基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸智能終端的實現(xiàn)

胡科，蔡方凱，胡蓉


成都電子機械高等�？茖W校 通信工程系


　　摘 要：介紹了利用單片機控制GPRS調(diào)制解調(diào)器模塊實現(xiàn)GSM網(wǎng)絡GPRS業(yè)務數(shù)據(jù)接入的智能終端系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路實現(xiàn)、單片機與GPRS模塊的接口方式，以及嵌入式TCP/IP協(xié)議在本系統(tǒng)中的應用和實現(xiàn)。


　　關(guān)鍵詞：無線接入系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸終端；單片機；通用無線分組業(yè)務；調(diào)制解調(diào)器；TCP/IP協(xié)議��



一、 引言


　　隨著通信技術(shù)、微電子技術(shù)的進步和智能化建設(shè)的發(fā)展，越來越多的設(shè)備如家電、電表、工業(yè)終端等都有了聯(lián)網(wǎng)的需求，并且有大量的數(shù)據(jù)需要傳輸，而在很多場合有線連接的方式已經(jīng)不能滿足人們的需要，無線接入以其方便、快捷和廉價的優(yōu)勢，彌補了有線方式的不足。覆蓋全國的GPRS網(wǎng)絡已成為一種可持續(xù)利用和開發(fā)的資源，因而在此基礎(chǔ)上開發(fā)出滿足需求的無線接入產(chǎn)品就成為可能。GPRS網(wǎng)絡為GSM網(wǎng)絡的升級結(jié)構(gòu)，在GSM的基站子系統(tǒng)部分增加了分組控制單元，在網(wǎng)絡子系統(tǒng)部分增加了服務GPRS支持節(jié)點（SGSN）和網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點（GGSN），并且都進行了軟件升級，從而實現(xiàn)了GSM網(wǎng)絡平滑升級。目前GSM無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞街饕�有：基于電路交換的數(shù)據(jù)傳輸(CSD，即Circuit Switch Data），如短消息SMS、FAX等；基于分組交換的通用無線分組業(yè)務(GPRS，即General Packet Radio Service）。而其中以GPRS業(yè)務傳輸數(shù)據(jù)具有實時性好、費用低的優(yōu)勢，可以很容易地和其他帶有GPRS接入能力的設(shè)備進行連接和通信，數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送到任何在GSM公網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的遠端服務器或類似的終端中。本系統(tǒng)就是利用單片機對GSM調(diào)制解調(diào)器G18模塊進行控制，采用嵌入式TCP/IP協(xié)議軟核實現(xiàn)GPRS業(yè)務數(shù)據(jù)的裝幀和拆幀，從而實現(xiàn)GPRS業(yè)務數(shù)據(jù)接入。


二、GPRS業(yè)務的優(yōu)勢


　　GPRS是GSM Phase 2+階段引入的一種基于分組的數(shù)據(jù)業(yè)務，是歐洲電信協(xié)會GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標準。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標準、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)，因此它的一個較大的優(yōu)勢是能夠充分利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)。GPRS是基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS充分利用共享無線信道，采用IP Over PPP實現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、遠程接入。作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡向第三代移動通信演變的過渡技術(shù) （2.5G），GPRS在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。


　　GPRS業(yè)務具有接入迅速、永遠在線、流量計費等特點，在遠程突發(fā)性數(shù)據(jù)實時傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢，特別適合于頻發(fā)小數(shù)據(jù)量的實時傳輸，因而GPRS業(yè)務在某些行業(yè)上有特殊的應用，比如：運輸業(yè)、GPS汽車定位；金融、證券和商業(yè)，無線POS、無線ATM、自動售貨機、流動銀行等；遙測、遙感、遙控，如氣象、水文系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，對災害進行遙測和告警，遠程操作；城市公用事業(yè)實時監(jiān)控維護系統(tǒng)，如水、電、氣以及熱水系統(tǒng)、污水管網(wǎng)等的實時監(jiān)控和維護，等等。


　　雖然GPRS按照流量收費，但是當瀏覽有大量圖片的網(wǎng)頁時，費用同樣大得驚人。因此GPRS更適合應用在小數(shù)據(jù)量、低實時性要求的場合，而本系統(tǒng)正是基于此而設(shè)計的。��


三、系統(tǒng)的實現(xiàn)


1�庇布�實現(xiàn)


　　在本系統(tǒng)中，單片機P89C51RD2通過RS232數(shù)據(jù)口，利用MAX232完成TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換后與G18模塊相連接，單片機完成對G18模塊的初始化和基于GPRS業(yè)務的數(shù)據(jù)收發(fā)功能。同時利用芯片16C550實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串/并轉(zhuǎn)換，擴展MAX232標準串口與其它嵌入式系統(tǒng)或PC機進行數(shù)據(jù)交換。同時在本系統(tǒng)中，利用P89C51RD2的串口和ISP功能，完成了系統(tǒng)的軟件編程。圖1是系統(tǒng)的硬件框圖。��




　　P89C51RD2是PHILIPS 公司內(nèi)核基于8 位80C51 單片機的派生產(chǎn)品，它在完全保留80C51 指令系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)的大框架外，做了多方面的加強、擴展、和創(chuàng)新，最大限度地利用了原有結(jié)構(gòu)。它將原有的對外數(shù)據(jù)和程序存儲器的16 位尋址機制加以利用，把片上的RAM 擴展到1K 字節(jié)、片上的FLASH EPROM 擴展到64K 字節(jié)，滿足當今用嵌入式高級語言對片上大存儲容量的需要。


