1. NMEA0183通信协议
NMEA是National Marine Electronics Association（美国国家海事电子协会）的缩写。该协会是一家专门从事海洋电子设备方面研究的民间机构，它制定了关于GPS（全球定位系统）电子设备之间的通信接口和协议的NMEA标准。
NMEA-0183协议是目前GPS接收机上使用最广泛的协议，大多数常见的GPS接收机、GPS数据处理软件、导航软件都遵守或者至少兼容这个协议。
1.1电器特性
Baud Rate：4800bps Data Bits：8(d7=0) Parity：None
Stop Bits：One(or more)
1.2协议
1.2.1语法格式
NMEA 0183的信息格式一般如下所示： $aaaaa,df1,df2,....[CR][LF]
所有的信息由$开始，以换行结束，紧跟着$后的五个字符解释了信息的基本类型，多个参数之间用逗号隔开。
1.2.2协议类型
NMEA 0183中有以下三种基本的协议类型： a) 信息源 b) 查询 c) 属性
1) 信息源
标准格式为： $ttsss,df1,df2,....[CR][LF]
在紧随$后的两个字符用来识别作为信息内容识别码的后3个字符，信息识别码定义了保留的数据区，在NMEA 0183标准下，每个类型的数据区的信息内容是符合标准的。
例如： $HCHDM,238,M[CR][LF]
标明“HC”说明信息源作为一个磁性的罗盘，“HDM” 指明以下是磁性的船首向航向，238是船首向航向的值，M指明船首向航向的值是磁性的。
2) 查询
标准格式为： $ttllQ,sss,[CR][LF]
配电线路在线监测装置软件设计方案
头两个字符做为请求者的信息源的识别码，后两个字符作为被查询的设备的信息识别，最后一个字符说明这是一个查询信息。紧跟着的字段（sss）包含了三个字的被查询内容的记忆信息。
查询意味着接受端需要从信息源那里得到一个有规律的内容，例如，我们可以发一个信息给GPS接受器请求传送一个“DISTANCE-TO-WAYPOINT”的信息，得到响应后，GPS接受器会发送请求的内容，直到接到别的请求。
例如： $CCGPQ,GGA[CR][LF]
说明“CC”这个设备(计算机)正从 “GP”这个设备(GPS)查询GGA的内容。GPS将每隔一秒传送这个内容，直到有别的查询请求。
3) 属性
这对厂商来说是一种使用没有在标准下预定义的特殊内容的方法。它通常的格式为： $PmmmA,df1,df2,...,[CR][LF]
P说明是属性内容，mmm定义为厂商信息代码，A(A-Z)标明信息类型。
NMEA-0183协议定义的语句非常多，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。
1.2.3协议语法
1) Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh
<2> 纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输） <3> 纬度半球N（北半球）或S（南半球）
<4> 经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输） <5> 经度半球E（东经）或W（西经）
<6> GPS状态：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算 <7> 正在使用解算位置的卫星数量（00~12）（前面的0也将被传输） <8> HDOP水平精度因子（0.5~99.9） <9> 海拔高度（-9999.9~99999.9） <10> 地球椭球面相对大地水准面的高度
<11> 差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空 <12> 差分站ID号0000~1023（前面的0也将被传输，如果不是差分定位将为空）
2) GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息
$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh
<2> 定位类型，1=没有定位，2=2D定位，3=3D定位
<3> PRN码（伪随机噪声码），正在用于解算位置的卫星号（01~32，前面的0也将被传输）。 <4> PDOP位置精度因子（0.5~99.9）
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<5> HDOP水平精度因子（0.5~99.9） <6> VDOP垂直精度因子（0.5~99.9）
3) GPS Satellites in View（GSV）可见卫星信息
$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,…<4>,<5>,<6>,<7>*hh
<3> 可见卫星的总数（00~12，前面的0也将被传输）
<4> PRN码（伪随机噪声码）（01~32，前面的0也将被传输） <5> 卫星仰角（00~90度，前面的0也将被传输） <6> 卫星方位角（000~359度，前面的0也将被传输）
<7> 信噪比（00~99dB，没有跟踪到卫星时为空，前面的0也将被传输）
注：<4>,<5>,<6>,<7>信息将按照每颗卫星进行循环显示，每条GSV语句最多可以显示4颗卫星的信息。其他卫星信息将在下一序列的NMEA0183语句中输出。
4) Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐定位信息
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh
<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）
5) Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息
$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh
<1> 以真北为参考基准的地面航向（000~359度，前面的0也将被传输） <2> 以磁北为参考基准的地面航向（000~359度，前面的0也将被传输） <3> 地面速率（000.0~999.9节，前面的0也将被传输）
<4> 地面速率（0000.0~1851.8公里/小时，前面的0也将被传输）
<5> 模式指示（仅NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）
6) Geographic Position（GLL）定位地理信息
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$GPGLL,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>*hh
<3> 经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输） <4> 经度半球E（东经）或W（西经） <5> UTC时间，hhmmss（时分秒）格式 <6> 定位状态，A=有效定位，V=无效定位
<7> 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）
1.3nmealib
nmealib是一个基于C语言的用于nmea协议的开源库。虽然nmea体积小巧，但是却具备了不少功能。
分析NMEA语句并把结果保存在合适的C语言结构体中。 除了解析NMEA语句之外，还可以产生NMEA语句。
支持多种NMEA语句，包括GPGGA, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG。 解析算法层次严谨。
1.3.1目录介绍
nmealib的目录还是非常清晰的，下面简单介绍一下。 include\\nmealib文件夹中存在nmealib相关的头文件 src文件夹存放nmealib相关源文件，该文件夹中的内容和include\\nmealib文件夹相对应
samples文件夹存放若干例子，一些简单易懂的例子。
1.3.2代码示例
1. #include
5. int main() 6. {
7. // 被测试的GPS模块输出数据，仅有GPRMC格式
8. char gps_str[] = \; 9.
