Processing处理GPS数据实验(更新，用谷歌地图定位）

nngh

前几天用Arduino UNO R3和GPS接收板做了一个简易GPS，在这里http://www.geek-workshop.com/thread-3778-1-1.html。然后就开始琢磨用PC机来处理GPS数据，因为

那块GPS接收板是插在Arduino上的不想拔下来（同时还要用LCD显示GPS数据的），而且Arduino串口是有数据发送出来的，那么用PC机接收COM口数据，再用Processing，来处理，不就行了么？于是就开始下面的实验：

     首先，修改Arduino串口输出数据的格式。
     由于GPS原始数据流中时间，定位，速度等信息已经由Arduino处理完成，那么PC机只需要接收现成的等现成数据用于绘图，无需再次解码。
     自定义Arduino输出格式如下：
      
例如，对于数据流
A,061543.000,2248.8364,N,10820.1171,E,0.00,307.67,280313,,*
A,061544.000,2248.8364,N,10820.1171,E,0.00,307.67,280313,,*
.....

每个数据用逗号“，”分隔说明如下，
A--------061544.000-------2248.8364---N------------10820.1171-----E-----------0.00-------------307.67------------280313---
0            1                             2             3                         4              5                 6                      7                       8
0-Data OK
1-timestamp (UTC)
2- latitude   
3-North/South  
4-Longitude  
5- East/West  
6-Speed over ground  
7-Course over ground  
8-DD/MM/YY

Arduino程序：

1. #include <LiquidCrystal.h>  
   
2. #include <SoftwareSerial.h>
   
3. #define DADOS_LEN 100
   
4. #define IDLEN 6
   
5. #define TEMPLEN 11
   
6. #define GPRMC 0
   
7. #define GPGGA 1
   
8. char data[DADOS_LEN]; //buffer for GPS data
   
9. byte conta=0; //variavel auxiliar para contar
   
10. char* idnmea[] = {
    
11.   "$GPRMC","$GPGGA"}; //IDs dos NMEA que vou utilizar
    
12. byte verificador[]= {
    
13.   0,0}; //variavel auxiliar para verificar ID NMEA
    
14. byte indice[12]; //Em uma linha $GPRMC contem 12 valores separados por virgulas. Esta variavel guarda a posi&ccedil;&atilde;o do caracter de inicio de cada valor.
    
15. byte contindice=0; //variavel auxiliar de controle usada na variavel indice[];
    
16. byte menu=0; // Menu do LCD: 0-key RIGHT, 1-key UP, 2-key DOWN, 3-key LEFT, 4-key SELECT
    
17. char tempmsg[TEMPLEN]; //variavel temporaria auxiliar para guarda o valor de um dado extraido do GPS.
    
18. SoftwareSerial nss(3, 2);
    
19. LiquidCrystal lcd(8, 13, 9, 4, 5, 6, 7);
    
20. int  adc_key_val[5] ={
    
21.   30, 150, 360, 535, 760 }; //valores do divisor de tens&atilde;o do teclado do LCD Shield
    
22. #define NUM_KEYS 5 //numero de teclas do teclado
    
23. int adc_key_in; //valor da entrada analogica do teclado
    
24. byte key=-1; //tecla pressionada
    
25. byte oldkey=-1; //tecla pressionada anteriormente
    
26. 
    
27. void setup()
    
28. {
    
29.   Serial.begin(9600);
    
30.   nss.begin(9600);
    
31.   lcd.clear(); //Clear LCD
    
32.   lcd.begin(16,2);
    
33.   lcd.print("Arduino.cc");
    
34.   lcd.setCursor(0, 2); //set cursor on LCD at col 0 and row 2
    
35.   lcd.print("Arduino GPS");
    
36.   clearBuffer(); //clear buffer for GPS (databuffer)
    
37.   clearTemp(); //clear data for GPS (tempmsg)
    
38.   //Serial.begin(9600); //Inicia UART para comunicar com módulo GPS
    
39.   delay(3000);
    
40. }
    
41. 
    
42. void loop(){   
    
43.   while(nss.available())
    
44.   {//if serial port available
    
45.     data[conta] = nss.read(); //Read a byte of the serial port
    
46.     if(data[conta]==13)
    
47.        {  //If the received byte is = to 13, end of transmission
    
48.             verificador[GPRMC]=0; //verifies idnmea[0] ($GPRMC)
    
49.            //verificador[GPGGA]=0;//verifies idnmea[1] ($GPGGA)
    
50.             for(byte i=1;i<=IDLEN;i++)
    
51.                 { //checking the ID NMEA of string received
    
52.                    if(data[i]==idnmea[GPRMC][i-1])
    
53.                      {        //Verifies that is $GPRMC
    
54.                       verificador[GPRMC]++; //increases 1
    
55.                       }
    
56. 
    
