2024年6月7日发(作者：)

维普资讯

研究与开发　

ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＡＮＤ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　

团固　Ｖ第１０Ｉ　．６１６卷第５　ＮＯ期．５　

文　编ｉ０１＿：１００５－８４５１（２００７）０５－０００４－０３　

基于Ｊａｖａ语言的ＧＰＳ接收机的串口通信程序设计　

李新源　，赵树法　，魏宗寿　

（１　兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，兰州７３００７０；２．河南省电力公司，郑州４５３０００）　

摘要：介绍ＧＰＳ接收机串口通信的基本概念，详细介绍利用ＪａｖａＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＡＰＩ扩展类库（Ｊａｖａｘ．　

ｃｏｍｍ）实现ＧＰＳ串口通信的例子，在实例中还结合Ｍａｐ　Ｏｂｊｅｃｔｓ　Ｊａｖａ　Ｅｄｉｔｉｏｎ开发工具实现对ＧＰＳ接收　

机位置的实时跟踪和显示。　

父键　：ＧＰＳ；串口通信；Ｊａｖａ；Ｍａｐ　Ｏｂｊｅｃｔｓ　

Ｌ卜图分类号：ＴＰ３９　爻Ｉ谳标识　：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ＧＰＳ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｊａｖａ　

ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｌａｎｇｕａｇｅ　

ＬＩ　Ｘｉｎ．ｙｕａｎ１．ＺＨＡＯ　Ｓｈｕ．ｆａ．２．ＷＥｌ　Ｚｏｎｇ．ｓｈｏｕ　

（１．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｏｐｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　

Ｅｄｕｃｍｉｏｎ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００７０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　ｏｆＨｅｎａｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５３０００，ＣｈｉｎａＪ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ＧＰＳ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｎａ　ｔｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　

ｏｆ　ＧＰＳ　ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｈｔｅ　Ｊａｖａ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＡＰＩ．Ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｍ印０ｂｊｅｃｔｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｏｏｌ，ｉｔ　ｗａｓ　

ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｔｏ　ｔｒａｃｋ　ＧＰＳ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｔｈｅ　ＧＰＳ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ’Ｓ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ；ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；Ｊａｖａ；ＭａＤ　Ｏｂｊｅｃｔｓ　

