【物聯網智能網關-06】GPS定位+星圖顯示（WinForm庫應用實例）

在2008上半年就曾經深入研究過GPS，當時還以為已經相對全面的了解GPS呢，現在重新拾起去研究GPS技術，發現還是差了一大截。最初以為GPS是單向通信，GPS模塊按照固定的時間間隔發送文本格式的GPS數據。現在才知道GPS不僅可以雙向通信，還可以以二進制格式收發數據，並且可以配置需要發送數據的種類和發送間隔，當然必要的時候，還可以用專門的工具，更新GPS模塊的固件。

最初了解GPS，是基於WINCE平台，為寫一本書而做，詳情請參見《實戰Windows Embedded CE 6.0—GPS篇》和《我的第一個WINCE驅動》。后來為了便於調試，又把程序移植到Windows Mobile手機上（采用.NET精簡框架集的Winform完成，本篇.NET MF界面代碼就是基於原先的這套代碼，稍作改進而來，而底層接收代碼，添加了校驗和更全的GPS命令解析），相關博文請參見《GPS NMEA0183協議解析》。 

現在重新研究GPS，是為物聯網網關系統封裝一個GPS庫，最初的時候，購買了幾個低價二手的GPS模塊，但是卻無法定位，在陽台附近無法定位也就算了，但是我直接到空曠的大操場也無法定位，並且沒有一個星的信號。所以后來只好又購買一個價錢較高，帶有源天線的GPS模塊。

這個帶外接天線的模塊果然不錯，信號強度蠻強，但是我在購買的時候犯了一個錯誤，選型的時候，選擇了“4800bps GPRMC數據包輸出，不帶PPS”，所以就只能輸出$GPRMC基本信息了，但是這樣星圖就無法顯示了。

由於技術支持不在線，所以只好先自己想辦法解決這個問題了。我想應該有兩種思路可以解決這個問題，一是更新固件。但是這種方法顯然需要技術支持來提供相應固件，如果自己找相關工具和固件進行燒寫，難免會出問題（后來問了技術支持才知道，還得飛一個線，進入燒寫模式才行）；二是配置信息輸出。這種方法最方便，問題是，掉電配置就丟失了，但是這個GPS板子帶紐扣電池，所以問題不大。

有了第二種思路，然后網上就進行搜索，果然功夫不負有心人，搜到了如下信息:

    NMEA信息輸出控制

$PSRF103,00,01,00,01*25<CR><LF>

格式說明(Set Serial Port Data Format)：

Name	Example	Unit	Description
Message ID	$PSRF103		PSRF103 protocol header
Msg	00		0：GGA 1：GLL 2：GSA 3：GSV 4：RMC 5：VTG 6：MSS (If internal beacon is supported) 7：Not defined 8：ZDA (if 1PPS output is supprttd) 9：Not defined
Mod	01		0 = Set Rate 1 = Query one time 2 = ABP On 3 = ABP Off
Rate	00		Output Rate： 0 = Off 1–255 = seconds between messages
CksumEnable	01		0=Disable Checksum 1=Enable Checksum
Checksum	*25
<CR><LF>			End of message termination
示例	關閉GGA： $PSRF103,00,00,01,01*25 設置GGA為5秒輸出一次： $PSRF103,00,00,05,01*21   關閉GSA： $PSRF103,02,00,00,01*26 設置GSA為5秒輸出一次： $PSRF103,02,00,05,01*23

         但是由於NMEA有校驗，所以還需要一個專門的工具來設置才行，所以又找到了SiRFLive軟件，這個軟件很不錯，可以方便的調試GPS模塊。也許是供電的問題，我這次在陽台測試我原先的GPS模塊，居然可以定位成功了。下圖便是該GPS模塊使用SiRFLive軟件進行測試的效果圖。

 

如果需要配置GPS，直接進入命令發送窗口即可，記得選擇NMEA協議。 

修改了相關配置，新購買的GPS果然可以輸出星圖信息了，在物聯網智能網關上的運行效果圖如下： 

 

