一、GPS基本概念
全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）是美国发射的一组卫星，通过这些卫星和相应的地面设备可以追踪定位到地球上的物体。其原理是通过卫星发射一种高频信号，设备收到信号后通过测量信号传递的时间差从而计算出自己的位置。
二、GPS协议定义
GPS协议是一组规定卫星位置信息的通讯协议，常见的包括NMEA0183、UBX等类型。
三、NMEA0183协议
NMEA0183协议是指由国际海事电子电气工程师协会（NMEA）制定的一套GPS通讯协议，用于GPS接收机和其他设备之间的数据交换和互通。这个协议规定了GPS数据的格式和传输方式，主要包括以下内容：
- 数据类型标识符：每个信息都以两个字母开头表示
- 数据字段：每个信息中包含多个数据字段，以逗号分割
- 数据生成时间：每个信息都包含了生成时间
具体的数据类型包括：位置、速度、日期、时间、定位质量等等。
以下是一个NMEA0183 GPGGA协议的代码示例：
$GPGGA,001304.00,3105.44575,N,12128.33376,E,1,08,1.06,5.4,M,19.0,M,,*76
四、UBX协议
UBX协议是指由u-blox公司制定的一套GPS通讯协议，用于GPS接收机和其他设备之间的数据交换和互通。这个协议相比NMEA0183协议更加灵活，且数据传输也更加高效。UBX协议同样包含了位置、速度等常见的数据类型，但具体的数据结构和格式与NMEA0183协议有所不同。
以下是一个UBX协议的代码示例：
B5 62 01 21 14 00 81 42 15 87 D8 00 00 80 25 00 00 07 00 CC 07 14 00 0E 3A 2C 3B 14 F6 07 FD 69 7F 06 00 3E 3E 00 00 00 02 00 00 00 00 00 00 23 74
五、GPS模块驱动
为了在代码中使用GPS协议，我们需要使用一个GPS模块驱动，该驱动负责与GPS模块通讯并解析其发送的数据。以下是一个Python语言的GPS模块驱动程序的代码示例：
import serial
import pynmea2
ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 4800)
while True:
try:
data = ser.readline().decode('ascii')
if data.startswith('$GPGGA'):
msg = pynmea2.parse(data)
print(msg.latitude, msg.longitude)
except:
pass
六、GPS调试工具
为了方便调试GPS模块，我们可以使用一些GPS调试工具，这些工具可以通过串口连接GPS模块并实时显示接收到的数据。以下是一个常见的GPS调试工具——U-Center的界面截图：
七、GPS在应用中的使用
GPS在应用中可以用于车辆导航、物流追踪、无人机控制等多种场景。以下是一个基于GPS定位的天气预报应用的代码示例：
import requests
class WeatherAPI:
def __init__(self, lat, lon):
self.lat = lat
self.lon = lon
def get_weather(self):
url = f'https://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?lat={self.lat}&lon={self.lon}&appid=API_KEY'
response = requests.get(url)
if response.status_code == 200:
return response.json()['weather'][0]['main']
else:
return 'Unknown'
在这个例子中，我们通过GPS定位得到了当前设备所在的经纬度，并使用了一个天气预报API获取了当前位置的天气情况。