ＧＰＳ和ＧＩＳ是交通运输应用中的一项核心技术，　

的Ｊａｖａ２　ＳＤＫ当中，需要进行安装。作者所开发的　

在交通运输中需要开发ＧＩＳ数据处理软件，以和ＧＩＳ　

程序在Ｗｉｎｄｏｗｓ　２０００上编译通过并成功运行，所使　

软件相互结合使用。在开发ＧＰＳ数据处理软件时，　用的Ｊａｖａ　２　ＳＤＫ版本是较新的１．４．２。　

首先要解决计算机与ＧＰＳ接收机的串Ｉ：１通信问题。　

在ＧＰＳ接收机和计算机进行数据传输的过程中，计　

ｌ　数据流秤　

算机的串行端口提供了两者之间数据传输的通道。　

ＧＰＳ接收机采用异步串行的方式，利用ＲＳ　２３２串行　

利用串口接收ＧＰＳ数据总的数据流程如图１。　

二进制数据交换，电缆接Ｉ：１将采集到的数据通过串　

ＧＰＳ接收机　—　ＮＭＥＡ语句　—　ＮＭＥＡ语句处理　

行端口传输到计算机…。在ＧＰＳ接收机和计算机通　

信方面的商业产品具有一定的局限性，难以进行扩　

图１串口接收ＧＰＳ数据流程图　

展。因此，自行开发这方面相关的软件对于智能交　

ＧＰＳ接收机采用ＮＭＥＡ－０　１　８３协议进行通信。　

通系统开发还是具有一定的实际意义。　

ＮＭＥＡ语句的格式有多种，所有的语句都是由范围　

Ｊａｖａ具有开放性、平台无关性和面向对象等特　

在１６进制的ＨＥＸ　１４￣ｌＪＨＥＸ　７Ｅ的ＡＳＣＩＩ字符组成，并　

性，是一个理想的ＧＩＳ软件开发平台。本文作者利　

且每条语句都有固定的格式，其中的每个字段都有　

用Ｊａｖａ串口通信ＡＰＩ开发了一个用于ＧＰＳ通讯的　

确定的定义，例如下面就是一条典型ＮＭＥＡ语句：　

Ｊａｖａ程序，大大简化了对串Ｉ：１进行操作的过程，并　

ＧＰＧＧＡ，１　１　１２００．０２，６０１６．３０９２，Ｎ，０２４５８．３８４１，Ｅ，１，０９，０．　

且还结合Ｍａｐ　Ｏｂｊｅｃｔｓ　Ｊａｖａ　Ｅｄｉｔｉｏｎ开发工具实现了　

８，３０　６，Ｍ，１　８．１，Ｍ，　５Ｄ　

对ＧＰＳ信号的实时跟踪和显示。Ｊａｖａ串Ｉ：１通信ＡＰＩ　

整个接收过程分为下面４步：　

（Ｊａｖａｘ．ｃｏｍｍ）是一个Ｊａｖａ扩展类库，并不包括在标准　

（１）从串口读取字节码。该任务由类ＮＭＥＡ　

收稿日期：２００６－０９—１９　

Ｄａｔａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ负责完成，在通讯的时候运用了Ｊａｖａ　

基金项目：兰州交通大学大学生科研创新项目（２００５－１６５）　

的多线程技术；　

作者简介：李新源，在读硕士研究生：赵树法，工程师。　

（２）提取ＮＭＥＡ语句。ＮＭＥＡ　０１８３　Ｓｅｎｔｅｎｃｅ　

ｏ—　俪　

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第１６卷第５期　慕于Ｊ　ａｖａ语言的ＧＰ　Ｓ接收机的串口通信程序设计　研究与开发　

