使用單片機實(shí)現GPRS通信小系統的研究

GPRS(通用分組無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù))是利用包交換的概念發(fā)展的一套無(wú)線(xiàn)傳輸方式。GPRS網(wǎng)絡(luò )是基于現有的GSM(全球移動(dòng)通信系統)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現的。在現有的GSM網(wǎng)絡(luò )中需要增加一些節點(diǎn)，如GGSN(GPRS網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn))和SGSN(GPRS服務(wù)支持節點(diǎn))。SGSN的主要作用是記錄移動(dòng)終端的當前位置信息，并且在移動(dòng)終端與GGSN之間完成移動(dòng)分組數據的發(fā)送和接收。GGSN主要起網(wǎng)關(guān)作用，可以與多種不同的數據網(wǎng)絡(luò )連接，如ISDN(綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng))、PSPDN(包交換公用數據網(wǎng))和LAN(局域網(wǎng))等。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數據包進(jìn)行協(xié)議轉換，從而把這些分組數據包傳送到遠端的TCP/IP或X.25網(wǎng)絡(luò )。

GPRS網(wǎng)不但具有覆蓋范圍廣、數據傳輸速度快、通信質(zhì)量高、永遠在線(xiàn)和按流量計費等優(yōu)點(diǎn)，而且其本身就是一個(gè)分組型數據網(wǎng)，支持TCP/IP協(xié)議，可以直接與Internet互通。因此，CPRS在無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)、環(huán)境監測便攜型、交通監控、移動(dòng)辦公等行業(yè)中具有無(wú)可比擬的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢。

1 GPRS通信系統硬件設計

系統采用Sony Ericsson公司的內部嵌有TCP/IP協(xié)議棧的GPRS通信模塊GR47和PIC18f6720單片機，二者的串口均支持RS-232通信標準。

核心設計在于單片機與GR47的連接和軟件的編寫(xiě)。PIC18f6720單片機具有兩個(gè)USART(通用異步串行接口)，其中一個(gè)與GR47模塊相連，進(jìn)行數據和AT命令的傳輸；另一個(gè)與終端芯片的串口相連，與終端進(jìn)行通信。GR47模塊外部需要安裝天線(xiàn)。如圖1所示。

PIC18F6720單片機控制GR47模塊發(fā)送和接收數據，在軟件中采用串行口的中斷來(lái)實(shí)現收發(fā)數據和轉發(fā)數據。

1.1 PICl8F6720簡(jiǎn)介

PIC18F6720是Microchip公司生產(chǎn)的較為高檔的單片機。采用3.3 V供電，其大部分指令均為單周期指令，幾乎所有的相關(guān)硬件配置都映射成特殊寄存器，大大提高了運行速度；具有A，B，C，D，E，F，G這7個(gè)可編程的I/O口；內部除了3840B的RAM外，還有1024B的EEPROM和128 kB的Flash存儲器；擁有4個(gè)定時(shí)器和多個(gè)中斷源及2個(gè)中斷優(yōu)先級，有2個(gè)USART，功能十分強大，是一款性?xún)r(jià)比很高的芯片。

1.2 GR47簡(jiǎn)介

GR47是Sony Ericsson公司生產(chǎn)的一款雙頻段GSM900/GSM=1800的通信模塊。在此模塊基礎上，可進(jìn)行GPRS數據傳輸，具有支持短消息服務(wù)等功能。采用3.6 V電壓供電；對外可提供多種接口，如天線(xiàn)接口、模擬音頻接口、異步串行接口、SIM卡接口等，也支持I2C通信；內部集成了TCP/IP協(xié)議棧，因此采用此芯片會(huì )大大降低微控制器編程工作的難度。

本方案中用到的GR47的端口并不多，對幾個(gè)重點(diǎn)的連接點(diǎn)作如下說(shuō)明：

a)串行口TD：接單片機的RX2，RD接單片機的TX2。

b)DSR引腳：即DataSetReady，說(shuō)明模塊準備好接收數據，此引腳經(jīng)過(guò)三極管開(kāi)關(guān)電路與單片機的RB0相連。DSR為高表示處在數據模式，為低表示處在命令模式。

c)DTR引腳：即Data Terminal Ready，說(shuō)明終端設備準備好接收數據，可以通過(guò)控制此引腳電平的高低時(shí)間來(lái)進(jìn)行GR47的數據態(tài)和命令態(tài)的切換。此引腳經(jīng)過(guò)三極管開(kāi)關(guān)電路與單片機的RF2相連。

