基于GPRS数据传输智能终端的实现

2003年第4期　　

　　　　　　　　　　　研究与开发

RESEARCH&DEVELOPMENT

文章编号:1001-893X(2003)05-0117-03

基于GPRS数据传输智能终端的实现3

Ξ

胡　科,蔡方凯,胡　蓉

(成都电子机械高等专科学校通信工程系,四川成都610031)

摘　要:介绍了利用单片机控制GPRS调制解调器模块实现GSM网络GPRS业务数据接入的智能终

端系统,详细介绍了系统的硬件电路实现、单片机与GPRS模块的接口方式,以及嵌入式TCP/IP协议在本系统中的应用和实现。

关键词:无线接入系统;数据传输终端;单片机;通用无线分组业务;调制解调器;TCP/IP协议中图分类号:TN915.5　　文献标识码:A

ImplementationofGPRS-basedIntelligentDataTransmissionTerminalHUKe,CAIFang-kai,HURong

(DeptartmentofCommunicationEngineering,ChengduElectromechanicalCollege,Chengdu610031,China)Abstract:Asingle-chipmicrocomputercontrolledGPRSmodemisproposed,whichisusedasanintelligentterminalforaccessingGPRStrafficfromGSMnetwork.Thehardwarecircuitimplementation,theinterfacebe2tweenthesingle-chipmicrocomputerandthemodem,andapplicationsandimplementationofembeddedTCP/IPprotocolinthissystemareintroduced.

Keywords:Wirelessaccessingsystem;Datatransmissionterminal;Single-chipmicrocomputer;GPRS;Modem;TCP/IP

节点(GGSN),并且都进行了软件升级,从而实现了

一、引　　言

随着通信技术、微电子技术的进步和智能化建设的发展,越来越多的设备如家电、电表、工业终端

等都有了联网的需求,并且有大量的数据需要传输,而在很多场合有线连接的方式已经不能满足人们的需要,无线接入以其方便、快捷和廉价的优势,弥补了有线方式的不足。覆盖全国的GPRS网络已成为一种可持续利用和开发的资源,因而在此基础上开发出满足需求的无线接入产品就成为可能。GPRS网络为GSM网络的升级结构,在GSM的基站子系统部分增加了分组控制单元,在网络子系统部分增加了服务GPRS支持节点(SGSN)和网关GPRS支持

GSM网络平滑升级。目前GSM无线数据传输的方

式主要有:基于电路交换的数据传输(CSD,即CircuitSwitchData),如短消息SMS、FAX等;基于分组交换

的通用无线分组业务(GPRS,即GeneralPacketRadioService)。而其中以GPRS业务传输数据具有实时性

好、费用低的优势,可以很容易地和其他带有GPRS接入能力的设备进行连接和通信,数据通过GPRS网络发送到任何在GSM公网覆盖范围内的远端服务器或类似的终端中。本系统就是利用单片机对GSM调制解调器G18模块进行控制,采用嵌入式TCP/IP协议软核实现GPRS业务数据的装帧和拆

帧,从而实现GPRS业务数据接入。

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收稿日期:2003-07-31

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二、GPRS业务的优势

GPRS是GSMPhase2+阶段引入的一种基于分

组的数据业务,是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构,因此它的一个较大的优势是能够充分利用现有的GSM网。GPRS是基于GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道,采用IPOverPPP实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术(2.5G),GPRS在许多方面都具有显著的优势。

GPRS业务具有接入迅速、永远在线、流量计费

图1　系统的硬件框图

　　P89C51RD2是PHILIPS公司内核基于8位80C51单片机的派生产品,它在完全保留80C51指

令系统和硬件结构的大框架外,做了多方面的加强、扩展、和创新,最大限度地利用了原有结构。它将原有的对外数据和程序存储器的16位寻址机制加以利用,把片上的RAM扩展到1K字节、片上的FLASHEPROM扩展到64K字节,满足当今用嵌入式

等特点,在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势,特别适合于频发小数据量的实时传输,因而GPRS业务在某些行业上有特殊的应用,比如:运输业、GPS汽车定位;金融、证券和商业,无线POS、无线ATM、自动售货机、流动银行等;遥测、遥感、遥控,如气象、水文系统收集数据,对灾害进行遥测和告警,远程操作;城市公用事业实时监控维护系统,如水、电、气以及热水系统、污水管网等的实时监控和维护,等等。

虽然GPRS按照流量收费,但是当浏览有大量图片的网页时,费用同样大得惊人。因此GPRS更适合应用在小数据量、低实时性要求的场合,而本系统正是基于此而设计的。

高级语言对片上大存储容量的需要。

该芯片的2个最显著特点是:ISP(In-SystemProgramming)功能和IAP(In-ApplicationProgram2ming)功能。ISP为在系统可编程,是指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码,而不需要从电路板上取下器件,已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。IAP为在应用中可编程,是指MCU可以在系统中获取新代码,并对自己重新编

