7.7 KiB
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EdgeX GPS设备服务
这是一个基于EdgeX框架的GPS设备服务，用于通过串口读取NMEA GPS数据并集成到EdgeX生态系统中。
🚀 功能特性
核心功能
- ✅ 串口通信: 异步读取GPS设备的串口数据
- ✅ NMEA解析: 支持多种NMEA语句类型（RMC、GGA、GLL、GSA、GSV、VTG等）
- ✅ 数据格式化: 将原始GPS数据转换为人类易读的格式
- ✅ 智能0值处理: 正确处理静止、正北等有效的0值状态
- ✅ 数据缓存: 智能缓存GPS数据，避免数据丢失
- ✅ EdgeX集成: 完全集成到EdgeX设备服务框架
- ✅ 实时监控: 实时解析和显示GPS位置信息
支持的NMEA语句
- RMC (Recommended Minimum): 推荐最小定位信息
- GGA (Global Positioning System Fix Data): GPS定位数据
- GLL (Geographic Position): 地理位置
- GSA (GPS DOP and active satellites): GPS精度因子和活跃卫星
- GSV (GPS Satellites in view): 可见GPS卫星信息
- VTG (Track made good and Ground speed): 航向和地面速度
📁 项目结构
device-gps-go/
├── run/
│ ├── cmd/device-gps/ # 主程序入口
│ │ ├── main.go # 主函数
│ │ ├── configuration.yaml # 服务配置
│ │ ├── device.gps.yaml # 设备配置文件
│ │ └── devices.yaml # 设备实例配置
│ ├── driver/ # GPS驱动实现
│ │ ├── gpsdriver.go # EdgeX驱动接口实现
│ │ ├── gpsController.go # GPS设备控制器
│ │ ├── nmea.go # NMEA协议解析
│ │ ├── serial_port.go # 串口通信
│ │ └── gps_test.go # 单元测试
│ └── config/
│ └── configuration.go # 配置结构定义
├── test_gps_parsing.go # GPS解析测试程序
└── bin/
└── device-gps # 编译后的可执行文件
🛠️ 技术架构
数据流程
串口数据 → UartRX_Task → 数据缓冲区 → NMEA解析 → GPS数据结构 → EdgeX命令处理
关键组件
-
UartRX_Task: 异步串口读取任务
- 使用独立的goroutine处理串口数据
- 智能缓冲区管理，防止数据溢出
- 错误处理和自动恢复
-
NMEA解析器:
- 支持多种NMEA语句格式
- 校验和验证确保数据完整性
- 容错处理，跳过无效数据
-
EdgeX驱动接口:
- 实现标准的ProtocolDriver接口
- 支持读取GPS位置、速度、航向等数据
- 自动事件推送到EdgeX核心服务
📊 支持的数据类型
数据格式化输出
所有GPS数据都经过格式化处理，提供人类易读的输出格式：
| 资源名称 | 数据类型 | 格式示例 | 描述 |
|---|---|---|---|
| latitude | String | 39°58'08.6"N |
GPS纬度（度分秒格式） |
| longitude | String | 116°29'30.0"E |
GPS经度（度分秒格式） |
| altitude | String | 123.4 米 |
海拔高度（带单位） |
| speed | String | 23.15 km/h |
地面速度（带单位） |
| course | String | 45.2° (东北) |
航向角度（带方向描述） |
| utc_time | String | 12:34:56.00 |
UTC时间（HH:MM:SS格式） |
| fix_quality | String | GPS定位 |
定位质量（描述性文本） |
| satellites_used | String | 8 颗卫星 |
使用的卫星数量（描述性文本） |
| hdop | String | 1.20 (良好) |
水平精度因子（带质量评估） |
| gps_status | String | ACTIVE |
GPS状态 |
特殊值处理
系统能够正确处理以下有效的0值情况：
- 0°00'00.0" - 赤道和本初子午线交点坐标
- 0.0 米 - 海平面高度
- 0.00 km/h - 静止状态（停车、等红灯）
- 0.0° (北) - 正北方向
- 00:00:00.00 - 午夜时间
- 无定位 - GPS信号丢失状态
- 0 颗卫星 - 室内或信号遮挡环境
🔧 配置说明
串口配置
GPSCustom:
SerialPort: "/dev/ttyUSB0" # 串口设备路径
BaudRate: 9600 # 波特率
ReadTimeout: "100ms" # 读取超时
Debug: true # 调试模式
