【STM32Cube_23】使用USART接收GPS数据并解析(L80-R)

本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的 USART 外设，接收 GPS 模块的数据并解析。

1. 准备工作

硬件准备

• 开发板
  首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）：

• GPS模块（L80-R）
  Quectel L80-R 是一款集成了贴片天线的紧凑型GPS模块，非常适合在物联网设备中使用，尤其适合在车载、个人跟踪、工业PDA及各种手持式设备中使用：

GPS模块的原理图如下：

软件准备

• 需要安装好Keil - MDK及芯片对应的包，以便编译和下载生成的代码；

• 准备一个串口调试助手，这里我使用的是Serial Port Utility；

2.生成MDK工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：

搜索并选中芯片STM32L431RCT6:

配置时钟源

• 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；

• 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；

这里我都使用外部时钟：

配置GPS使能引脚

小熊派开发板设置了一个使能引脚，用于控制GPS模块的电源：

所以要配置这个使能引脚（PC9）：

配置调试串口

小熊派开发板板载ST-Link并且虚拟了一个串口，原理图如下：

这里我将开关拨到AT-MCU模式，使PC的串口与USART1之间连接。

接下来开始配置USART1：

配置GPS模块通信串口

GPS模块与USART3串口相连接，接下来开始配置USART3，波特率9600：

NVIC配置

配置 USART3 的中断优先级，首先选择一个中断优先级分组：

然后设置优先级：

配置时钟树

STM32L4的最高主频到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：

生成工程设置

代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件：

生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

3. 在MDK中编写、编译、下载用户代码

重定向printf( )函数

参考：【STM32Cube_09】重定向printf函数到串口输出的多种方法。

转发GPS模块的数据

GPS 使能后不断的接收信号定位，并输出数据，但是 GPS 模块与 USART3 连接，无法直接查看输出的数据，何谈解析，所以先将 USART3 接收到的数据使用 USART1 发送，在电脑上使用串口助手查看，如果对于USART的中断接收方式还不明白，可以查看这篇文章：【STM32Cube_07】使用USART发送和接收数据（中断模式）。

首先在 main.c 中实现 USART3 接收中断的回调函数：

/* USER CODE BEGIN 4 */
/* 中断回调函数 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
static uint8_t ch;
/* 判断是哪个串口触发的中断 */
if(huart ->Instance == USART3)
{
//将接收到的数据发送
HAL_UART_Transmit(&huart1, &ch, 1, 0Xffff);
//重新使能串口接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart3, &ch, 1);
}
}
/* USER CODE END 4 */

然后修改main函数如下：

int main(void)
{
HAL_Init();

SystemClock_Config();

/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_USART3_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */

/* 使能USART3接收中断 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart3, (uint8_t*)gps_uart, 1);

/* 使能GPS模块 */
printf("L80-R GPS Module test...rn");
HAL_GPIO_WritePin(GPS_EN_GPIO_Port,GPS_EN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
printf("GPE Enable ok.rn");

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}

编译下载，可以在串口助手上看到输出的数据：

刚上电时蓝色的LED灯保持常亮状态，表示未定位成功，数据如下：

定位成功后蓝色的LED开始闪烁，数据如下：

解析GPS的数据

将GPS数据转发取消，删除USART3添加的中断函数：

接下来开辟一块缓冲区，来存放接收的GPS数据，并且定义GPS数据结构体，用来存放解析GPS数据得到的经纬度信息：

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/***************************************************

*GPS NMEA-0183协议重要参数结构体定义

*卫星信息

***************************************************/

__packed typedef struct

{

uint32_t latitude_bd; //纬度 分扩大100000倍，实际要除以100000

uint8_t nshemi_bd; //北纬/南纬,N:北纬;S:南纬

uint32_t longitude_bd; //经度 分扩大100000倍,实际要除以100000

uint8_t ewhemi_bd; //东经/西经,E:东经;W:西经

}gps_msg;

/* E53_ST1传感器数据类型定义 ------------------------------------------------------------*/

typedef struct

{

float Longitude; //经度

float Latitude; //纬度

} E53_ST1_Data_TypeDef;

gps_msg gpsmsg;

static unsigned char gps_uart[1000];

E53_ST1_Data_TypeDef E53_ST1_Data;

/* USER CODE END PV */

然后编写解析GPS数据的函数，先要在开头加上头文件支持：

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN Includes */

#include

#include

/* USER CODE END Includes */

开始编写解析GPS数据所使用的函数：

/* USER CODE BEGIN 4 */

/***************************************************

* 函数名称: NMEA_Comma_Pos

* 函数功能：从buf里面得到第cx个逗号所在的位置

* 输入值：

* 返回值：0~0xFE，代表逗号所在位置的便宜

* 0xFF，代表不存在第cx个逗号

***************************************************/

uint8_t NMEA_Comma_Pos(uint8_t *buf,uint8_t cx)

{

uint8_t *p = buf;

while(cx)

{

if(*buf=='*'||*buf<' '||*buf>'z')return 0xFF;

if(*buf==',')cx--;

buf++;

}

return buf-p;

}

/***************************************************

* 函数名称: NMEA_Pow

* 函数功能：返回m的n次方值

* 输入值：底数m和指数n

* 返回值：m^n

***************************************************/

uint32_t NMEA_Pow(uint8_t m,uint8_t n)

{

uint32_t result = 1;

while(n--)result *= m;

return result;

}

/***************************************************

* 函数名称: NMEA_Str2num

* 函数功能：str数字转换为（int）数字，以','或者'*'结束

* 输入值：buf，数字存储区

* dx，小数点位数，返回给调用函数

* 返回值：转换后的数值

***************************************************/

int NMEA_Str2num(uint8_t *buf,uint8_t*dx)

