====== GPS: сообщения NMEA ======
GPS-модули общаются с управляющей платой с помощью NMEA-сообщений (от «National Marine Electronics Association») — это стандарт передачи данных оборудования навигации, связи и других информационных сетей.
{{ :articles:gps:nmea:nmea.1.jpg?nolink |}}
NMEA — это так же простой и понятный формат, который позволяет не только обеспечить обмен данными между GPS приемниками и навигационными программами, но и дает пользователям некоторое представление о принципах работы спутниковой навигационной аппаратуры.

===== Исходящие сообщения NMEA =====
Данные с GPS-модуля передаются на управляющую электронику в текстовом формате NMEA, состоят из последовательного набора данных, разделенных запятыми. Каждое NMEA сообщение начинается с ''$'', заканчивается ''\n'' (перевод строки) и не может быть длиннее 80 символов.

==== Список сообщений ====
  * AAM – Прибытие в путевую точку
  * ALM – Данные альманаха
  * АPA – Данные автопилота «А»
  * APB – Данные автопилота «В»
  * BOD – Азимут на пункт назначения
  * DTM – Используемый датум
  * GGA – Информация о фиксированном решении
  * GLL – Данные широты и долготы
  * GSA – Общая информация о спутниках
  * GSV – Детальная информация о спутниках
  * MSK – Передача управлению базовому приемнику
  * MSS – Статус базового приемника
  * RMA – Рекомендованный набор данных системы «Loran»
  * RMB – Рекомендованный набор навигационных GPS данных
  * RMC – Рекомендованный минимальный набор GPS данных
  * RTE – Маршрутная информация VTG – Вектор движения и скорости
  * WCV – Данные скорости вблизи путевой точки
  * WPL – Данные путевой точки
  * XTC – Ошибка отклонения от трека
  * XTE – Измеренная ошибка отклонения от трека
  * ZTG – UTC время и оставшееся время до прибытия в точку назначения
  * ZDA – Дата и время.

Некоторые из NMEA сообщений могут содержать одинаковые поля данных, либо полностью содержать данные других, меньших по размеру, NMEA сообщений.

==== Содержание NMEA сообщений ====
=== GGA - информация о фиксированном решении ===
Самое популярное и наиболее используемое NMEA сообщение с информацией о текущем фиксированном решении – горизонтальные координаты, значение высоты, количество используемых спутников и тип решения.
<code>
$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47
</code>
  * GGA – NMEA Заговолок
  * 123519 –UTC время 12:35:19
  * 4807.038, N – Широта, 48 градусов 7.038 минуты северной широты
  * 01131.000, Е – Долгота, 11 градусов 31.000 минуты восточной долготы
  * 1 – тип решение, StandAlone решение
    * 0 – нет решения,
    * 1 – StandAlone,
    * 2 – DGPS,
    * 3 – PPS,
    * 4 – фиксированный RTK,
    * 5 – не фиксированный RTK,
    * 6 – использование данных инерциальных систем,
    * 7 – ручной режим,
    * 8 – режим симуляции
  * 08 – количество используемых спутников
  * 0.9 – геометрический фактор, HDOP
  * 545.4, М – высота над уровнем моря в метрах
  * 46.9, М – высота геоида над эллипсоидом WGS 84
  * [пустое поле] – время прошедшее с момента получения последней DGPS поправки. Заполняется при активизации DGPS режима
  * [пустое поле] – идентификационный номер базовой станции. Заполняется при активизации DGPS режима.

=== RMC — рекомендованный минимальный набор GPS данных ===
Это NMEA сообщение содержит весь наборы, так называемых «PVT» данных. «PVT» — общепринятое сокращение от «position, velocity, time» (позиция, скорость, время).
<code>
$GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6A
</code>
  * RMC – NMEA заголовок
  * 123419 – UTC время, 12:34:59
  * А – статус (А- активный, V- игнорировать)
  * 4807.038,N – Широта, 48 градусов 07.038 минут северной широты
  * 01131.000,Е – Долгота, 11 градусов 31.000 минута восточной долготы
  * 022.4 – Скорость, в узлах
  * 084.4 – Направление движения, в градусах
  * 230394 – Дата, 23 марта 1994 года
  * 003.1,W – Магнитные вариации

===== Входящие сообщения NMEA =====
По умолчанию в GPS-модуле установлены дефолтные настройки. Например частота отдачи данных на принимающее устройство или скорость общение с управляющей платой. При желании можно модуль настроить под себя.

