ＧＰＳ外場數據與電腦的數據通訊

摘要：該文介紹了GPS的數據采集格式和在Windows環境下，用VC++6.0開發基于Windows消息機制的多線程的GPS應用程序，并簡要給出了說明實例。

關鍵詞：GPS；數據格式；串行通信；多線程

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)35-2143-02

GPS的中文簡要含義是“全球定位系統”，是英文Navigation Satellite Timing andRanging/Global Postioning System的縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱，是在美國聯合計劃局領導下誕生的方案，成為繼阿波羅登月計劃之后的第三項龐大空間計劃。它從根本上解決了人類在地球上的導航和定位問題。

對于用戶來說，最重要的關鍵設備就是用戶接收機(GPS接收機)。很多情況下，用戶都是用計算機和GPS接收機通信，將GPS信息導入計算機然后再處理。而VC由于其在和GPS接收機的通信及后面的數據處理應用方面的強大威力，成為許多用戶開發GPS應用程序的首選開發語言。該文將介紹利用VC編寫計算機與GPS接收機的通信和Windows消息的傳遞

及多線程的GPS應用程序。

1 GPS用戶端的數據錄取及數據輸出格式

GPS數據傳送分為同步串行傳送和異步串行傳送。在計算機與GPS通訊進行數據傳送時，都采用異步串行傳送方式。GPS作為數據終端設備(DTE)與計算機(DCE)之間利用D型RS 232C電纜接口進行數據交換。從數據輸出形式來看，GPS的輸出分為兩類：二進制碼與十進制ASCII碼。

二進制碼是用0和1表示的編碼。此種編碼雖然不直觀，但運算方便，在計算機中應用非常普遍。目前通用的字長為8位，可用兩位16進制數表示。在編碼時，一個二進制數由小數點向左，每4位一分，不足4位前面補0，組成整數部分。由小數點向右，每4位一分，不足4位前面補0，組成小數部分。輸出/輸入二進制數據流的格式是低字節/高字節排列，每一個字節的輸出次序是從最低有效位到最高有效位。GPS的原始觀測量、星歷以及其他數據都采用了二進制編碼。為了滿足異步串行通訊的要求，每一組數據須包含三個部分：字頭塊、數據塊和結束符。字頭塊包括電文的標志和語句名。數據塊包括電文中的全部數據。結束符包括校驗和與回車換行。各種GPS接收機的數據格式在總體結構上相同，但具體采用的符號、內容、字長等各不相同。因此，在編寫軟件之前，需知道此數據的具體結構。另外，在編寫軟件時，為了確保數據的傳送和采集質量，必須進行校驗和檢驗。

十進制碼比較直觀，易于識別和應用。GPS的統一標準格式NMEA 0183輸出就采用ASCII碼。其格式定義如下:

比特率：4 800 b/s；數據位：8 b；奇偶校驗：無；開始位：1 b；停止位：1 b

2 基本串行通訊協議程序

2.1 初始化程序段

HANDLEm_ hComm;

m_ hComm = CreateFile (m_ sFileName， GENERIC_

READ| GENERIC_ WRITE，0，NULL，OPEN _EXISTING，

FILE_ ATTRIBUTE_ NORMAL，NULL);

（m sFileName一般取“com1”或“com2”，其他參數請參考MSDN，由于篇幅關系，這里不作詳細介紹。）

BOOL SetupComm (HANDLE hFile， DWORD dwIn_Queue，DWORD dwOutQueue);

HFile取上面創建的串行通信句柄，dwInQueue，dwOutQueue分別是輸入緩存和輸出緩存的大小，一般取1000即可。

2.2 設置串行通訊環境

DCB dcb; SetCommState(m_ hComm，dcb);

DCB是串行通信設備的控制字，對GPS來說，要設置比特率、數據位、奇偶校驗、開始位、停止位、還要設置RTS、DTR等串行通信協議。

2.3 設置串行通訊時限

COMMTIMEOUTS commtimeouts; SetCommTimeouts(m_ hComm，commtimeouts);

COMMTIMEOUTS是一個結構，讀和寫的間隔字符的時間和總共的時間，單位是毫秒。通過上面的設置，就可以進行串口的讀和寫。

2.4 讀、寫串口程序

讀語句：DWORD iLength; void* pBuffer; DWORD pReadFact; ReadFile (m_ hComm， pBuffer， iLength， pReadFact，NULL);

讀到的數據放在內存pBuffer里，pBuffer要先申請好內存空間，iLength為需要讀的數據長度，pReadFact存放實際讀的數據長度。

寫語句：

DWORD iLength; void * pBuffer; DWORD pReadFact; WriteFile ( hComm， pBuffer， iLength， pWriteFact，NULL);

要寫的數據放在內存pBuffer里，iLength為需要寫的數據長度，pReadFact存放實際寫的數據長度。

3 通訊程序中的多線程語句及Windows消息傳遞

相對于GPS數據處理，計算機和GPS的通信要慢得多，而且和GPS的通信還有可能要阻塞，有時計算機還需要和多臺GPS通信，所以如果應用程序寫成單線程的話，是很不理想的選擇。

寫多線程的程序主要是給GPS通信的讀和寫分別開一個線程。開線程的API如下:

HANDLE CreateThread(LPSECURITY _ATTRIBUTES

lpThreadAttributes， DWORD wStackSize， LPTHREAD_

STAR_T ROUTINE lpStartAddress，LPVOID lpParameter，

DWORD dwCreationFlags，LPDWORD lpThreadid);

由于篇幅關系，具體參數含義請參見MSDN。

在寫多線程程序時，一定要仔細考慮須傳遞的參數結構。還有，在寫多線程程序時還要考慮線程的同步問題，這主要通過下面的API來解決;

DWORD WaitForSingleObject ( HANDLE hHandle，DWORD dwMilliseconds);

HHandle是需要同步的對象的句柄，本程序中取m hComm，即串口句柄。DwMilliseconds是等待的時間，一般取INFINITE，即無限等待。

此外，由于是多線程程序，當計算機和一個GPS通信完成時，必須要通知GPS數據處理線程，現在可以處理數據了。然后通信線程繼續和GPS通信，數據處理線程開始處理數據。

通信線程和數據處理線程之間的通信就是采用Windows的消息機制。發送消息的API如下:

BOOL PostMessage ( HWND hWnd， UINT Msg，WPARAM wParam，LPAPAM IParam);

HWnd是數據處理線程的窗口句柄。Msg是自定義的消息標識，比如接收成功(WM RECEIVEK)等等。wParam和LParam是需要傳遞的消息參數，比如可以將接收到的數據傳遞給數據處理線程等等。

4 結束語

在實際工作中，我們一般采用以下幾個步奏，外場數據采集，數據回送（其中包含遠程光纜數據傳輸和人工回送），之后通過D型RS-232C接口的連接，完成本文采用的——GPS接收機和計算機之間的的數據通訊，從而實現數據傳遞以及相關的數據處理。雖然GPS接收機有不同的具體數據格式，但是應用本文所論述的技術，依然可以編寫出一個實用的GPS應用程序。目前這個方法，用在實際工作中經驗證，數據傳輸不存在誤碼，穩妥可靠。

參考文獻：

[1] 王廣運，郭秉義，李洪濤.差分定位技術與應用[M]，北京:電子工業出版社，1998.

[2] 周明德.微型計算機系統原理及應用[M].北京:清華大學出版社，1998.