被设计成对应于ＮＭＥＡ语句，它的一些私有变量分　

别对应了ＮＭＥＡ语句的一些字段；　

｝　

｝　

｝　

（３）提取有效字段。Ｐｒｏｃｅｓｓ　ＮＭＥＡ　Ｓｅｎｔｅｎｃｅ方　

法完成从ＮＭＥＡ语句中提取所需要的信息，如经纬　

当提取到了一条ＮＭＥＡ语句之后必须要检验它　

度和高度等。为简单起见，作者的程序仅对包含信　

的有效性。通过计算整个ＮＭＥＡ语句的校验和，把　

息较多的ＧＧＡ格式的语句进行了字段的提取。如果　计算所得的校验和与所接收到校验和作比较，如果　

需要对其他格式的语句如ＧＬＬ、ＲＭＣ等进行提取，　

可以设计相应的类来完成；　

（４）建立事件监听器接口。Ｊａｖａ中事件是一个　

非常通用的概念，并不仅仅局限于基于窗口的应用　

程序。在程序中该接口由ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｌｉｓｔｅｎｅｒ来　

完成，它只有一个ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ方法。　

２　从串ｎ读取字节码　

该任务由类ＮＭＥＡ　Ｄａｔａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ来完成。为　

了在接收ＧＰＳ数据、分析ＮＭＥＡ语句和提取有效字　

段的同时希望能够不中断程序其他部分的执行，作　

者运用了Ｊａｖａ的多线程技术，在ＮＭＥＡ　Ｄａｔａ　Ｐｒｏ—　

ｃｅｓｓｏｒ类中新建一个线程来完成ＧＰＳ数据的接收和　

处理。程序执行到ＮＭＥＡ　Ｄａｔａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ。ｓｔａｒｔ（）时　

开始生成自己的线程，然后由方法ＮＭＥＡ　Ｄａｔａ　

Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ。ｒｕｎ（）负责处理ＧＰＳ数据。　

３提取ＮＭＥＡ语句　

从串口接收到的ＮＭＥＡ语句是由许多条连续的　

单一语句组成的，中间由ＡＳＣ　ＩＩ字符＜ｃＲ＞和＜ＬＦ＞　

隔开。ＰｒｏｃｅｓｓＲａｗＤａｔａ（）方法把字节码分解为一条　

一

条的单一ＮＭＥＡ语句，然后再调用方法ＮＭＥＡ　

０１８３　Ｓｅｎｔｅｎｃｅ（）构造每一条ＮＭＥＡ语句以作进一步　

的处理。　

ｆｏｒ（ｉｎｔ　ｉ＝０；ｉ＜ｂｙｔｅｓ；ｉ＋＋）｛　

ｄａｔａＢｕｆｆｅｒ［ｄａｔａＩｎｄｅｘ］　＝ｂｕｆｆｅｒ［ｉ］；　

ｉｆ（ｄａｔａＢｕｆｆｅｒ［Ｏ］　￥’１　

｛／　每条语句都由字符’￥’开头　／　

ｄａｔａＩｎｄｅｘ＋＋；　

ｉｆ（ｂｕｆｆｅｒ［ｉ］＝　＼ｎ’）｛　

ｍｅｓｓａｇｅ　ｎｅｗ　

ＮＭＥＡ　０　１　８３　Ｓｅｎｔｅｎｃｅ（ｄａｔａＢｕｆｆｅｒ）；　

／／调用类ＮＭＥＡ　０１８３的构造函　

数构造ＮＭＥＡ语句　

不相等该语句就无效。　

ｉｆ（ｍｅｓｓａｇｅ．ｉｓＶａｌｉｄＯ）｛　

ｐｒｏｃｅｓｓＮＭＥＡＳｅｎｔｅｎｃｅ（ｍｅｓｓａｇｅ）；　

｝ｅｌｓｅ｛　

Ｓｙｓｔｅｍ．ｏｕｔ．ｐｒｉｎｔｌｎ（”无效的ＮＭＥＡ语　

句”）；　

其中方法ｉｓＶａｌｉｄ０检验两个校验和是否相　

等，返回值为布尔值。　

ｐｕｂｌｉｃ　ｂｏｏｌｅａｎ　ｉｓＶａｌｉｄＯ｛　

ｒｅｔｕｒｎ（ｇｅｔＣｈｅｃｋｓｕｍ０：＝＝　

ｇｅｔＣａｌｃｕｌａｔｅｄＣｈｅｃｋｓｕｍ０）；　

｝　

４提取ＮＭＥＡ字段　

ＮＭＥＡ语句的格式有多种，本文仅对ＧＧＡ语　

句进行了精度和纬度信息的提取。方法ｐｒｏｃｅｓｓ　ＮＭ—　

ＥＡ　Ｓｅｎｔｅｎｃｅ（）完成从ＧＧＡ格式语句中提取经纬度　

信息。　

ＮＭＥＡ的经纬度格式是ｘｘｍｍ．ｄｄｄｄ，ｘｘ代表度，　

ｍｍ代表分，ｄｄｄｄ是以分的十进制小数表示，方法　

ｎｍｅａＬａｔＯｒＬｏｎＴｏＤｏｕｂｌｅ把字符串形式的经纬度转换　

成以度的十进制表示的双精度数值。类ＧＰＳＰｏｓｉｔｉｏｎ　

有２个私有变量

一

ｌａｔｉｔｕｄｅ和

一

ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ，分别代表纬　

度值和精度值。　

５建立事件监听器接Ｈ　

通过接口来实现事件监听是Ｊａｖａ中的一个重　

要特性。接口ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｌｉｓｔｅｎｅｒ定义ＧＰＳ　Ｐｏｓｉ—　

ｔｉｏｎ　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ（ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法，任何对象，只　

要实现了ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｌｉｓｔｅｎｅｒ借口，在类ＮＭＥＡ　

Ｄａｔａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ经过提取ＮＭＥＡ语句之后构造得到　

ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ时，该对象就会被通知，并且执行它　

自己定义的接口方法，也就是ＧＰＳ　Ｐｏ　ｓｉｔｉｏｎ　Ｒｅ—　

ｃｅｉｖｅｄ方法。　

圃　丽　面　

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研究与开发　第１６卷第５期　

６实例　

只要实现了ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｌｉｓｔｅｎｅｒ接口的任何　

类，都可以在它定义的ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ方法　

Ｙ坐标数组以及点的个数。　

中处理经纬度数值。在程序中，作者还结合ＥＳＲＩ的　

Ｍａｐ　Ｏｂｊｅｃｔｓ　Ｊａｖａ　Ｅｄｉｔｉｏｎ开发工具，编程实现了对　

ＧＰＳ接收机位置的实时跟踪和显示。具体方法是在　

Ｍａｐ　Ｂｅａｎ上加上一层特殊的图层，该层是透明的并　

且位于所有图层的最上方。作者设计了一个类Ｔｒａｃｋｉｎｇ　

Ａｃｅｔａｔｅ　Ｌａｙｅｒ作为类Ａｃｅｔａｔｅ　Ｌａｙｅｒ的子类，继承并　

扩展了它的功能。类Ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ａｃｅｔａｔｅ　Ｌａｙｅｒ实现了　

ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｌｉｓｔｅｎｅｒ接口，并且定义了ＧＰＳ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　