{

uint8_t *p = buf;

uint32_t ires = 0,fres = 0;

uint8_t ilen = 0,flen = 0,i;

uint8_t mask = 0;

int res;

while(1)

{

if(*p=='-'){mask |= 0x02;p++;}//说明有负数

if(*p==','||*p=='*')break;//遇到结束符

if(*p=='.'){mask |= 0x01;p++;}//遇到小数点

else if(*p>'9'||(*p<'0'))//数字不在0和9之内，说明有非法字符

{

ilen = 0;

flen = 0;

break;

}

if(mask&0x01)flen++;//小数点的位数

else ilen++;//str长度加一

p++;//下一个字符

}

if(mask&0x02)buf++;//移到下一位，除去负号

for(i=0;i{

ires += NMEA_Pow(10,ilen-1-i)*(buf[i]-'0');

}

if(flen>5)flen=5;//最多取五位小数

*dx = flen;

for(i=0;i{

fres +=NMEA_Pow(10,flen-1-i)*(buf[ilen+1+i]-'0');

}

res = ires*NMEA_Pow(10,flen)+fres;

if(mask&0x02)res = -res;

return res;

}

/***************************************************

* 函数名称: NMEA_BDS_GPRMC_Analysis

* 函数功能：解析GPRMC信息

* 输入值：gpsx,NMEA信息结构体

* buf：接收到的GPS数据缓冲区首地址

***************************************************/

void NMEA_BDS_GPRMC_Analysis(gps_msg *gpsmsg,uint8_t *buf)

{

uint8_t *p4,dx;

uint8_t posx;

uint32_t temp;

float rs;

p4=(uint8_t*)strstr((const char *)buf,"$GPRMC");//"$GPRMC",经常有&和GPRMC分开的情况,故只判断GPRMC.

posx=NMEA_Comma_Pos(p4,3); //得到纬度

if(posx!=0XFF)

{

temp=NMEA_Str2num(p4+posx,&dx);

gpsmsg->latitude_bd=temp/NMEA_Pow(10,dx+2); //得到°

rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2); //得到'

gpsmsg->latitude_bd=gpsmsg->latitude_bd*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))/60;//转换为°

}

posx=NMEA_Comma_Pos(p4,4); //南纬还是北纬

if(posx!=0XFF)gpsmsg->nshemi_bd=*(p4+posx);

posx=NMEA_Comma_Pos(p4,5); //得到经度

if(posx!=0XFF)

{

temp=NMEA_Str2num(p4+posx,&dx);

gpsmsg->longitude_bd=temp/NMEA_Pow(10,dx+2); //得到°

rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2); //得到'

gpsmsg->longitude_bd=gpsmsg->longitude_bd*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))/60;//转换为°

}

posx=NMEA_Comma_Pos(p4,6); //东经还是西经

if(posx!=0XFF)gpsmsg->ewhemi_bd=*(p4+posx);

}

/* USER CODE END 4 */

最后编写使用中断方式接收数据到缓冲区，然后调用GPS数据解析函数的函数：

void E53_ST1_Read_Data(void)

{

/* 使用中断方式接收一次数据 */

HAL_UART_Receive_IT(&huart3,gps_uart,1000);

/* 分析缓冲区的字符串，解析GPS数据 */

NMEA_BDS_GPRMC_Analysis(&gpsmsg,(uint8_t*)gps_uart);

/* 将解析到的经纬度数据存放到结构体中，便于其他函数使用 */

E53_ST1_Data.Longitude=(float)((float)gpsmsg.longitude_bd/100000);

E53_ST1_Data.Latitude=(float)((float)gpsmsg.latitude_bd/100000);

}

当然，别忘了在 main 函数之前声明这些函数：

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN 0 */

uint8_t NMEA_Comma_Pos(uint8_t *buf,uint8_t cx);

uint32_t NMEA_Pow(uint8_t m,uint8_t n);

int NMEA_Str2num(uint8_t *buf,uint8_t*dx);

void NMEA_BDS_GPRMC_Analysis(gps_msg *gpsmsg,uint8_t *buf);

void E53_ST1_Read_Data(void);

/* USER CODE END 0 */

大功告成，在main函数中调用：

int main(void)

{

HAL_Init();

SystemClock_Config();

/* Initialize all configured peripherals */

MX_GPIO_Init();

MX_USART1_UART_Init();

MX_USART3_UART_Init();

/* USER CODE BEGIN 2 */

HAL_UART_Receive_IT(&huart3, (uint8_t*)gps_uart, 1);

printf("L80-R GPS Module test...rn");

/* 使能GPS模块 */

HAL_GPIO_WritePin(GPS_EN_GPIO_Port,GPS_EN_Pin, GPIO_PIN_RESET);

printf("GPE Enable ok.rn");

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */

/* USER CODE BEGIN WHILE */

while (1)

{

/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */

E53_ST1_Read_Data();

printf("Longitude: %f, Latitude: %f.rn", E53_ST1_Data.Longitude, E53_ST1_Data.Latitude);

HAL_Delay(2000);

}

/* USER CODE END 3 */

}

实验现象

编译下载后，尽量将小熊派开发板放在窗户边，等待定位成功，串口输出数据如下：

定位成功后，定位数据如下：

查看定位

有了GPS定位数据之后，可以在地图上查看具体的位置，也可以上传到华为云IoT平台查看，这里我使用 GPS经纬度查询工具进行查看：

工具链接：http://www.gpsspg.com/maps.htm