Управление работой GPS-модуля осуществляется при помощи [[http://naviaglonass.ru/wp-content/uploads/Opisanie-komand-NL3333_KL3333-i-SL3333E-v1_0.pdf|специальных NMEA –
подобных команд.]] <WRAP center round important 85%>
GPS-модуль не сохраняет настройки в своей памяти. После сброса питания, модуль вернётся в своё первоначальное состояние. 
</WRAP>
Пример команды установки скорости общения ''9600 бод''.
<code>
$PMTK251,9600*17\r\n
</code>
Каждое входное NMEA-сообщение должно начинаться с символа ''$'' и заканчивается символами ''\r\n'':
  * ''$'' — служебный символ;
  * ''PMTK'' — идентификатор;
  * ''251'' — тип команды (в данном случае команда смена скорости);
  * ''9600'' — данные (в данном случае установка 9600);
  * ''*'' — символ окончания данных;
  * ''17'' — контрольная сумма;
  * ''\r'' — возврат каретки ''<CR>'';
  * ''\n'' — начало строки ''<CL>''.
Контрольная сумма — восьмибитная (исключающая ИЛИ) всех символов сообщения, включая пробелы, расположенных между разделителями ''$'' и ''*''. Для нахождения контрольной суммы используйте [[http://nmeachecksum.eqth.net/|NMEA Checksum Calculator]].

==== Пример работы для HardwareSerial ====
<WRAP steps>
По умолчания GPS-модуль отдаёт данные раз в секунду. В качестве примера выведем сырые данные в формате NMEA-сообщений и и увеличим отдачу данных до 10 раз в секунду.
  - Прошейте плату Arduino скетчем проброса данных с ''USB'' на аппаратный ''UART''.<code cpp HardwareSerialGpsToUsb.ino>
// serial-порт к которому подключён GPS-модуль
#define GPS_SERIAL    Serial1

void setup()
{
  // открываем последовательный порт для мониторинга действий в программе
  // и передаём скорость 115200 бод
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial) {
  }
  Serial.print("\r\nSerial init OK\r\n");
  // открываем Serial-соединение с GPS-модулем
  // и передаём скорсть 115200 бод
  GPS_SERIAL.begin(115200);
}

void loop()
{
  // если приходят данные из GPS-модуля - отправим их в порт компьютера
  if (GPS_SERIAL.available()) {
    Serial.write(GPS_SERIAL.read());
  }
  // если приходят данные из компьютера - отправим их в GPS-модуль
  if (Serial.available()) {
    GPS_SERIAL.write(Serial.read());
  }
}
</code>
  - Откройте монитор Serial-порта, нажав на иконку лупы.{{ :articles:gps:nmea:nmea-hard.1x.png?nolink |}}
  - Установите скорость обмена данными на ''115200'' бод и установите дополнительные параметры ''NL''— новой строки и ''CR'' — возврат каретки. В итоге каждую секунду вы будете получать данные в формате ''NMEA-сообщений''.{{ :articles:gps:nmea:nmea-hard.2x.png?nolink |}}
  - Из [[http://naviaglonass.ru/wp-content/uploads/Opisanie-komand-NL3333_KL3333-i-SL3333E-v1_0.pdf|документации на NMEA-команды]] находим команду:<code>$PMTK220,variable*<CS><CR><LF></code>
    - ''variable'' — значение от 100 до 10000 в миллисекундах, нашем случае это 100. 
    - ''CS'' — контрольная сумма;
    - ''CR'' — возврат каретки ''\r'';
    - ''LF'' — новая строка ''\n''.
  - Перейдите на сайт [[http://nmeachecksum.eqth.net/|NMEA Checksum Calculator]].{{ :articles:gps:nmea:nmea-hard.3.png?nolink |}}
  - Введите команду ''PMTK220,100'' в поле ввода ''Command'' и нажмите кнопку ''Enter''. В окне ''With checksum'' вы получите команду вместе с контрольной суммой.{{ :articles:gps:nmea:nmea-hard.4x.png?nolink |}}
  - В окне ввода информации введите вместе с контрольной суммой NMEA-команду смены скорости отдачи данных до десяти раз в секунду и нажмите кнопку ''Отправить''<code>$PMTK220,100*2F</code>{{ :articles:gps:nmea:nmea-hard.5x.png?nolink |}}
Если всё прошло правильно, теперь данные с GPS-модуля будут приходить до десяти раз в секунду.
</WRAP>
==== Пример работы для SoftwareSerial ====
В качестве примера выведем сырые данные в формате NMEA-сообщений с GPS-модуля.
  - Прошейте плату Arduino скетчем проброса данных с ''USB'' на программный ''UART''.<code cpp SoftwareSerialGpsToUsb.ino>
// библиотека для работы программного Serial
#include <SoftwareSerial.h>

