выводит координаты широты и долготы в градусах.

До кода функции loop() необходимо указать код инициализации GPS-модуля, для аппаратной или программной шины UATR, по которой подключён GPS-модуль.

Для работы примера, в сообщениях NMEA 0183, отправляемых GPS модулем, должна присутствовать строка с идентификатором GGA, или GLL, или RMC.

Получение скорости и курса:

Пример выводит скорость в км/ч и курс в градусах.

Для работы примера, в сообщениях NMEA 0183, отправляемых GPS модулем, должна присутствовать строка с идентификатором RMC, или VTG.

Получение ссылки с точкой на карте Yandex:

Получение ссылки с точкой на карте Google:

Получение текущей даты и времени:

Пример выводит время, дату, день недели и UnixTime.

По умолчанию используется временная зона +3. Если в вашем регионе другая временная зона, укажите её функцией gps.timeZone( ±ЧАС ); .

Для работы примера, в сообщениях NMEA 0183, отправляемых GPS модулем, должна присутствовать строка с идентификатором RMC, или ZDA. Если вместо указанных строк будут присутствовать строки с идентификаторами GGA, или GLL, или DHV, или GST, то пример будет выводить только время без даты и UnixTime.

Получение данных о спутниках:

Пример выводит ID спутника, уровень приёма, положение относительно GPS-модуля, тип навигационной системы и флаг участия спутника в позиционировании.

Для работы примера, в сообщениях NMEA 0183, отправляемых GPS модулем, должны присутствовать строки с идентификаторами GSA и GSV.

Описание функций библиотеки:

В данном разделе описаны функции библиотеки iatduino_GPS_NMEA позволяющей получать данные из текстовых сообщений NMEA 0183 отправляемых GPS-модулем по шине UART.

Библиотека iarduino_GPS_NMEA может использовать как аппаратную, так и программную реализацию шины UART для получения данных от GPS-модуля.

Подключение библиотеки:

Если GPS-модуль подключён по аппаратной шине UART (в примере используется UART-1):

Если GPS-модуль подключён по программной шине UART (в примере используются выводы D5 и D6 для подключения модуля к Arduino):

Вывод TX Arduino подключается к выводу RX модуля, а вывод RX Arduino подключается к выводу TX модуля.

Функция begin();

Назначение: Инициализация расшифровки строк NMEA 0183 отправляемых GPS-модулем.
Синтаксис: begin( SERIAL [, ФЛАГ ] );
Параметры:
- SERIAL — объект или класс для работы с шиной UART по которой приходят текстовые сообщения NMEA 0183 от GPS-модуля.
- bool ФЛАГ — true / false. Флаг указывает выводить предыдущие данные при потере связи со спутниками или недостоверными результатами вычислений. Значение по умолчанию — true.
Возвращаемое значение: bool — результат инициализации (true или false).
Примечание:
- Функция должна быть вызвана только после инициализации работы с шиной UART, объект или класс которой будет указан в качестве первого параметра функции.
- Второй параметр функции (ФЛАГ) является не обязательным. Если указать true, или не указывать этот параметр вообще, то при потере связи со спутниками будут выводиться последние корректные координаты, дата, время и т.д. Если указать false, то при потере связи будут выводиться 0.
Пример:

Функция read();

Назначение: Чтение данных из сообщения NMEA отправленного GPS-модулем по шине UART.
Синтаксис: read( [ МАССИВ [, ФЛАГ ]] );
Параметры:
- uint8_t МАССИВ — двумерный массив для получения данных о спутниках (см. пример).
- bool ФЛАГ — true / false. Флаг указывает заполнять массив только данными о тех спутниках которые участвуют в позиционировании. Значение по умолчанию — false.
Возвращаемое значение: bool — результат чтения сообщения NMEA (true или false).
После выполнения функции (вне зависимости от наличия параметров), данные прочитанные из сообщения NMEA 0183 будут доступны в следующих переменных:
- latitude — широта, longitude — долгота, altitude — высота над уровнем моря.
- speed — скорость, course — курс на истинный полюс.
- satellites[ GPS_ACTIVE ] — количество спутников участвующих в позиционировании.
- satellites[ GPS_VISIBLE ] — количество наблюдаемых спутников.
- PDOP, HDOP, VDOP — геометрические факторы ухудшения точности.
- seconds — секунды, minutes — минуты, hours и Hours — часы, midday — полдень (0-am, 1-pm).
- day — день месяца, weekday — день недели, month — месяц, year и Year — год.
- Unix — Unix время (секунды прошедшие с начала эпохи Unix 01.01.1970 00:00:00).
- errTim — ошибка врем, errDat — ошибка даты, errPos — ошибка коорд, errCrs — ошибка курса.
- status — строка статусных символов, available — флаги обнаружения идентификаторов.
Примечание:
- Заполнение переменных зависит от идентификаторов строк сообщения NMEA 0183.
- Функция не знает какое количество строк включено в сообщение NMEA, по этому читает данные до получения идентификатора уже прочитанной строки, или до истечения времени установленного функцией timeOut() .
- Если в качестве параметра указан двухмерный массив для получения данных о спутниках, то каждый элемент массива, являющийся подмассивом, заполняется параметрами одного из спутников.
  - 0 элемент — ID спутника (1. 255).
  - 1 элемент — Уровень приёма (отношение сигнал/шум) SNR в дБ.
  - 2 элемент — Тип навигационной системы (1-GPS, 2-Глонасс, 3-Galileo, 4-Beidou, 5-QZSS).
  - 3 элемент — Флаг участия спутника в позиционировании (1-да, 0-нет).
  - 4 элемент — Угол возвышения спутника (0°-горизонт . 90°-зенит).
  - 5 и 6 элемент — В сумме являются азимутом положения спутника (0°. 360°).
Пример:

Функция timeOut();

Назначение: Ограничение времени чтения данных.
Синтаксис: timeOut( МИЛЛИСЕКУНДЫ );
Параметры:
- uint32_t МИЛЛИСЕКУНДЫ — максимальное время отводимое на чтение данных.
Возвращаемое значение: Нет.
Примечание:
- Функция чтения данных read() не знает какое количество строк включено в сообщение NMEA 0183 отправляемое GPS-модулем.
- Во время чтения переменные заполняются значениями поступающими по мере чтения строк сообщения NMEA 0183 до тех пор, пока не истечет время заданное функцией timeOut() или не будет встречена строка с уже прочитанным идентификатором.
- Максимальное время отводимое для чтения данных по умолчанию равно 2000 мс.
- Функцию достаточно вызвать однократно в коде setup().
Пример:

Функция timeZone();

Назначение: Установить / получить часовой пояс.
Синтаксис: timeZone( [±ЧАС] );
Параметры:
- float ±ЧАС — количество часов на которое нужно сдвинуть время относительно UTC (±12).
Возвращаемое значение:
- float ±ЧАС — установленное количество часов на которое сдвинуто время относительно UTC.
Примечание:
- Если функция вызвана без параметров, то она только возвращает текущий часовой пояс.
- Если функция вызвана с указанием количества часов (±12), то прочитанные дата и время будут сдвигаться на указанное количество часов, пока временная зона не будет изменена.
- Если функция вызвана с параметром GPS_AutoDetectZone , то часовой пояс будет вычисляться автоматически, по координатам долготы. Стоит учесть, что часовой пояс будет вычисляться только по долготе, не учитывая политической карты и летнего времени. Например, долгота 37.5° проходит через г. Москва и делит его на 2 часовые зоны: +2 и +3.
- Функцию достаточно вызвать однократно в коде setup().
- По умолчанию установлен часовой пояс UTC+3.
Пример:

Данные читаемые из сообщения NMEA 0183:

Обращение к функции read() приводит к чтению данных из текстового сообщения NMEA 0183 отправляемого GPS-модулем по шине UART в следующие переменные:

float latitude — Широта (±90.0°).
float longitude — Долгота (±180.0°).
uint16_t altitude — Высота над уровнем моря (±32767м).
uint8_t speed — Скорость (0-255 км/ч).
float course — Курс (±180.0°).
uint8_t satellites[GPS_ACTIVE] — Количество активных спутников (0-12).
uint8_t satellites[GPS_VISIBLE] — Количество наблюдаемых спутников.
float PDOP — Пространственный геометрический фактор ухудшения точности (0-25.5).
float HDOP — Горизонтальный геометрический фактор ухудшения точности (0-25.5).
float VDOP — Вертикальный геометрический фактор ухудшения точности (0-25.5).
uint8_t seconds — Секунды (0-59).
uint8_t minutes — Минуты (0-59).
uint8_t hours — Часы (1-12).
uint8_t Hours — Часы (0-23).
uint8_t midday — Полдень (0-am, 1-pm).
uint8_t day — День месяца (1-31).
uint8_t weekday — День недели (0-воскресенье, 1-понедельник, . , 6-суббота).
uint8_t month — Месяц (1-12).
uint8_t year — Год (0-99).
uint16_t Year — Год (0-65’535).
uint32_t Unix — Unix время (0-‭4’294’967’296 сек).

Переменные PDOP, HDOP и VDOP указывают как сильно снижается точность вычисления координат от текущего положения спутников в пространстве: 0-1 идеальная точность, 2-3 отличная точность, 4-6 хорошая точность, 7-8 средняя точность, 9-20 точность ниже среднего, больше 21 — плохая точность.

Содержание данных в строках сообщения NMEA 0183:

Переменные:	Идентификаторы строк сообщения NMEA 0183 отправляемого модулем:
latitude longitude	GGA	GLL	RMC	—	—	—	—	—	—
altitude	GGA	—	—	—	—	—	—	—	—
satellites	GGA	—	—	—	—	—	—	—	—
speed course	—	—	RMC	VTG	—	—	—	—	—
PDOP VDOP	—	—	—	—	—	GSA	—	—	—
HDOP	GGA	—	—	—	—	GSA	—	—	—
Hours hours minutes seconds midday	GGA	GLL	RMC	—	ZDA	—	—	DHV	GST
day weekday month year Year	—	—	RMC	—	ZDA	—	—	—	—
Unix	(GGA \|\| GLL \|\| RMC \|\| ZDA \|\| DHV \|\| GST ) && ( RMC \|\| ZDA )
Массив	—	—	—	—	—	GSA	GSV	—	—

Наличие в составе сообщения NMEA 0183, отправленного модулем, строки с любым из указанных в таблице идентификатором, приводит к заполнению данными соответствующей переменной.

Проверка достоверности полученных данных:

Проверить достоверность полученных данных можно при помощи следующих переменных:

uint8_t errTim — Ошибка времени. Переменная может принимать следующие значения:
0 — нет ошибок, 1 — сообщение NMEA 0183 не прочитано, 2 — время недостоверно.
uint8_t errDat — Ошибка даты. Переменная может принимать следующие значения:
0 — нет ошибок, 1 — сообщение NMEA 0183 не прочитано, 2 — дата недостоверна.
uint8_t errPos — Ошибка координат. Переменная может принимать следующие значения:
0 — нет ошибок, 1 — сообщение NMEA 0183 не прочитано, 2 — координаты недостоверны.
uint8_t errCrs — Ошибка скорости и курса. Переменная может принимать следующие значения:
0 — нет ошибок, 1 — сообщение NMEA 0183 не прочитано, 2 — скорость и курс недостоверны.

Источник