基于GPRS的遠程數據采集模塊

W77E58是Winbond公司推出的一款快速8051兼容微控制器，它的內核經(jīng)過(guò)重新設計，整體運行速度要比標準的8051快2．5倍。W77E58具有1 KB的片上外部數據存儲器和32 KB的FLASH EPROM，省去了外擴SRAM所需的I／O引腳，從而用來(lái)擴展鍵盤(pán)與液晶顯示屏。
W77E58較為突出的特性是它具有兩個(gè)增強型全雙工串行口，在數據采集模塊中可將一個(gè)串口采用RS 232協(xié)議與GPRS模塊進(jìn)行數據通信，另外一個(gè)串口則采用RS 485協(xié)議接收檢測儀器發(fā)送的數據。RS 485是在工業(yè)檢測現場(chǎng)應用非常廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)，總線(xiàn)上一臺主機可以與多達32臺從機進(jìn)行通信。在實(shí)際應用中可將一臺GPRS數據采集模塊與多臺檢測設備通過(guò)RS 485總線(xiàn)相連，提高通信模塊的利用率，這在電表、水表等低成本的檢測儀表無(wú)線(xiàn)通信應用中十分重要。
GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊負責整個(gè)系統的數據收發(fā)，GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信需要TCP／IP／PPP協(xié)議支持，當前常見(jiàn)的GPRS模塊可分為自帶TCP／IP協(xié)議棧與不帶協(xié)議棧的兩大類(lèi)，自帶協(xié)議棧的模塊有Simcom的SIMl00，使用方便，用戶(hù)只需通過(guò)AT指令來(lái)控制數據傳輸就能實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信，當然價(jià)格相對較高；而不帶協(xié)議棧的模塊還需用戶(hù)自己在單片機中實(shí)現嵌入式TCP／IP／PPP協(xié)議棧來(lái)實(shí)現數據傳輸?？紤]到模塊的成本與W77E58高性能，這里選用了西門(mén)子的MC35i通信模塊。MC35i穩定性及性?xún)r(jià)比都比較高，接口簡(jiǎn)單，AT指令完善，支持GPRS CLASS 10。使用時(shí)只需自行設計外圍電路，包括電源供電、RS 232通信、SIM卡接口電路以及通信天線(xiàn)。該模塊不帶TCP／IP／PPP協(xié)議，需要自己編寫(xiě)，在單片機中實(shí)現。

2 TCP／IP／PPP協(xié)議的實(shí)現
通常的Internet網(wǎng)絡(luò )通信只需實(shí)現TCP／IP協(xié)議簇，但是對于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的接入還需實(shí)現PPP協(xié)議。TCP／IP／PPP協(xié)議其實(shí)是一系列網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議的集合，為了能在資源有限的單片機中實(shí)現網(wǎng)絡(luò )數據傳輸，只能根據特定的功能來(lái)實(shí)現相應的協(xié)議，這包括PPP，IP，ICMP，UDP，TCP等協(xié)議，并在此基礎上構建應用程序的API接口。
網(wǎng)絡(luò )協(xié)議采用分層結構，在GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊中采用了5層結構。如圖3所示，位于最底層的是網(wǎng)絡(luò )硬件驅動(dòng)程序，也就是GPRS模塊的驅動(dòng)，MC35i與GPRS網(wǎng)絡(luò )的連接、斷開(kāi)以及數據通信都是通過(guò)一系列的AT指令來(lái)實(shí)現。
接下來(lái)是數據鏈路層，數據鏈路層控制互聯(lián)網(wǎng)上主機之間數據鏈路的建立，該層實(shí)現了精簡(jiǎn)的PPP(Point―to―Point Protoco1)點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議。GPRS模塊在撥號后首先要與GPRS網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信鏈路的協(xié)商，即協(xié)商點(diǎn)到點(diǎn)的各種鏈路參數配置。協(xié)商過(guò)程遵守LCP(Link Control Protoco1)，PAP(Password Authen―tication Protoco1)和IPCP(Internet Protocol ControlProtoco1)等協(xié)議。其中LCP協(xié)議用于建立、構造、測試鏈路連接；PAP協(xié)議用于處理密碼驗證部分；IPCP協(xié)議用于設置網(wǎng)絡(luò )協(xié)議環(huán)境，并分配IP地址。一旦協(xié)商完成，鏈路已經(jīng)創(chuàng )建，IP地址已經(jīng)分配就可以按照協(xié)商的標準進(jìn)行IP報文的傳輸了。數據傳輸完成之后，單片機會(huì )向GGSN發(fā)送LCP的斷開(kāi)連接報文，以終止網(wǎng)絡(luò )連接。