57.                  }
    
58.              if(verificador[GPRMC]==IDLEN){ // if the line received is $GPRMC
    
59.                //A line string of GPRMC has 11 "," Divided into 12 data
    
60.               //exemplo: $GPRMC,220516,A,5133.82,N,00042.24,W,173.8,231.8,130694,004.2,W*70
    
61.              //            0      1   2    3    4     5    6    7    8     9     10    11
    
62.             // we interesting: 2-timestamp (UTC), 3-latitude, 4-North/South, 5-Longitude, 6-East/West,7-Speed in knots,9-date stamp
    
63.                     contindice = 0;
    
64.                     indice[contindice] = 1; //data[] inicia no caracter 1
    
65.                     contindice++;
    
66.              for(byte i=1; i<DADOS_LEN;i++){ //crosses every line data[] identifying where each value of GPS
    
67.           if(data[i]==','){ //found the final of a data
    
68.             indice[contindice] = i+1;
    
69.             contindice++;
    
70.           }
    
71.         }
    
72.         adc_key_in = analogRead(0); //verifica entrada analogica do teclado
    
73.         key = get_key(adc_key_in); //interpreta valor da entrada analogica
    
74.         if (key != oldkey){ //verifica se o valor encontrado é diferente do valor anterior
    
75.           delay(50);                // faz um delay para o debounce
    
76.           adc_key_in = analogRead(0);   
    
77.           key = get_key(adc_key_in);                        // interpreta
    
78.           if (key != oldkey){                        //verifica se é diferente
    
79.             oldkey = key; //atualiza oldkey
    
80.             lcd.clear(); //clear LCD
    
81.             if (key >=0){ //se alguma tecla foi pressionada
    
82.               menu = key; //atualiza o menu
    
83.             }
    
84.           }
    
85.         }
    
86.         Serial.print(datastream(2));
    
87.          Serial.print(",");
    
88.          Serial.print(datastream(1));
    
89.          Serial.print(",");
    
90.          Serial.print(datastream(3));
    
91.          Serial.print(",");
    
92.          Serial.print(datastream(4));
    
93.          Serial.print(",");
    
94.          Serial.print(datastream(5));
    
95.          Serial.print(",");
    
96.          Serial.print(datastream(6));
    
97.          Serial.print(",");
    
98.          Serial.print(datastream(7));
    
99.          Serial.print(",");
    
100.          Serial.print(datastream(8));
     
101.          Serial.print(",");
     
102.          Serial.print(datastream(9));
     
103.          Serial.print(",");
     
104.          Serial.print(datastream(10));
     
105.          Serial.print(",");
     
106.          Serial.print(datastream(11));
     
107.          //Serial.print("*");
     
108.          Serial.println(" ");
     
109.         switch(menu){
     
110.           //show on  LCD the key pressed
     
111.         case 4: //SELECT 4-key
     
112.           lcd.setCursor(1,0); //move cursor to LCD  column 1 row 0
     
113.                 lcd.print("True course"); //print text to LCD
     
114.                 lcd.setCursor(1,1); //move cursor to LCD  column 1 row 1
     
115.                 lcd.print(datastream(7)); //print text to LCD
     
116.           break;            
     
117.         case 3: //LEFT 3-key
     
118.           lcd.clear();
     
119.           lcd.setCursor(0,0);
     
120.           lcd.print("Lat:");
     
121.           lcd.print(datastream(4));
     
122.           lcd.print(" ");
     
123.           lcd.print(datastream(3)); // datastream(byte)
     
124.           lcd.setCursor(0, 1);
     
125.           lcd.print("Lon:");
     
126.           lcd.print(datastream(6));
     
127.           lcd.print(" ");
     
128.           lcd.print(datastream(5));
     
129.           break;
     
130.         case 1: //UP   1-key
     
131.           lcd.setCursor(1,0);
     
132.           lcd.print("Date:");
     
133.           lcd.print(datastream(9));
     
134.           lcd.setCursor(1,1);
     
135.           lcd.print("Time:");
     
136.           lcd.print(datastream(1));
     
137.           break;
     
138.         case 2: //DOWN  2-key
     
139.           lcd.setCursor(1,0);
     
140.           lcd.print("Speed:");
     
141.           lcd.print(datastream(7));
     
142.           lcd.setCursor(1,1);
     
143.           lcd.print("knots");
     
144.           break;
     
145.         }
     
146. 
     