10. nmeaINFO info; // nmea协议解析结果结构体 11. nmeaPARSER parser; // nmea协议解析载体 12.
13. nmea_zero_INFO(&info); // 填入默认的解析结果 14. nmea_parser_init(&parser); // 为解析载体分配内存空间 15.
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16. // 调用函数完成GPS信息解析，最终结果保留于info数组中
17. if( (nmea_parse(&parser, gps_str, (int)strlen(gps_str), &info)) > 0 ) 18. {
19. printf(\,info.lon); 20. printf(\,info.lat); 21. printf(\,info.speed); 22. } 23.
24. nmea_parser_destroy(&parser); // 释放解析载体的内存空间 25.
26. return 0; 27. }
利用nmealib解析GPS模块的输出结果大致可以分为三步，第一步定义和初始化GPS信息结构体和解析载体结构体，第二步调用nmea_parse函数完成解析工作，第三步释放解析载体所占用的内存空间。如果仔细查看nmea_parser_init部分的代码，便会发现函数中使用了C标准库的malloc函数，该函数会在RAM中的heap空间开辟一个空间，这就需要使用完该载体之后立刻释放，所以nmea_parser_init和nmea_parser_destroy需要成对出现。
1. typedef struct _nmeaINFO 2. {
3. int smask; /**< Mask specifying types of packages from which data have been obtained */ 4.
5. nmeaTIME utc; /**< UTC of position */ 6.
7. int sig; /**< GPS quality indicator (0 = Invalid; 1 = Fix; 2 = Differential, 3 = Sensit
ive) */
8. int fix; /**< Operating mode, used for navigation (1 = Fix not available; 2 = 2D; 3 = 3
D) */ 9.
10. double PDOP; /**< Position Dilution Of Precision */ 11. double HDOP; /**< Horizontal Dilution Of Precision */ 12. double VDOP; /**< Vertical Dilution Of Precision */ 13.
14. double lat; /**< Latitude in NDEG - +/-[degree][min].[sec/60] */ 15. double lon; /**< Longitude in NDEG - +/-[degree][min].[sec/60] */
16. double elv; /**< Antenna altitude above/below mean sea level (geoid) in meters */ 17. double speed; /**< Speed over the ground in kilometers/hour */ 18. double direction; /**< Track angle in degrees True */
19. double declination; /**< Magnetic variation degrees (Easterly var. subtracts from true course) */
20.
21. nmeaSATINFO satinfo; /**< Satellites information */ 22.
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23. } nmeaINFO;
nmeaINFO是一个很关键的结构体，该结构体中保存了nmea语句解析的结果。例如lat代表纬度，lon代表精度，speed代表速度。需要注意的是lat和lon的数值格式和百度地图的格式是有区别，而速度的单位为KM/H，相对于“节”这个单位，公里每小时要好理解的多。
GPS模块可以输出的内容很多，但是最基本的信息可通过GPRMC获得。GPRMC的具体格式如下内容所示：
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh <1> UTC时间，hhmmss.sss(时分秒.毫秒)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，以正北为参考基准，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)
在不同的情况下测试GPS模块，可以获得以下三种不同形式的输出内容：
1） $GPRMC,013257.00,A,3129.51829,N,12022.10562,E,0.093,,270813,,,A*7A\\r\\n 2） $GPRMC,022649.00,V,,,,,,,020913,,,N*7F\\r\\n 3） $GPRMC,,V,,,,,,,,,,N*53\\r\\n
【第一种】GPS定位成功，输出正确的GPS位置信息和对地速度信息。 【第二种】GPS定位异常，只有UTC时间信息，其中V代表定位错误。
【第三种】GPS定位异常，甚至没有UTC时间信息，其中V代表定位错误。 通过测试，nmealib处理第一种情况没有任何问题，但是连续处理第二种和第三种情况会产生问题，产生问题的主要原因是动态开辟的空间没有被释放。解决该问题需要修改nmealib的源代码，这种修改是有难度的。如果不想修改nmealib源代码，可以在串口接收GPS输出内容时直接过滤带有V的字符串，这种方法简单有效，同样可以获得准确的GPS坐标信息。
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