【物联网智能网关-06】GPS定位+星图显示（WinForm库应用实例）

在2008上半年就曾经深入研究过GPS，当时还以为已经相对全面的了解GPS呢，现在重新拾起去研究GPS技术，发现还是差了一大截。最初以为GPS是单向通信，GPS模块按照固定的时间间隔发送文本格式的GPS数据。现在才知道GPS不仅可以双向通信，还可以以二进制格式收发数据，并且可以配置需要发送数据的种类和发送间隔，当然必要的时候，还可以用专门的工具，更新GPS模块的固件。

最初了解GPS，是基于WINCE平台，为写一本书而做，详情请参见《实战Windows Embedded CE 6.0—GPS篇》和《我的第一个WINCE驱动》。后来为了便于调试，又把程序移植到Windows Mobile手机上（采用.NET精简框架集的Winform完成，本篇.NET MF界面代码就是基于原先的这套代码，稍作改进而来，而底层接收代码，添加了校验和更全的GPS命令解析），相关博文请参见《GPS NMEA0183协议解析》。



现在重新研究GPS，是为物联网网关系统封装一个GPS库，最初的时候，购买了几个低价二手的GPS模块，但是却无法定位，在阳台附近无法定位也就算了，但是我直接到空旷的大操场也无法定位，并且没有一个星的信号。所以后来只好又购买一个价钱较高，带有源天线的GPS模块。
这个带外接天线的模块果然不错，信号强度蛮强，但是我在购买的时候犯了一个错误，选型的时候，选择了“4800bps GPRMC数据包输出，不带PPS”，所以就只能输出$GPRMC基本信息了，但是这样星图就无法显示了。
由于技术支持不在线，所以只好先自己想办法解决这个问题了。我想应该有两种思路可以解决这个问题，一是更新固件。但是这种方法显然需要技术支持来提供相应固件，如果自己找相关工具和固件进行烧写，难免会出问题（后来问了技术支持才知道，还得飞一个线，进入烧写模式才行）；二是配置信息输出。这种方法最方便，问题是，掉电配置就丢失了，但是这个GPS板子带纽扣电池，所以问题不大。
有了第二种思路，然后网上就进行搜索，果然功夫不负有心人，搜到了如下信息:
NMEA信息输出控制
$PSRF103,00,01,00,01*25<CR><LF>
格式说明(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	关闭GGA： $PSRF103,00,00,01,01*25 设置GGA为5秒输出一次： $PSRF103,00,00,05,01*21 关闭GSA： $PSRF103,02,00,00,01*26 设置GSA为5秒输出一次： $PSRF103,02,00,05,01*23

但是由于NMEA有校验，所以还需要一个专门的工具来设置才行，所以又找到了SiRFLive软件，这个软件很不错，可以方便的调试GPS模块。也许是供电的问题，我这次在阳台测试我原先的GPS模块，居然可以定位成功了。下图便是该GPS模块使用SiRFLive软件进行测试的效果图。



如果需要配置GPS，直接进入命令发送窗口即可，记得选择NMEA协议。



修改了相关配置，新购买的GPS果然可以输出星图信息了，在物联网智能网关上的运行效果图如下：



GPS库相关内容我这里就不细说了，文档里面有详细的说明。我这里说一下，在.NET Micro Framework平台，如何进行Winform界面开发（WinForm for .NET MF 功能一览）。
本实例程序，GPS相关函数一旦执行，会自动把GPS模块的相关参数赋值到GPS类的相关属性中去。界面绘图我们采用重载Form类的OnPaint方法，为了避免闪烁，我们还采用了在Windows编程中常见的技巧，就是重载OnPaintBackground方法，不去绘制背景。

protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)      {          try          {              e.Graphics.Clear(Color.Gray);    //绘制背景              //--------------------------              //绘制信噪比图
DrawSNR(e.Graphics, new Rectangle(2, 240 - 80, 320 - 4, 80));              //绘制星图
DrawSatellite(e.Graphics, new Rectangle(10, 60, 100, 100));                 //状态
e.Graphics.DrawString("状态:" + (GPS.Online ? "已连接 " : "未连接 ") + (GPS.Manage.AnchorState == "A" ? "已定位" : "未定位"), font, sb, 5, 8);                 //坐标
e.Graphics.DrawString("坐标:" + GPS.Manage.ToString("D"), font, sb, 5, 25);              //pb_Graphics.DrawString("坐标:" + GPS.Manage.Latitude.ToString() + " " + NMEA.GPS.Longitude.ToString(), font, new SolidBrush(Color.White), 5, 25);                 //时间
e.Graphics.DrawString("时间:" + GPS.Manage.UTCDateTime.ToString(), font, sb, 150, 25);              //-------------------------------              //卫星数
e.Graphics.DrawString("卫星:" + GPS.Manage.SatelliteNum.ToString() + " 颗", font, sb, 130, 60);              //定位状态 0=未定位，1=GPS单点定位固定解，2=差分定位，3=无效PPS，4=RTK固定解，5=RTK浮点解，6=估计值，7=手工输入模式，8=模拟模式
e.Graphics.DrawString("状态:" + strState[GPS.Manage.AnchorSStateEx], font, sb, 130, 75);              //获取定位模式（A=自动，M=手动）。
e.Graphics.DrawString("模式:" + (GPS.Manage.AnchorMode == "A" ? "自动" : "手动"), font, sb, 130, 90);              //定位类型（1=未定位，2=2D定位，3=3D定位）
e.Graphics.DrawString("类型:" + 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 { }      }

具体绘制绘制信噪比图的代码如下：

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;             //绘制信噪比图
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);                 //星号
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));          }      }

绘制星图的代码如下：

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);             //绘制卫星位置

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);              }          }      }

从以上代码可以看出，在.NET Micro Framework系统中开发WinForm程序，和上位机没有什么区别，上面的代码也基本上也可以在windows桌面.Net程序中直接可以使用。

下载地址：http://www.sky-walker.com.cn/MFRelease/library/V42/YFSoft.Hardware.GPS.rar
MF简介：http://blog.csdn.net/yefanqiu/article/details/5711770
MF资料：http://www.sky-walker.com.cn/News.asp?Id=25