147.       }
     
148. 
     
149.       conta = 0; //zero conta, or is, will start next line of GPS and data[conta] this at position 0
     
150.       clearBuffer(); //clear data[]
     
151.     }
     
152.     else{
     
153.       conta++; //increases conta, in other words, data[conta] skips to the next position
     
154.     }
     
155. 
     
156.   }
     
157. }
     
158. void clearBuffer(){
     
159.   for (byte i=0;i<DADOS_LEN;i++){       // clear variavel (buffer) received GPS data
     
160.     data[i]=' ';
     
161.   }  
     
162. }
     
163. void clearTemp(){
     
164.   for(byte i=0;i<TEMPLEN;i++)
     
165.     tempmsg[i]=' ';
     
166. }
     
167. 
     
168. char* datastream(byte inicio){
     
169.   /*
     
170.   Receive Datastream from GPS devices,then convert to Data We can read directly
     
171.    remenber that: 2-timestamp (UTC), 3-latitude, 4-North/South, 5-Longitude, 6-East/West,7-Speed in knots,9-date stamp
     
172.    */
     
173.   clearTemp();
     
174.   byte i;
     
175.   byte fim = indice[inicio+1]-2;
     
176.   inicio = indice[inicio];
     
177.   for(i=0;i<=(fim-inicio);i++){
     
178.     tempmsg[i] = data[inicio+i];
     
179.   }
     
180.   tempmsg[i] = '\0';
     
181.   return tempmsg;
     
182. }
     
183. 
     
184. // Convert ADC value to key number
     
185. byte get_key(unsigned int input)
     
186. {
     
187.   int k=menu;
     
188.   for (byte i = 0; i < NUM_KEYS; i++){
     
189.     if (input < adc_key_val[i]){
     
190.       k=i;
     
191.       return k;
     
192.     }
     
193.   }
     
194.   return k;
     
195. 
     
196. }
     
197. 
     

复制代码

   其次：用Processing的串行数据库processing.serial.*来接收来自Aduino的数据，用serialEvent（）函数将数据放入一维数组中，再分别提取后进行格式转换，最后在PC机屏幕上显示出来，效果如图。
  Processing程序参考了Making Things Talk Second Edition Tom Igoe (O"REILLY出版)，第8章 How to Locate(Almost) Anything --Reading the GPS Serial--Project 19 Protocol中大部分，本人菜鸟一个，基本不会编程。
  请注意，Processing程序中 String portName = Serial.list()[0]; 一行，需将方括号[]中的数字换成你的Arduino接PC机的串口实际值，并注意修改你用的GPS波特率（我的是9600bps）。
Processing程序：
[pre lang="rocessing" line="1" file="rocessing"]/*
  GPS parser
Context: Processing
  This program takes in NMEA 0183 serial data and parses
out the date, time, latitude, and longitude using the GPRMC sentence.
*/
// import the serial library:
import processing.serial.*;

Serial myPort;           // The serial port
float latitude = 0.0;    // the latitude reading in degrees
String northSouth = "N"; // north or south?
float longitude = 0.0;   // the longitude reading in degrees
String eastWest = "W";   // east or west?
float heading = 0.0;     // the heading in degrees

int hrs, mins, secs;      // time units
int currentDay, currentMonth, currentYear;

float textX = 50;          // position of the text on the screen
float textY = 30;

void setup() {
  size(400, 400);        // window size

  // settings for drawing:
  noStroke();
  smooth();

  // List all the available serial ports
  println(Serial.list());

  // Open whatever port is the one you're using.
  // for a Bluetooth device, this may be further down your
  // serial port list:
  String portName = Serial.list()[0];
  myPort = new Serial(this, portName, 9600);

  // read bytes into a buffer until you get a carriage
  // return (ASCII 13):
  myPort.bufferUntil('\r');
}

void draw() {
  // deep blue background:
  background(#0D1133);
  // pale slightly blue text:
  fill(#A3B5CF);
  // put all the text together in one big string:
  // display the date and time from the GPS sentence
  // as MM/DD/YYYY, HH:MM:SS GMT
  // all numbers are formatted using nf() to make them 2- or 4-digit:
  String displayString = nf(currentMonth, 2)+ "/"+ nf(currentDay, 2)
    + "/"+ nf(currentYear, 4) + ", " + nf(hrs, 2)+ ":"
    + nf(mins, 2)+ ":"+ nf(secs, 2) + " GMT\n";

  // display the position from the GPS sentence:
  displayString = displayString + latitude + " " + northSouth + ", "
    + longitude + " " + eastWest + "\n";