2 GPRS通信系統軟件設計

系統軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，在MPLAB環(huán)境下編譯。由于本系統是遠程管理終端的一個(gè)模塊，因此在程序的編寫(xiě)中要遵守一定的協(xié)議，這樣才能保證正確通信。程序的主體是如何控制GR47的AT命令對GR47進(jìn)行初始設置和對信息數據的處理。程序總體上可以分為以下幾個(gè)塊：CPRS連接的初始設置、短消息的判斷處理、無(wú)數據傳輸時(shí)的心跳處理、數據判斷轉發(fā)等。主程序是把這些程序塊有機結合到一起，相互控制，無(wú)限循環(huán)。 2.1 連接的建立

GPRS模塊連接到Internet和GPRS網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現過(guò)程如下：

a)單片機軟件控制GR47模塊開(kāi)機，等待此模塊正常啟動(dòng)。

b)通過(guò)單片機和GR47模塊連接的串口，向GR47模塊寫(xiě)入相應的AT設置命令，進(jìn)行初始化，使模塊成功粘附在GPRS網(wǎng)絡(luò )上，獲得網(wǎng)絡(luò )運行商分配的動(dòng)態(tài)IP地址，與目的終端建立連接。

2.2 數據的處理

數據包在數據中心服務(wù)器和GPRS服務(wù)器中的傳輸是基于IP數據包的，但明文傳送IP包不可取，因此大多選用PPP(點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議)進(jìn)行傳輸，實(shí)現通過(guò)GPRS模塊的數據和Internet網(wǎng)絡(luò )的透明傳輸。GR47內部集成了TCP/IP協(xié)議棧，所以用戶(hù)對IP協(xié)議相關(guān)的程序就不必編寫(xiě)，可以直接通過(guò)GR47傳遞數據。

a)模塊與Internet上PC機的數據傳輸：要求PC機具有公網(wǎng)的IP地址和開(kāi)放的端口以及監視傳輸報文的運行軟件。這樣，模塊與Intemet傳輸數據時(shí)，報文就會(huì )顯示。在模塊成功聯(lián)入網(wǎng)絡(luò )后，單片機只要將要發(fā)送的數據通過(guò)串口發(fā)給GR47，GR47就會(huì )把數據轉發(fā)給相應的IP地址的PC機。

b)短消息數據的處理：GR47具有GSM的功能，可以與手機發(fā)送和接收短消息。短消息采用PDU格式，在程序中需要判斷短消息的到來(lái)和讀取短信內容，并根據內容執行相應的功能，最后把結果構造成PDU格式返回給相應的發(fā)送者。

c)GPRS通信心跳信息：網(wǎng)絡(luò )連接建立后，在設定周期內無(wú)數據通信時(shí)，GPRS模塊向數據服務(wù)中心發(fā)送心跳信息，數據服務(wù)中心收到心跳信息后，回應應答信號。

d)重要數據的存儲：程序中把一些重要的常用和易變的數據如計算機服務(wù)器的IP地址、端口號、終端地址、SIM卡號等存入單片機的EEPROM中。需要時(shí)從EEPROM中讀出或向EEPROM重新寫(xiě)入數據進(jìn)行設置。

2.3 主程序流程

主程序由模塊函數組成，模塊函數由基本函數嵌套組成。主程序流程大致如下：首先進(jìn)行單片機設置變量的初始化，一般均為0；進(jìn)行單片機相應配置單元的初始化，比如設定端口方向、沒(méi)置中斷優(yōu)先級、定時(shí)器初始化等；然后由單片機控制GR47的電源，以決定是否開(kāi)機；待開(kāi)機成功后，查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )是否注冊成功；成功后即可建立模塊與PC機服務(wù)器的連接，并進(jìn)行數據傳輸和短消息處理；根據需要發(fā)送一定格式的心跳信息。見(jiàn)圖2。

3 結束語(yǔ)

本文給出了一種基于單片機和GPRS模塊的嵌入式無(wú)線(xiàn)數據傳輸終端的實(shí)現方案。以單片機應用系統為中心的小型GPRS通信系統成本低、設計周期短、便攜性好，尤其適用于遠程控制和數據傳輸。