程,即可用程序来改变程序。在系统中我们利用P89C51RD2的串口实现了ISP功能,进行系统的软

件编程。

三、系统的实现

11硬件实现

G18模块是摩托罗拉公司生产的GSM调制解调

器,它支持2种操作模式,一种是电路交换数据模式CSD,支持语音、数据、SMS和FAX业务;一种是分组

在本系统中,单片机P89C51RD2通过RS232数据口,利用MAX232完成TTL/CMOS电平转换后与G18模块相连接,单片机完成对G18模块的初始化和基于GPRS业务的数据收发功能。同时利用芯片16C550实现数据的串/并转换,扩展MAX232标准串口与其它嵌入式系统或PC机进行数据交换。同时在本系统中,利用P89C51RD2的串口和ISP功能,完成了系统的软件编程。图1是系统的

交换模式GPRS,采用多时隙,支持CS1—CS4编码。两者最大的区别是GPRS传输数据时不需要再拨号,2种模式的选择是通过硬件电路实现。G18模块提供9线的RS232接口和DSC总线接口2种方式。

2.TCP/IP协议软件实现

在本系统中,需要利用TCP/IP协议来完成GPRS业务数据的装帧和拆帧,而由于MCU资源有

限,怎样在有限的资源上完成必需的功能就是嵌入式TCP/IP协议实现的关键所在,也就是合理地简化协议。通常TCP/IP协议采用分层结构,其分层模型及协议如表1所示。

硬件框图。

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在调试过程中,可以看到要保证系统的稳健性

是非常困难的,特别是考虑到实际系统的时候。

表1　TCP/IP协议结构

应用层

(Application)传输层(Transport)网络层(Internet)数据链路层(Network)

HTTP、Telnet、FTP、SMTP、SNMP

TCP、UDP

IP、ARP、RARP、ICMP、IGMPEthernet、X.25、SLIP、PPP

　　应用层:就是负责处理特定的应用程序细节,在

本系统中只实现HTTP协议。

传输层:主要为2台主机上的应用程序提供端到端的通信,TCP协议是为2台主机提供高可靠性的数据通信,这里采用TCP传输控制协议。

网络层:Internet所有的数据都以IP数据报格式传输,其最大特点是提供不可靠的和无连接的数据包传送服务。在GPRS业务中,每一次链接都会具体分配一个IP地址,因此用ARP/RARP协议完成IP地址与物理地址的映射,即地址解析。用ICMP协议判断网络是否连通。

数据链路层:GPRS业务是采用IPOverPPP实现数据终端的接入,这部分功能由单片机控制G18模块,采用PPP协议实现。

在应用要求高的场合,通常需要支持完整的TCP/IP协议族,而在嵌入式系统中也是可以做到

图2　单片机的工作流程　　四、结束语

本系统采用嵌入式TCP/IP协议,在单片机上实

现了对G18模块的控制,并实现了GPRS业务的数据传输功能,具有成本低、电路简单的特点。GPRS无线智能控制终端以GPRS网络为基础,它的无线数据系统有很广泛的应用:首先是支持传统的互联网应用,或者公司内部网(INTRANET),或者基于IP的远程LAN接入;其次可以支持B2B、B2C的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用;最后还可用于抄表、遥测、车辆交通工具定位、自动售货机控制管理。该智能终端将使得这些应用更容易、更广泛、更廉价。

参　考　文　献

[1]　GPRS技术讲座[EB/OL].www.dei-son.com.

[2]　罗嘉.网络化智能家居系统(第四届“Motorola杯”嵌入

的,但是考虑到成本和具体的应用场合,则没有必要

包括所有的TCP/IP协议族。可以看到,采用TCP/IP协议需要对它进行合理的裁剪,以满足小ROM系统的情况。

3.工作原理

在利用G18模块的GPRS业务浏览HTTP等功能之前,必须先激活GPRS网的PDP连接,单片机通过正确的AT指令和GPRS命令集对G18模块进行初始化和数据的接收发送,其工作流程如图2所示。

当单片机上电复位后,首先对16C550进行初始化,完成与外接模块协商处理,如波特率、是否有奇偶校验等;接着通过P3口对G18模块进行初始化,检查诸如SIM卡情况、GPRS网络覆盖情况、信号情况等。接下来将对16C550实现中断扫描监控,一旦发现有数据来了,就启动数据处理过程;如果没有,系统则进入节电模式。在数据处理过程中,如果检测到系统的信号不好,网络连接不畅通,或者不是GPRS网络覆盖区,将进行不同的处理。

式处理器设计应用大奖赛MCU组参赛作品)[Z]1

[3]　陈学泉,关宇东1嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网

络通信中的应用.电子技术应用[J].2002,(8):48～49.

作者简介:

胡　科(1972-),女,四川成都人,讲师,主要从事电子测量专业教学和科研;

蔡方凯(1969-),男,硕士,讲师,主要从事图像和移动通信方面的教学和科研;

胡　蓉(1968-),女,四川成都人,高级工程师,主要从事电路及通信专业教学和科研。

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