一種基于Sim卡座的GPRS無線通信模塊設(shè)計(jì)

◇ GPRS無線數(shù)傳模塊

GPRS無線模塊作為終端的無線收發(fā)模塊，把從單片機(jī)發(fā)送過來的IP包或基站轉(zhuǎn)來得的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后再轉(zhuǎn)發(fā)。

GPRS模塊采用德國Simens公司生產(chǎn)的MC35模塊。MC35模塊主要由射頻天線，內(nèi)部Flash、SRAM、GSM基帶處理器、匹配電源和一個(gè)40腳的ZIF插座組成。GSM基帶處理器是核心部件，其作用相當(dāng)于一個(gè)協(xié)議處理器，用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送AT指令，射頻天線部分主要實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制和解調(diào)，以及外部射頻信號與內(nèi)部基帶處理器之間的信號轉(zhuǎn)換，匹配電源為處理器基射頻部分提供所需的電源。MC35的外圍電路如圖4所示。

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圖中，由AS2815將外部電壓轉(zhuǎn)換成3.3V工作電壓。系統(tǒng)中的啟動(dòng)電路由三極管和上電復(fù)位電路組成，模塊上電后，為使之正常工作，必須在15腳加至少100ms的低電平信號，啟動(dòng)后，15腳信號應(yīng)保持高電平。

MC35在ZIF連接器上為SIM卡接口預(yù)留的引腳數(shù)為6個(gè)，要注意的是，CCIN引腳用來檢測SIM卡座是否插有SIM卡，當(dāng)插入SIM卡，該引腳置為高電平時(shí)，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作。

SYNC引腳有兩種工作模式：一種是指示發(fā)射狀態(tài)時(shí)的功率增長情況，另一種是指示MC35的工組狀態(tài)，本設(shè)計(jì)中使用后一種模式，LED熄滅時(shí)，表明MC35處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài);當(dāng)LED為600ms亮/600ms熄時(shí)，表明SIM卡沒有插入或MC35正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登陸;當(dāng)LED為75ms為亮/3s熄時(shí)，表明MC35已登陸進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，處于待機(jī)狀態(tài)。

單片機(jī)通信程序設(shè)計(jì)

該程序軟件中的所有代碼都用C語言編寫，在Keil環(huán)境中編譯，Keil是Keil Software公司為8051及其兼容產(chǎn)品提供的專門開發(fā)工具，它支持在系統(tǒng)調(diào)試，Keil中C51譯碼器很好地集成了RTX多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，編寫程序時(shí)，需在源代碼頭加入“#incluede rtx51.h”.所有代碼調(diào)試后經(jīng)由TI Downloader下載到存儲器中。

目前，絕大多數(shù)基于GPRS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)所使用的GPRS模塊不支持TCP/IP協(xié)議，也就是說，要想工作在相同的網(wǎng)絡(luò)層面上，其內(nèi)部傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須都要采用相同的協(xié)議，所以除了利用GPRS模塊的功能外，必須在單片機(jī)系統(tǒng)中嵌入按TCP/IP和PPP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)編寫的程序，從而使設(shè)計(jì)的終端設(shè)備能夠方便的應(yīng)用GPRS數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)。

◇ TCP/IP協(xié)議的嵌入

有很多種方法可以完成協(xié)議轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)利用在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTX51中移植部分IP和PPP協(xié)議來增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和產(chǎn)品開發(fā)的可延續(xù)性。

TCP/IP協(xié)議是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議套件，可以用分層模型來描述，數(shù)據(jù)打包處理數(shù)據(jù)時(shí)，每一層把自己的信息添加到一個(gè)數(shù)據(jù)頭中，而這個(gè)數(shù)據(jù)頭又被下一層中的協(xié)議包裝到數(shù)據(jù)體中。數(shù)據(jù)解包處理程序接收到GPRS數(shù)據(jù)時(shí)，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)頭剝離，并把數(shù)據(jù)包的其余部分當(dāng)做數(shù)據(jù)體對待。

考慮到嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用了系統(tǒng)開銷較小的IIP+UDP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)GPRS通信，主機(jī)發(fā)送的UDP數(shù)據(jù)報(bào)文經(jīng)GPRS通道傳送給GPRS通信模塊，GPRS通信模塊負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行解析，解析后的數(shù)據(jù)按照一定的波特率串行傳送給用戶終端。