GPS庫相關內容我這里就不細說了，文檔里面有詳細的說明。我這里說一下，在.NET Micro Framework平台，如何進行Winform界面開發（WinForm for .NET MF 功能一覽）。

本實例程序，GPS相關函數一旦執行，會自動把GPS模塊的相關參數賦值到GPS類的相關屬性中去。界面繪圖我們采用重載Form類的OnPaint方法，為了避免閃爍，我們還采用了在Windows編程中常見的技巧，就是重載OnPaintBackground方法，不去繪制背景。

   

      protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)

    {

        try

        {

            e.Graphics.Clear(Color.Gray);    //繪制背景

            //--------------------------

            //繪制信噪比圖

            DrawSNR(e.Graphics, new Rectangle(2, 240 - 80, 320 - 4, 80));

            //繪制星圖

            DrawSatellite(e.Graphics, new Rectangle(10, 60, 100, 100));

 

            //狀態

            e.Graphics.DrawString("狀態:" + (GPS.Online ? "已連接 " : "未連接 ") + (GPS.Manage.AnchorState == "A" ? "已定位" : "未定位"), font, sb, 5, 8);

 

            //坐標

            e.Graphics.DrawString("坐標:" + GPS.Manage.ToString("D"), font, sb, 5, 25);

            //pb_Graphics.DrawString("坐標:" + GPS.Manage.Latitude.ToString() + " " + NMEA.GPS.Longitude.ToString(), font, new SolidBrush(Color.White), 5, 25);

 

            //時間

            e.Graphics.DrawString("時間:" + GPS.Manage.UTCDateTime.ToString(), font, sb, 150, 25);

            //-------------------------------

            //衛星數

            e.Graphics.DrawString("衛星:" + GPS.Manage.SatelliteNum.ToString() + " 顆", font, sb, 130, 60);

            //定位狀態 0=未定位，1=GPS單點定位固定解，2=差分定位，3=無效PPS，4=RTK固定解，5=RTK浮點解，6=估計值，7=手工輸入模式，8=模擬模式

            e.Graphics.DrawString("狀態:" + strState[GPS.Manage.AnchorSStateEx], font, sb, 130, 75);

            //獲取定位模式（A=自動，M=手動）。

            e.Graphics.DrawString("模式:" + (GPS.Manage.AnchorMode == "A" ? "自動" : "手動"), font, sb, 130, 90);

            //定位類型（1=未定位，2=2D定位，3=3D定位）

            e.Graphics.DrawString("類型:" + strType[GPS.Manage.AnchorType], font, sb, 130, 105);

            //海拔

            e.Graphics.DrawString("海拔:" + GPS.Manage.Altitude.ToString("F2") + "(" + GPS.Manage.Height.ToString("F2") + ")", font, sb, 130, 120);

            //速度

            e.Graphics.DrawString("速度:" + GPS.Manage.KSpeed.ToString("F2"), font, sb, 130, 135);

            //方向

            e.Graphics.DrawString("方向:" + GPS.Manage.Track.ToString("F2"), font, sb, 130, 150);

            //信息

            Microsoft.SPOT.Debug.Print(GPS.ErrorMessage);

        }

        catch { }

    }

 

具體繪制繪制信噪比圖的代碼如下：

  

  private void DrawSNR(Graphics e, Rectangle rect)

    {

        Font font = new Font("Arial", 9, FontStyle.Regular);

        int FontHeight = 20;

        int SNRHeight = rect.Height - FontHeight;

        int SNRWidth = (rect.Width - FontHeight / 2) / 12;

 

        //繪制信噪比圖

        e.DrawLine(new Pen(Color.Gray), rect.Left, rect.Top, rect.Right, rect.Top);

        e.DrawLine(new Pen(Color.Gray), rect.Left, rect.Top + SNRHeight / 2, rect.Right, rect.Top + SNRHeight / 2);

        e.DrawLine(new Pen(Color.Gray), rect.Left, rect.Top + SNRHeight, rect.Right, rect.Top + SNRHeight);

 

        for (int i = 0; i < 12; i++)