  // display the heading:
  displayString = displayString + "heading " + heading + " degrees\n";

  text(displayString, textX, textY);
  
  // draw an arrow using the heading:
  drawArrow(heading);
}


void serialEvent(Serial myPort) {
  // read the serial buffer:
   String myString = myPort.readStringUntil('\n');
  // if you got any bytes other than the linefeed, parse it:
  if (myString != null) {
    print(myString);
    parseString(myString);
  }
}

void parseString (String serialString) {
  // split the string at the commas:
  String items[] = (split(serialString, ','));

  // if the first item in the sentence is the identifier, parse the rest
  if (items[0].equals("A")) {
    // $GPRMC gives time, date, position, course, and speed
    getRMC(items);
  }
}


void getRMC(String[] data) {
  // move the items from the string into the variables:
  int time = int(data[1]);
  // first two digits of the time are hours:
  hrs = time/10000;
  // second two digits of the time are minutes:
  mins = (time % 10000)/100;
  // last two digits of the time are seconds:
  secs = (time%100);

// if you have a valid reading, parse the rest of it:
// if (data[2].equals("A")) {
    latitude = minutesToDegrees(float(data[2]));

    northSouth = data[3];
    longitude = minutesToDegrees(float(data[4]));
    eastWest = data[5];
    heading = float(data[7]);
    int date = int(data[8]);
    // last two digits of the date are year.  Add the century too:
    currentYear = date % 100 + 2000;
    // second two digits of the date are month:
    currentMonth =  (date % 10000)/100;
    // first two digits of the date are day:
    currentDay = date/10000;
// }
}

float minutesToDegrees(float thisValue) {
  // get the integer portion of the degree measurement:
  int wholeNumber = (int)(thisValue / 100);
  // get the fraction portion, and convert from minutes to a decimal fraction:
  float fraction = (thisValue - ( wholeNumber ) * 100) / 60;
  // combine the two and return it:
  float result = wholeNumber + fraction;
  return result;
}


void drawArrow(float angle) {
  // move whatever you draw next so that (0,0) is centered on the screen:
  translate(width/2, height/2);

  // draw a circle in light blue:
  fill(#457DC0);
  ellipse(0, 0, 100, 100);

  // make the arrow the same as the background::
  fill(#0D1133);
  // rotate using the heading:
  rotate(radians(angle));

  // draw the arrow.  center of the arrow is at (0,0):
  triangle(-20, 0, 0, -40, 20, 0);
  rect(-4, 0, 8, 40);
}
[/code]


继续实验，是否能在地图上定位我们的位置呢？在网上搜索了一下，有人做了一个调用谷歌地图的库函数，这里http://googlemapper.pt.vu/  谷歌地图库函数，文件在这里 http://allschedulesapp.com/coisasdoluis/downloads/googleMapper.jar。
首先要取得定位用的地图做底图，然后将Arduino GPS发过来的数据流解码，在底图上标示出来，完成定位。
上面网站提供范例代码，有processing的；下载下来，将其中的double maCenterLat = xx.xxxxxx;
        double mapCenterLon = xxx.xxxxxx;两句d的xxx.xxxxxx替换为你需要的地图的中心点经纬度。
如何取得你的地图中心的经纬度坐标呢？登录http://itouchmap.com/latlong.html，放大地图，找到你需要的地点，点击鼠标，左下方空格就会出现点击处的经纬度了。如图：定点.jpg
运行如下代码：
[pre lang="rocessing" line="1"]
import googlemapper.*; //导入库函数
PImage map;
GoogleMapper gMapper;

public void setup() {

        size(1280,1024); // 地图尺寸1280x1024
        
        double maCenterLat = xx.xxxxxx;   //地图中心点纬度
        double mapCenterLon = xxx.xxxxxx;  //地图中心点经度
        int zoomLevel = 19; //放大级数，不可超过20
        String mapType = GoogleMapper.MAPTYPE_HYBRID; //地图类型
        int mapWidth=1280;
        int mapHeight=1024;
        
        gMapper = new GoogleMapper(maCenterLat, mapCenterLon, zoomLevel, mapType, mapWidth,mapHeight);
        
        map = gMapper.getMap();
}

public void draw() {
        
        image(map,0,0);
        
        saveFrame("map.jpg"); // 生成文件
        
        println(gMapper.x2lon(0));println(gMapper.x2lon(1280)); //输出左右顶点位置
        println(gMapper.y2lat(0));println(gMapper.y2lat(1024)); //输出上下下定点位置
        
