GPS的NMEA数据格式解析及GPS/北斗双模模块TD3020C介绍

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May 22, 2020

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2020-05-22-GPS-NMEA-td3030c

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NMEA数据格式

NEMA-0183是GPS接收机应该遵守的标准协议，也是当前世界上GPS接收机上使用最广泛的协议，绝大多数的GPS接收机，包括北斗模块在内都遵守或者至少兼容这个协议。

NMEA语句的标准格式定义如下：

$<语句类型标识>，<数据字段>，<数据字段>，......，<数据字段>*<校验和>[CR][LF]

语句类型标识由两部分组成：语句标识符+语句格式符；

北斗和GPS使用不同的语句标识符符，北斗的语句标识符是BD，GPS的则是GP；
后面的语句格式符是通用的，例如都使用GGA表示位置信息，VTG表示地面速度信息。

每种不同的NEMA语句包含有多个独立的定义不同的数据字段，各个数据字段使用逗号分割开；

<校验和>的计算是从$到*之间的所有字符；

CR和LF则是标准的回车换行符。

在应用中，无论是使用标准的GPS模块还是国内的北斗模块，模块本身输出的定位等信息的格式和协议基本上都是遵循NEMA-0183标准（只是语句的标识符稍有差异）：

而在硬件方面，基本上大部分GPS和北斗模块以及双模模块都采用标准的串口输出这些NEMA语句，因此无论在硬件层面还是软件层面，都可以很方便做到兼容和替换。

常用的NMEA-0183语句

NMEA-0183协议定义的语句非常多，但是常用的兼容性最广的语句主要有：

$GPGGA：定位信息

$GPGSA：当前卫星信息

$GPGSV：可见卫星信息

$GPRMC：推荐定位信息数据格式

$GPVTG：地面速度信息

$GPGLL：地理定位信息

对于我们在应用中使用GPS或者北斗模块而言，主要使用到其提供的以下功能：

定位的经纬度信息；

速度及运动方向信息；

海拔高度；

校时；

因此对于我们的应用而言，只需要关注和解析定位模块输出的以下语句即可：

GGA：经纬度，GPS状态，可用卫星数量，海拔高度；

RMC：经纬度，UTC时间（精确到ms），磁偏角；

VTG：速度及其方向；

以下链接是一个NEMA数据的解析库，可以在应用中尝试直接使用这个库来实现对所需要信息的解析处理，避免重复造轮子：

http://nmea.sourceforge.net/#downloads

GPRMC/BDRMC

RMC数据帧的结构及其各个字段的定义如下：

$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）

*: 语句结束标志符

hh：从$开始到*之间的所有ASCII码的异或校验

[CR] 回车符，结束标记

[LF] 换行符，结束标记

RMC语句中包含的重要信息有：UTC时间，经纬度，定位状态，速度（以节为单位，需要自行换算为km/h）及其方向，磁偏角等；

可以看到，RMC语句中基本上包含了我们所关注的绝大多数常用信息；

如果需要获取以km/h为单位的速度信息，可以解析GPVTG语句，该语句中同时包含有以节为单位和以km/h为单位的速度信息；

GPGGA/BDGGA

GGA数据帧的结构及其各个字段的定义如下：

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>

$GPGGA：起始引导符及语句格式说明，如果是北斗模块的话就是BDGGA；

<1> UTC时间，格式为hhmmss.sss；

<2> 纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；

<3> 纬度半球，N或S(北纬或南纬)

<4> 经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；

<5> 经度半球，E或W(东经或西经)

<6> GPS状态， 0初始化， 1单点定位， 2码差分， 3无效PPS， 4固定解， 5浮点解， 6正在估算 7，人工输入固定值， 8模拟模式， 9WAAS差分

<7> 使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)

<8> HDOP-水平精度因子，0.5到99.9，一般认为HDOP越小，质量越好。

<9> 海拔高度，-9999.9到9999.9米

M 指海拔单位为米

<10> 大地水准面高度异常差值，-9999.9到9999.9米

M 指单位米

<11> 差分GPS数据期限(RTCM SC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量，如不是差分定位则为空

<12> 差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。

*：语句结束标志符

xx 从$开始到*之间的所有ASCII码的异或校验

[CR] 回车符，结束标记

[LF] 换行符，结束标记

GGA语句中比较重要的信息就是：经纬度，GPS状态，当前使用的卫星数量，海拔高度；

定位模块NMEA数据解析的小结

从以上整理的数据可以看出来，GPGGA和GPRMC均包含有经纬度等定位信息，那我们在应用中应该用哪一个呢？其实，GPGGA是GPS定位信息，而GPRMC是推荐定位信息，所以用GPRMC会比较准确。

考虑到我们普通应用中需要从定位模块中获取的信息类型，基本上我们要用到的大部分信息在GPRMC语句中都已经包含了，所以只需要对GPRMC语句进行解析就可以了。

GPS/北斗双模模块TD3020C的使用介绍

TD3020C是东莞市泰斗微电子推出的一款GPS和北斗二代双模导航定位模块，模块尺寸22.4mm x 17mm x 2.0mm，采样28pin邮票孔封装，与主流的GPS模块（例如UBlox的LEA-5/6系列）在硬件上做到pin to pin兼容。

典型应用的走线图如下所示：

主要包含的接口如下：

电源接口；

天线接口：GPS和北斗共用同一个外置有源天线接口；

休眠模式控制接口

模块通过外部休眠模式引脚控制进入休眠状态，功耗可降至5mA以下；

两组UART接口

串口1（TXD1/RXD1），在UTC秒边界输出NMEA数据，也可以通过这个串口控制模块的工作模式、输出波特率等；该串口默认波特率为9600；
串口2（TXD2/RXD2），备用串口，用于输出自定义格式的数据，也可以用于对模块进行软件升级。

GPIO接口

包含3个GPIO接口，可以根据用户需求定义这些GPIO接口的功能。

TD3020C在正常工作中除了能够按照NEMA标准输出经纬度等信息以外，还可以通过UART1来控制模块的定位模式、波特率等运行参数。

定位模式的切换指令：可以支持GPS和北斗的独立工作模式和混合工作模式；

波特率设置指令：设置串口输出的波特率；

GPS/北斗模块NMEA信息输出更新率设置指令：