设备协议配置
protocols:
UART:
deviceLocation: "/dev/ttyUSB0"
baudRate: "9600"
dataBits: "8"
stopBits: "1"
parity: "none"
🚀 快速开始
1. 编译项目
cd /home/clint/EdgeX/device-gps-go
go build -o bin/device-gps ./run/cmd/device-gps
2. 运行测试
# 运行NMEA解析测试
go run test_gps_parsing.go
# 运行单元测试
go test ./run/driver -v
# 运行特定测试
go test ./run/driver -run TestDataFormatting -v # 数据格式化测试
go test ./run/driver -run TestZeroValueHandling -v # 0值处理测试
go test ./run/driver -run TestNMEAParsing -v # NMEA解析测试
3. 启动GPS设备服务
./bin/device-gps
📝 示例NMEA数据
项目支持解析以下格式的NMEA数据：
$GBGGA,055525.000,3044.368753,N,10357.548051,E,1,04,2.40,129.3,M,-32.3,M,,*5A
$GBRMC,055525.000,A,3044.368753,N,10357.548051,E,0.00,000.00,100625,,,A,C*13
$GBGLL,3044.368753,N,10357.548051,E,055525.000,A,A*4B
$GBGSA,A,2,34,21,07,44,,,,,,,,,2.59,2.40,1.00,4*03
$GBGSV,6,1,21,10,80,005,27,34,76,067,33,38,75,161,28,21,57,046,29,1*71
$GBVTG,000.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*2F
🔍 API接口
读取GPS位置
GET /api/v3/device/name/{deviceName}/location
响应示例：
{
"latitude": "39°58'08.6\"N",
"longitude": "116°29'30.0\"E",
"altitude": "123.4 米"
}
读取GPS状态
GET /api/v3/device/name/{deviceName}/status
响应示例：
{
"fix_quality": "GPS定位",
"satellites_used": "8 颗卫星",
"hdop": "1.20 (良好)",
"gps_status": "ACTIVE"
}
读取运动信息
GET /api/v3/device/name/{deviceName}/motion
响应示例：
{
"speed": "23.15 km/h",
"course": "45.2° (东北)"
}
读取所有GPS数据
GET /api/v3/device/name/{deviceName}/all_data
响应示例：
{
"latitude": "39°58'08.6\"N",
"longitude": "116°29'30.0\"E",
"altitude": "123.4 米",
"speed": "23.15 km/h",
"course": "45.2° (东北)",
"utc_time": "12:34:56.00",
"fix_quality": "GPS定位",
"satellites_used": "8 颗卫星",
"hdop": "1.20 (良好)",
"gps_status": "ACTIVE"
}
🛡️ 错误处理与数据完整性
错误处理机制
- 串口连接失败: 自动重试连接
- 数据解析错误: 跳过无效数据，继续处理
- 缓冲区溢出: 自动清空缓冲区，防止内存泄漏
- 校验和错误: 丢弃无效的NMEA语句
数据完整性保护
- 0值智能处理: 区分"无数据"和"有效0值"
- 多数据源验证: 从多个NMEA语句获取数据，提高可靠性
- 数据有效性检查: 验证坐标格式和方向标识
- 容错机制: 单个数据源失败不影响其他数据获取
特殊情况处理
- 静止状态: 正确处理0速度（车辆停止）
- 正北方向: 正确处理0航向（指向正北）
- 特殊位置: 正确处理赤道/本初子午线坐标
- 信号丢失: 优雅处理GPS信号中断情况
📈 性能优化
- 使用异步goroutine处理串口数据
- 智能缓冲区管理，避免频繁内存分配
- 高效的NMEA解析算法
- 最小化锁竞争，提高并发性能
🔧 故障排除
常见问题
-
串口权限问题
sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0 -
GPS设备未连接
- 检查USB连接
- 确认设备路径正确
-
NMEA数据格式错误
- 检查GPS设备输出格式
- 确认波特率设置正确
📄 许可证
本项目基于Apache 2.0许可证开源。
🤝 贡献
欢迎提交Issue和Pull Request来改进这个项目！