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STM32的GPS数据提取程序设计说明——基于NMEA0183协议

一、硬软件平台

本次程序实现效果为对GPS信号穿送来的数据进行筛选，并将筛选后的信息通过上位机显示出来，所以此次设计所需硬件包括STM32F407、RS232转TTL、CH340USB转串口模块，注意该模块在使用前，对应的系统需要安装驱动，否则串口调试助手无法识别，另外还包括JLink下载器。

本次代码设计软件为KEIL5并结合F4固件包，上位机系统为WIN7，主机系统为WIN10。

二、算法总体思路设计

由于GPS通过RS232将数据传送给板子，因此使用两个串口资源（串口1和串口2），其中一个用来接收数据，另外一个用来将筛选后的数据发送给上位机。GPS在发送信号时，相邻两次数据的发送之间有明显的时间间隔，所以该间隔可作为判断当前接收的数据是否是一个完整数据的依据。为了保证接收数据的及时性，接收数据时采用串口接收中断，发送数据则作为主程序。因此可得到以下主程序流程图。

三、具体实现步骤

3.1 串口1初始化

本次程序设计通过串口1将筛选后的数据发送给上位机，对应的硬件资源为PA9(USART1-TX)、PA10(USART1-RX)。通过将这两个IO口连接CH340，实现数据传送。串口1波特率设置为38400。

3.2 串口2初始化

串口2用来接收GPS信号，对应硬件资源为PA2(UASRT2-TX)、PA3(USART2-RX)，GPS设备接口为RS232，接入单片机时，需要转为TTL电平，注意，在连接板子和RS232转TTL模块的TTL输出端时，RX和TX用反接，否则会接收不到数据。由于GPS信号发送波特率为固定的38400，所以初始化时串口2的波特率也要设置为38400。

串口2使用中断来接收数据，因为初始化时也要配置中断。具体代码如下：

 

void uart2_init(u32 bound){
   //GPIO端口设置
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//使能USART1时钟
 
	//串口1对应引脚复用映射
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource2,GPIO_AF_USART2); //GPIOA2复用为USART2
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_USART2); //GPIOA3复用为USART2
	
	//USART1端口配置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3; //GPIOA9与GPIOA10
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	//速度50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化PA9，PA10

   //USART1 初始化设置
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//波特率设置
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式
  USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //初始化串口2
	
  USART_Cmd(USART2, ENABLE);  //使能串口2
	
	USART_ClearFlag(USART2, USART_FLAG_TC);
	

	USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE,ENABLE);//开启相关中断

	//Usart2 NVIC 配置
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;//串口2中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;//抢占优先级1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;		//子优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器
	
	TIM7_Int_Init(99,7199);
	USART2_RX_STA=0;
	TIM_Cmd(TIM7,DISABLE);			//关闭定时器7
	
}

 

3.3 串口2接收中断函数

该中断函数是整个程序的重点所在，主要目的是将接收的字符存入数组内，这里数组名及大小定义为USART2_RX_BUF[NMEA_COUNT_MAX];其中将NMEA_COUNT_MAX设置为600，代表数组最大容量。当有数据发过来时，存入数组，并对该数组进行处理，若没有处理完毕，则不再接收其他数据，这里定义数据接收状态变量vu16 USART2_RX_STA。另外借助10ms定时器（TIM7）中断判断是不是一次连续的数据，如果接收连续2个字符之间的时间差不大于10ms则认为是，如果大于10ms则中断触发，强制标记数据接收完成。

void USART2_IRQHandler(void)                	//串口2中断服务程序
{
	GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);  //LED0灯亮  
	char Buffer;
	if(SET==USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE))
	{
		USART_ClearFlag(USART2, USART_FLAG_RXNE);
		Buffer = USART_ReceiveData(USART2);//接收数据
		if((USART2_RX_STA&(1<<15))==0)//接收完的一批数据,还没有被处理,则不再接收其他数据
		{
			if(USART2_RX_STA<NMEA_COUNT_MAX)//还可以接收数据
			{
				TIM_SetCounter(TIM7,0);//计数器清空
				if(USART2_RX_STA==0)
				{
					TIM_Cmd(TIM7,ENABLE);//使能定时器7
				}
				USART2_RX_BUF[USART2_RX_STA++]=Buffer;//记录接收到的值	 
			}
			else
			{
				USART2_RX_STA|=1<<15;//强制标记接收完成
			}
		}
	}
	GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);//LED0灯灭
}