◇ 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)包在主機(jī)和GPRS服務(wù)器群中傳輸使用的是基于IP的分組，即所有的數(shù)據(jù)報(bào)文都要基于IP包，但明文傳送IP包不可取。故一般使用PPP協(xié)議進(jìn)行傳輸，模塊向網(wǎng)關(guān)發(fā)送PPP報(bào)文都會傳送到Internet網(wǎng)中相應(yīng)的地址。而從Internet傳送過來的應(yīng)答幀也同樣會根據(jù)IP地址傳送到GPRS模塊，從而實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和Internet網(wǎng)絡(luò)通過GPRS模塊的透明傳輸。

要注意的是，GSM網(wǎng)絡(luò)無靜態(tài)IP地址，故其他通信設(shè)備不能向它提出建立連接請求，監(jiān)控中心必須擁有一個(gè)固定的IP,以便監(jiān)測終端可以在登陸GSM網(wǎng)絡(luò)后通過該IP找到監(jiān)控中心，關(guān)于這一點(diǎn)，很容易解決，只需在電信申請相應(yīng)的服務(wù)就可以了。

GPRS模塊登陸上GSM網(wǎng)絡(luò)后，自動(dòng)連接到數(shù)據(jù)中心，向數(shù)據(jù)中心報(bào)告其IP地址，并保持和維護(hù)數(shù)據(jù)鏈路的連接，GPRS監(jiān)測鏈路的連接情況，一旦發(fā)生異常，GPRS模塊自動(dòng)重新建立鏈路，數(shù)據(jù)中心和GPRS模塊之間就可以通過I地址通過UDP/IP協(xié)議進(jìn)行雙向通信，實(shí)現(xiàn)透明的可靠數(shù)據(jù)傳輸。

上位機(jī)監(jiān)控中心的設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心的功能是實(shí)現(xiàn)GPRS信息的接收和保存，設(shè)計(jì)語言采用Microsoft公司的Visual C++編程語言，C++語言應(yīng)用靈活，功能強(qiáng)大，并對網(wǎng)絡(luò)編程和數(shù)據(jù)庫有強(qiáng)大的支持。

由于通過GPRS中心監(jiān)控部分可以直接訪問互聯(lián)網(wǎng)，所以監(jiān)控部分并不需要再設(shè)置GPRS模塊，中心只需通過中心軟件偵聽網(wǎng)絡(luò)，接收GPRS無線模塊傳來的UDP協(xié)議的IP包和發(fā)送上位機(jī)控制信息，以實(shí)現(xiàn)與GPRS終端的IP協(xié)議通信。接收到的信息要保存到中心的數(shù)據(jù)庫中，以備查歷史記錄。數(shù)據(jù)庫采用Access,用VC編制的界面窗口能推動(dòng)AD()訪問Access中的數(shù)據(jù)，也可通過Socket接收網(wǎng)絡(luò)終端信息。

Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API,Socket接口定義了許多函數(shù)和例程，程序員可以利用它來開發(fā)TCPIP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序，VC中的MFC列提供了CAsyncSocket這樣一個(gè)套接字類，用它來實(shí)現(xiàn)Socket編程非常方便，本設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)報(bào)文式的Socket,這是一種無連接的Socket,對應(yīng)于無連接的UDP服務(wù)應(yīng)用。

CAsyncSocket使用DoCallBack函數(shù)來處理MFC消息，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時(shí)，DoCallBack函數(shù)按照網(wǎng)絡(luò)時(shí)間類型FD_READ、FD_WRITE、FD_ACCEPT和FD_CON-NECT來分別調(diào)用OnReceive、OnSend、OnAccept和OnCon-nect函數(shù)，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的事件，從而完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信。

結(jié)束語

本文采用嵌入式TCP/IP協(xié)議，通過高速8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)GPRS業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸功能，具有外圍電路少，電路簡單，系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，通過標(biāo)準(zhǔn)RS232串口和外部控制器連接，只需按照預(yù)先規(guī)定的協(xié)議就可互相通信，通用性較強(qiáng)，系統(tǒng)軟件均使用C語言編寫，稍加改動(dòng)就可以在各種控制器上實(shí)現(xiàn)，可移植性也較強(qiáng)。

基于GPRS的系統(tǒng)有有一定的缺點(diǎn)，例如，現(xiàn)在的GPRS網(wǎng)還不夠穩(wěn)定，有丟包的現(xiàn)象，主控制器要實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議，使用起來比較復(fù)雜;上位機(jī)基于互聯(lián)網(wǎng)的解決方案保密性較差等，上述問題經(jīng)過精細(xì)設(shè)計(jì)是可以避免和解決的，所以基于GPRS的設(shè)計(jì)仍具有無可比擬的優(yōu)勢。