　　該芯片的２個最顯著特點是：ISP（In-System Programming）功能和IAP（In-ApplicationProgramming）功能。ISP 為在系統(tǒng)可編程，是指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng)編程的器件也可以用ISP 方式擦除或再編程。IAP 為在應用中可編程，是指MCU可以在系統(tǒng)中獲取新代碼，并對自己重新編程，即可用程序來改變程序。在系統(tǒng)中我們利用P89C51RD2的串口實現(xiàn)了ISP功能，進行系統(tǒng)的軟件編程。


　　G18模塊是摩托羅拉公司生產(chǎn)的GSM調(diào)制解調(diào)器，它支持２種操作模式，一種是電路交換數(shù)據(jù)模式CSD，支持語音、數(shù)據(jù)、SMS和FAX業(yè)務；一種是分組交換模式GPRS，采用多時隙，支持CS1—CS4編碼。兩者最大的區(qū)別是GPRS傳輸數(shù)據(jù)時不需要再撥號，2種模式的選擇是通過硬件電路實現(xiàn)。G18模塊提供9線的RS232接口和DSC總線接口2種方式。��


2．TCP/IP協(xié)議軟件實現(xiàn)


　　在本系統(tǒng)中，需要利用TCP/IP協(xié)議來完成GPRS業(yè)務數(shù)據(jù)的裝幀和拆幀，而由于MCU資源有限，怎樣在有限的資源上完成必需的功能就是嵌入式TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)的關(guān)鍵所在，也就是合理地簡化協(xié)議。通常TCP/IP協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)，其分層模型及協(xié)議如表1所示。



　　應用層：就是負責處理特定的應用程序細節(jié)，在本系統(tǒng)中只實現(xiàn)HTTP協(xié)議。


　　傳輸層：主要為２臺主機上的應用程序提供端到端的通信，TCP協(xié)議是為２臺主機提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信，這里采用TCP傳輸控制協(xié)議。


　　網(wǎng)絡層：Internet所有的數(shù)據(jù)都以IP 數(shù)據(jù)報格式傳輸，其最大特點是提供不可靠的和無連接的數(shù)據(jù)包傳送服務。在GPRS業(yè)務中，每一次鏈接都會具體分配一個IP地址，因此用ARP/RARP協(xié)議完成IP地址與物理地址的映射，即地址解析。用ICMP協(xié)議判斷網(wǎng)絡是否連通。��數(shù)據(jù)鏈路層：GPRS業(yè)務是采用IP Over PPP實現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的接入，這部分功能由單片機控制G18模塊，采用PPP協(xié)議實現(xiàn)。


　　在應用要求高的場合，通常需要支持完整的TCP/IP協(xié)議族，而在嵌入式系統(tǒng)中也是可以做到的，但是考慮到成本和具體的應用場合，則沒有必要包括所有的TCP/IP協(xié)議族�？梢钥吹�，采用TCP/IP協(xié)議需要對它進行合理的裁剪，以滿足小ROM系統(tǒng)的情況。��


3．工作原理


　　在利用G18模塊的GPRS業(yè)務瀏覽HTTP等功能之前，必須先激活GPRS網(wǎng)的PDP連接，單片機通過正確的AT指令和GPRS命令集對G18模塊進行初始化和數(shù)據(jù)的接收發(fā)送，其工作流程如圖2所示。


　　當單片機上電復位后，首先對16C550進行初始化，完成與外接模塊協(xié)商處理，如波特率、是否有奇偶校驗等；接著通過P3口對G18模塊進行初始化，檢查諸如SIM卡情況、GPRS網(wǎng)絡覆蓋情況、信號情況等。接下來將對16C550實現(xiàn)中斷掃描監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)來了，就啟動數(shù)據(jù)處理過程；如果沒有，系統(tǒng)則進入節(jié)電模式。在數(shù)據(jù)處理過程中，如果檢測到系統(tǒng)的信號不好，網(wǎng)絡連接不暢通，或者不是GPRS網(wǎng)絡覆蓋區(qū)，將進行不同的處理。


　　在調(diào)試過程中，可以看到要保證系統(tǒng)的穩(wěn)健性是非常困難的，特別是考慮到實際系統(tǒng)的時候。��



四、結(jié)束語


　　本系統(tǒng)采用嵌入式TCP/IP協(xié)議，在單片機上實現(xiàn)了對G18模塊的控制，并實現(xiàn)了GPRS業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸功能，具有成本低、電路簡單的特點。GPRS無線智能控制終端以GPRS網(wǎng)絡為基礎(chǔ)，它的無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)有很廣泛的應用：首先是支持傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)應用，或者公司內(nèi)部網(wǎng)(INTRANET)，或者基于IP的遠程LAN接入；其次可以支持B2B、B2C的電子商務和電子支付、股票交易、銀行轉(zhuǎn)帳等應用；最后還可用于抄表、遙測、車輛交通工具定位、自動售貨機控制管理。該智能終端將使得這些應用更容易、更廣泛、更廉價。��



參考文獻



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［３］陳學泉，關(guān)宇東�鼻度胧絋CP/IP協(xié)議單片機技術(shù)在網(wǎng)絡通信中的應用.電子技術(shù)應用［Ｊ］．2002，（8）：48～49．��




摘自　電訊技術(shù)