        {

            string strPRN = GPS.Manage.Satellite[i].PRN.ToString();

            if (strPRN.Length == 1) strPRN = "0" + strPRN;

            int Height = (int)(GPS.Manage.Satellite[i].SNR * SNRHeight / 100);

            int font_h, font_w;

            font.Value.ComputeExtent(strPRN, out font_w, out font_h);

 

            //星號

            e.DrawString(strPRN, font, new SolidBrush(Color.White), (int)(rect.Left + FontHeight / 4 + SNRWidth * i), (int)(rect.Top + SNRHeight + 4));

 

            //信噪比

            e.FillRectangle(new SolidBrush(Color.Blue), new Rectangle(rect.Left + FontHeight / 4 + SNRWidth * i, rect.Top + SNRHeight - Height, font_w, Height));

        }

    }

繪制星圖的代碼如下：

private void DrawSatellite(Graphics e, Rectangle rect)

    {

        Font font = new Font("Arial", 9, FontStyle.Regular);

 

        int X = rect.Left + rect.Width / 2;

        int Y = rect.Top + rect.Height / 2;

        int Size = (rect.Width > rect.Height ? rect.Height : rect.Width);

        int R = (Size - 12 * 2) / 6;

        int r = 8;

 

        e.DrawLine(new Pen(Color.Red), X - R * 3 - 12, Y, X + R * 3 + 12, Y);

        e.DrawLine(new Pen(Color.Red), X, Y - R * 3 - 12, X, Y + R * 3 + 12);

 

        e.DrawEllipse(new Pen(Color.Blue), new Rectangle(X - R, Y - R, R * 2, R * 2));

        e.DrawEllipse(new Pen(Color.Blue), new Rectangle(X - R * 2, Y - R * 2, R * 4, R * 4));

        e.DrawEllipse(new Pen(Color.Blue), new Rectangle(X - R * 3, Y - R * 3, R * 6, R * 6));

        e.DrawString("N", font, new SolidBrush(Color.White), X + 2, Y - R * 3 - 10);

        e.DrawString("S", font, new SolidBrush(Color.White), X + 2, Y + R * 3 + 2);

        e.DrawString("W", font, new SolidBrush(Color.White), X - R * 3 - 10, Y + 2);

        e.DrawString("E", font, new SolidBrush(Color.White), X + R * 3 + 2, Y + 2);

 

        //繪制衛星位置

        int X0 = 0, Y0 = 0, L = 0;

        double A1 = 0, A2 = 0;

        StringFormat sFormat = new StringFormat();

        sFormat.Alignment = StringAlignment.Center;

        sFormat.LineAlignment = StringAlignment.Center;

 

        for (int i = 0; i < 12; i++)

        {

            if (GPS.Manage.Satellite[i].PRN > 0)

            {

                A1 = GPS.Manage.Satellite[i].Elevation * Math.PI / 180;

                A2 = GPS.Manage.Satellite[i].Azimuth * Math.PI / 180;

                L = (int)(Math.Cos(A1) * 3 * R);

                X0 = X + (int)(Math.Cos(Math.PI * 5 / 2 - A2) * L);

                Y0 = Y - (int)(Math.Sin(Math.PI * 5 / 2 - A2) * L);

                e.FillEllipse(new SolidBrush(Color.Blue), new Rectangle(X0 - r, Y0 - r, 2 * r, 2 * r));

                e.DrawString(GPS.Manage.Satellite[i].PRN.ToString(), font, new SolidBrush(Color.White), new Rectangle(X0 - r * 2, Y0 - r * 2, 4 * r, 4 * r), sFormat);

            }

        }

    }

從以上代碼可以看出，在.NET Micro Framework系統中開發WinForm程序，和上位機沒有什么區別，上面的代碼也基本上也可以在windows桌面.Net程序中直接可以使用。

  

下載地址：http://www.sky-walker.com.cn/MFRelease/library/V42/YFSoft.Hardware.GPS.rar

MF簡介：http://blog.csdn.net/yefanqiu/article/details/5711770

MF資料：http://www.sky-walker.com.cn/News.asp?Id=25