 

/*定时器7中断服务函数*/
void TIM7_IRQHandler(void)
{ 	
	if (TIM_GetITStatus(TIM7, TIM_IT_Update) != RESET)//是更新中断
	{	 			   
		USART2_RX_STA|=1<<15;	//标记接收完成
		TIM_ClearITPendingBit(TIM7, TIM_IT_Update  );  //清除TIM7更新中断标志    
		TIM_Cmd(TIM7, DISABLE);  //关闭TIM7 
	}	    
}

 

 

3.4数据解析

每次接收的数据都存放在数组里面，每个信息都有属于自己的标识符，例如$GNRMC、!AIVDM等，所以要找到目标信息的位置，直接对数组进行字符串搜索即可。搜索算法如下图所示，返回字符串首字符在数组中的位置。

 

/*查找字符串*/
u16 FindStr(char *str,char *ptr)
{
	u16 index=0;
	char *STemp=NULL;
	char *PTemp=NULL;
	char *MTemp=NULL;
	if(0==str||0==ptr)
		return 0;
	for(STemp=str;*STemp!='\0';STemp++)	 //依次查找字符串
	{
		index++;  //当前偏移量加1
		MTemp=STemp; //指向当前字符串
		//比较
		for(PTemp=ptr;*PTemp!='\0';PTemp++)
		{	
			if(*PTemp!=*MTemp)
			break;
			MTemp++;
		}
		if(*PTemp=='\0')  //出现了所要查找的字符，退出
			break;
	}
	return index;
}

得到目标信息的位置后，就可以提取信息中的数据了，NMEA数据的特点是信息中的数据之间都是用逗号隔开，所以逗号的数量就代表了该条信息含有多少个数据，通过数逗号的方法就可以得到每个数据。

以提取!AIVDM信息为例，其他信息提取方法相同。代码中通过宏定义的方式来选择解析和发送哪条信息。

 

/*定义AIVDM数据结构体*/
typedef struct AIVDM_data
{
	char first[2];
	char second[2];
	char third[2];
	char four[5];
	char five[50];
	char six[12];
	
}AIVDM_data;

 

/*数据解析*/
#if PRINT_AIVDM //发送数据开关
	
	u8 CommaNum_AIVDM=0;//逗号数量
	u8 BufIndex_AIVDM=0;
	char Sbuf_AIVDM;
	char *Pstr_AIVDM;
	u16 index_AIVDM=0;
	
	memset(&AIVDM_data_ais,0x00,sizeof(AIVDM_data_ais));
	index_AIVDM=FindStr(GPS_REC_data,"!AIVDM");

	if(index_AIVDM)
	{
		CommaNum_AIVDM=0;
		Pstr_AIVDM=GPS_REC_data+index_AIVDM+6;
		do
		{
			Sbuf_AIVDM=*Pstr_AIVDM++ ;
			switch(Sbuf_AIVDM)
			{
				case ',':CommaNum_AIVDM++;
						 BufIndex_AIVDM=0;
						 break;
				default:
						switch(CommaNum_AIVDM)
						{
							case 0:AIVDM_data_ais.first[BufIndex_AIVDM]=Sbuf_AIVDM;break;//逗号数量为0表示第一个数据
							case 1:AIVDM_data_ais.second[BufIndex_AIVDM]=Sbuf_AIVDM;break;//逗号数量为1表示第二个数据
							case 2:AIVDM_data_ais.third[BufIndex_AIVDM]=Sbuf_AIVDM;break;//逗号数量为2表示第三个数据
							case 3:AIVDM_data_ais.four[BufIndex_AIVDM]=Sbuf_AIVDM;break;//逗号数量为3表示第四个数据
							case 4:AIVDM_data_ais.five[BufIndex_AIVDM]=Sbuf_AIVDM;break;//逗号数量为4表示第五个数据
							case 5:AIVDM_data_ais.six[BufIndex_AIVDM]=Sbuf_AIVDM;break;//逗号数量为5表示第六个数据
							default:break;
						}
						BufIndex_AIVDM++;
						break;
			}
		}while(Sbuf_AIVDM!='\r');//每条信息以'\r'字符结尾
	}
	