Ｒｅｃｅｉｖｅｄ方法。在对ＧＰＳ接收机接收到的数据进行　

处理获得经纬度的同时，类Ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ａｃｅｔａｔｅ　Ｌａｙｅｒ　

即被通知，同时根据经纬度数值在计算机屏幕上以　

特定的图标实时显示。在屏幕上显示前需要把经纬　

度坐标转换为屏幕坐标。　

在计算机屏幕上实时显示经纬度数值实际上是　

以多义线的形式表示，作者设计的类ＰＯｌｙ　Ｌｉｎｅ　

Ｓｈａｐｅ就代表该多义线。程序每当收到一个ＧＰＳ　

Ｐｏｓｉｔｉｏｎ，就向ｐｌｓ对象增加一个点，同时调用ｒｅｐａｉｎｔ　

（）方法重绘ｐｌｓ．重绘时，调用类Ｐｏｌｙ　Ｌｉｎｅ　Ｓｈａｐｅ的　

ｄｒａｗ方法：　

ｐｕｂｌｉｃ　ｖｏｉｄ　ｄｒａｗ（ｊａｖａ．ａｗｔ．Ｇｒａｐｈｉｃｓ　ｇ）　

｛　

Ｇｒａｐｈｉｃｓ２Ｄ　ｇ２＝（Ｇｒａｐｈｉｃｓ２Ｄ）ｇ；　

／／设置画笔的粗细和连接形式　

ＢａｓｉｃＳｔｒｏｋｅ　ｓｔｒｏｋｅ＝ｎｅｗ　

ＢａｓｉｃＳｔｒｏｋｅ（１０，／／１０个像素宽　

ＢａｓｉｃＳｔｒｏｋｅ．ＣＡｅ

￣ＯＵＮＤ，　

＿

ＢａｓｉｃＳｔｒｏｋｅ．ＪＯＩＮ　ＲＯＵＮＤ）；　

ｇ２．ｓｅｔＳｔｒｏｋｅ（ｓｔｒｏｋｅ）；　

／／设置颜色　

ｊａｖａ．ａｗｔ．Ｃｏｌｏｒ　ｃｏｌｏｒ　ｎｅｗ　

Ｃｏｌｏｒ（０，２５５，０）；／／使用绿色　

ｇ２．ｓｅｔＰａｉｎｔ（ｃｏＩｏｒ）；　

ｇ２．ｄｒａｗＰｏｌｙｌｉｎｅ（ｘｐ，ＹＰ，ｓｉｚｅ）；　

｝　

变量ｘｐ，ｙｐ和ｓｉｚｅ分别是多义线的ｘ坐标数组，　

ｏ—　疆虿　—滴　

图２运行时屏幕截图　

图２就是在实际测量过程中所得到的一张屏幕　

截图，图３是最终所获得的校园边界图。　

图３最终获得的边界图　

７结束语　

由于Ｊａｖａ的跨平台性以及它和网络的紧密联　

系，使得Ｊａｖａ技术在ＧＩＳ的发展中起着重要的作用，　

而ＧＰＳ和ＧＩＳ又是智能交通发展中的核心技术。作　

者利用了Ｊａｖａ多线程技术和Ｊａｖａ串口通信ＡＰＩ实　

现了对ＧＰＳ接收机数据的读取和分析，串口读写操　

作在后台运行，最后在给出的实例中结合ＥＳＲＩ公司　

的Ｍａｐ　Ｏｂｊｅｃｔｓ　Ｊａｖａ　Ｅｄｉｔｉｏｎ开发工具实现了对ＧＰＳ　

数据的定位跟踪。　

参考文献：　

［１】李洪淘，许国昌．ＧＰＳ应用程序设计［Ｍ】．北京：科学出版　

社．１９９９．　

［２】Ｂｒｕｃｅ　Ｅｃｋｅｌ、Ｔｈｉｎｇｋｉｎｇ　ｉｎ　Ｊａｖａ［Ｍ］、北京　

机械工业出版枉，　

２００４．　

［３】Ｉｖｏｒ　Ｈｏｒｔｏｎ、Ｊａｖａ２编程指南【Ｍ】．北京　

电子工业出版社，　

２００４．