// создаём объект для работы с программным Serial
// и передаём ему пины TX и RX
SoftwareSerial mySerial(4, 5);

// serial-порт к которому подключён GPS-модуль
#define GPS_SERIAL    mySerial

void setup()
{
  // открываем последовательный порт для мониторинга действий в программе
  // и передаём скорость 9600 бод
  Serial.begin(9600);
  // ждём, пока не откроется монитор последовательного порта
  // для того, чтобы отследить все события в программе
  while (!Serial) {
  }
  Serial.print("Serial init OK\r\n");
  // открываем Serial-соединение с GPS-модулем на скорости 115200 бод
  GPS_SERIAL.begin(115200);
  // печатаем строку
  Serial.println("GPS init is OK on speed 115200");
  // изменяем скорость обещение GPS-модуля с управляющей платой на 9600 бод
  // используем NMEA-команду «$PMTK251,9600*17\r\n»
  GPS_SERIAL.write("$PMTK251,9600*17\r\n");
  // закрываем Serial-соединение с GPS-модулем
  GPS_SERIAL.end();
  // открываем Serial-соединение с GPS-модулем на скорости 9600 бод
  GPS_SERIAL.begin(9600);
  // печатаем строку
  Serial.print("GPS init is OK on speed 9600");
}

void loop()
{
  // если приходят данные из GPS-модуля - отправим их в порт компьютера
  if (GPS_SERIAL.available()) {
    Serial.write(GPS_SERIAL.read());
  }
  // если приходят данные из компьютера - отправим их в GPS-модуль.
  if (Serial.available()) {
    GPS_SERIAL.write(Serial.read());
  }
}
</code>
  - Откройте монитор Serial-порта, нажав на иконку лупы.{{ :articles:gps:nmea:nmea-soft.1x.png?nolink |}}
  - Установите скорость обмена данными на ''9600'' бод и установите дополнительные параметры ''NL''— новой строки и ''CR'' — возврат каретки. В итоге вы должны увидеть данные в полном формате ''NMEA-сообщений''.{{ :articles:gps:nmea:nmea-soft.2x.png?nolink |}} - Из [[http://naviaglonass.ru/wp-content/uploads/Opisanie-komand-NL3333_KL3333-i-SL3333E-v1_0.pdf|документации на NMEA-команды]] находим команду:<code>$PMTK220,variable*<CS><CR><LF></code>
    - ''variable'' — значение от 100 до 10000 в миллисекундах, нашем случае это 100. 
    - ''CS'' — контрольная сумма;
    - ''CR'' — возврат каретки ''\r'';
    - ''LF'' — новая строка ''\n''.
  - Перейдите на сайт [[http://nmeachecksum.eqth.net/|NMEA Checksum Calculator]].{{ :articles:gps:nmea:nmea-soft.3.png?nolink |}}
  - Введите команду ''PMTK220,100'' в поле ввода ''Command'' и нажмите кнопку ''Enter''. В окне ''With checksum'' вы получите команду вместе с контрольной суммой.{{ :articles:gps:nmea:nmea-soft.4x.png?nolink |}}
  - В окне ввода информации введите вместе с контрольной суммой NMEA-команду смены скорости отдачи данных до десяти раз в секунду и нажмите кнопку ''Отправить''<code>$PMTK220,100*2F</code>{{ :articles:gps:nmea:nmea-soft.5x.png?nolink |}}
Если всё прошло правильно, теперь данные с GPS-модуля будут приходить до десяти раз в секунду.

===== Полезные ресурсы =====