        noLoop();
}
[/code]
运行程序，得到map.jpg,即为你想得到的底图，可以用来做定位的地图了。同时记录下processing下部状态窗口显示的上、下顶点位置，后面程序要用的。
下面是processing用GPS定点后显示位置的主程序：
[pre lang="processing" line="1"]import processing.serial.*;              // import the serial library:
PImage backgroundMap;
Serial myPort;
float mapGeoLeft   = xxx.xxxxxx;          // Longitude west,前面计算出来的左定点数据，看截图
float mapGeoRight  = xxx.xxxxxx;          // Longitude east，前面计算出来的右定点数据，看截图
float mapGeoTop    = xx.xxxxxx;          // Latitude  north，前面计算出来的上定点数据，看截图
float mapGeoBottom = xx.xxxxxx;          // Latitude  south.前面计算出来的下定点数据，看截图
float latitude=0.0;    // the latitude reading in degrees
float longitude=0.0 ;   // the longitude reading in degrees
float mapScreenWidth,mapScreenHeight;  // Dimension of map in pixels.
float x ;
float y ;

void setup()
{
  size(1280,1024);
  smooth();
// noLoop();
  backgroundMap   = loadImage("xx.jpg");//xx.jpg换成前面截图程序生成底图的文件名
  mapScreenWidth  = width;
  mapScreenHeight = height;
  println(Serial.list());
  String portName = Serial.list()[0];// serial port list:
  myPort = new Serial(this, portName, 9600);// read bytes into a buffer until you get a carriage
  myPort.bufferUntil('\r');// return (ASCII 13):
}

void draw()
{
  image(backgroundMap,0,0,mapScreenWidth,mapScreenHeight);
//将接收到的经纬度数据转换成地图上的，x，y坐标
x = ( longitude - mapGeoLeft ) / ( mapGeoRight - mapGeoLeft ) * mapScreenWidth;
// y = ( mapGeoTop - latitude) / ( mapGeoTop - mapGeoBottom ) * mapScreenHeight;
y = mapScreenHeight - mapScreenHeight*(latitude-mapGeoBottom)/( mapGeoTop-mapGeoBottom );
  fill(0,100,210,0);
  strokeWeight(10);
  ellipse(int(x),int(y),5,10);//gps定点显示
println(longitude);//控制台显示数据
println(latitude);//控制台显示数据
saveFrame("mapnn.jpg");
}

void serialEvent(Serial myPort) {
  // read the serial buffer:
   String myString = myPort.readStringUntil('\n');
  // if you got any bytes other than the linefeed, parse it:
  if (myString != null) {
    print(myString);
    parseString(myString);
  }
}

void getRMC(String[] data) {
    latitude = minutesToDegrees(float(data[2]));
    longitude = minutesToDegrees(float(data[4]));
}

float minutesToDegrees(float thisValue) {
   int wholeNumber = (int)(thisValue / 100); // get the integer portion of the degree measurement:
   float fraction = (thisValue - wholeNumber*100 ) / 60;// get the fraction portion, and convert from minutes to a decimal fraction:
   float result = wholeNumber + fraction; // combine the two and return it:
  return result;
}

void parseString (String serialString) {
  
  String items[] = (split(serialString, ','));// split the string at the commas:
  if (items[0].equals("A")) { // if the first item in the sentence is the identifier, parse the rest
      getRMC(items);//get latitude,longitude
     }
}[/code]
程序运行结果如下图，GPS实时位置.JPG,随着GPS位置的移动，图中的点也会在不停变化。
这只是一个实验，实用意义不大，因为你不可能为了看地图而背着PC到处跑（哪怕是笔记本）的，不过可以提供一个思路：
如果把Arduino和PC机之间用无线模块（如Xbee等）连接起来，就可以在小范围对某个东西进行实时位置监控。比如：你家后院有个几百平方米的大院子或草坪，给你们家的乌龟背着个Arduino，你就可以在电脑上看见它到哪玩去了，不会走丢哦！{:soso_e120:}
程序主体基本都是借鉴别人的，感谢开源社区提供如此丰富的素材。

fangtaonj

沙发！楼主谦虚，作品一个又一个，代码一大段一大段的向外发！还说不会编程呵呵！

fangtaonj

极好的教材，等我搞懂你的第一个程序再来琢磨这个！

龙翔竞天

乖乖，这个可以的。一定要再让它飘起来

qczhao_10

楼主真厉害，佩服

piaozhiling

楼主高手啊，也是好人那。小弟谢谢了，

tanbocandy

这个必定火

larry.wong

高手众多！

杭电屌丝

高手啊，，，