	//memset(GPS_Buffer,0,sizeof(GPS_Buffer));
	#endif

3.5 信息发送

信息发送就用普通的printf函数，不过要使用串口1函数，所以要重写一个fputs()函数，并在头文件中stdlib.h头文件。在发送之前，需要对数据进行一些简单的过滤，比较最后一个数据是信息的校验码，校验码的第二位一定是符号*等等，如果不符合过滤的条件就不发送，保证数据的正确性。

 

/*数据过滤及打印*/
#if PRINT_AIVDM
		if(AIVDM_data_ais.six[1]=='*'&&AIVDM_data_ais.five[0]!='0'&&AIVDM_data_ais.five[1]!='0'&&AIVDM_data_ais.five[2]!='0'&&AIVDM_data_ais.five[0]!='8'&&AIVDM_data_ais.five[1]!='8'&&AIVDM_data_ais.five[2]!='8')
		{
			printf("!AIVDM");
			printf(",");
			printf("%s",AIVDM_data_ais.first);
			printf(",");
			printf("%s",AIVDM_data_ais.second);
			printf(",");
			printf("%s",AIVDM_data_ais.third);
			printf(",");
			printf("%s",AIVDM_data_ais.four);
			printf(",");
			printf("%s",AIVDM_data_ais.five);
			printf(",");
			printf("%s\n",AIVDM_data_ais.six);
		}
		
		#endif

3.6 主函数

各个模块的功能已经实现了，接下来就可以根据图2.1编写主函数的程序，如下图所示。

 

/*主函数大循环*/
while(1)
	{
		delay_ms(1);
		if(USART2_RX_STA&0X8000)//接收到一次数据了
		{
			rxlen=USART2_RX_STA&0X7FFF;//得到数据长度
			for(i=0;i<rxlen;i++)
				GPS_REC_data[i]=USART2_RX_BUF[i];//将缓冲数据写入数组中
			USART2_RX_STA=0;//启动下一次接收
			GPSParse();//解析字符串
			send_data();//发送字符串
			
		}
			
		
	}

 

四、遇到的问题及解决方案

4.1 数据打印前一半打印正常，后一半没有数据或者是不正确的数据

原因：在前一次数据没有解析发送完，就来了第二次数据，由于接收是采用中断方式，所以会暂停解析发送转而去接收数据，这就导致了上一次的数据被新的数据冲刷掉了，冲刷后的结果无法预测，可能没有了，可能是别的。

解决方法：参考正点原子代码。定义接收状态标志变量USART3_RX_STA，将该变量看作一个16位的寄存器，其中0-14位代表串口接收数据的长度，第15位为1时代表不接收当前数据，为0代表接受当前数据，只有当定时器中断触发时即GPS一次连续的数据已经发送完毕时，手动给该位置1，此时不再接收下一次数据，当当前数据取出后即写给另外一个数组时该位再重新置1。具体代码见图3.2和3.7。

4.2  GPS接收没数据

原因：RS232转TTL的TTL输出端与PA2,PA3反接了。

解决方法：不用反接，RX接RX，TX接TX。

五、结果

六、工程下载连接

https://download.csdn.net/download/weixin_39954922/13218297

  • 七、参考文献
  1. http://training.eeworld.com.cn/video/18411
  2. https://blog.csdn.net/jickjiang/article/details/79086202
  3. https://blog.csdn.net/qq_33559992/article/details/52051689
  4. 感谢正点原子例程~

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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