一種基于Sim卡座的GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊設計

引言

近年來(lái)，通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，使得電力系統的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，GSM網(wǎng)絡(luò )出現后，技術(shù)人員很快把GSM模塊嵌入到各種儀器儀表中(如多功能電能表、故障測錄儀、抄表系統和用電負荷監控等)，從而使這些儀器儀表具有遠程通信功能。

GPRS是在現有GSM系統上發(fā)展出來(lái)的一種新的數據承載業(yè)務(wù)，支持TCP/IP協(xié)議，可以與分組數據網(wǎng)(Internet等)直接互通。GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸系統的應用范圍非常廣泛。幾乎可以涵蓋所有的中低業(yè)務(wù)和低速率的數據傳輸，尤其適合突發(fā)的小流量數據傳輸業(yè)務(wù)。

本文設計的GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊，內嵌入了TCP/IP協(xié)議，采用工業(yè)級的GPRS模塊，適用于單片機數據采集傳輸系統沒(méi)有TCP/IP協(xié)議棧，但使用串口通信的情況。

GPRS通信原理及應用特點(diǎn)

◇ GPRS簡(jiǎn)介

GPRS是通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)(General Pacpet Radio System)的縮寫(xiě)，是介于第二代和第三代之間的一種通信技術(shù)，通常稱(chēng)為2.5G.GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結構、無(wú)線(xiàn)調制標準、調頻規則以及相同的TD-MA幀結構。因此，在GSM系統的基礎上構建GPRS系統時(shí)，GSM系統的絕大部分部件都不需要作硬件改動(dòng)，只需要作軟件升級，有了GPRS,用戶(hù)的呼叫建立時(shí)間大大縮短，幾乎可以做到“永遠在線(xiàn)”.此外，GPRS是以營(yíng)運商傳輸的數據量而不是連接時(shí)間為基準來(lái)計費，從而令每個(gè)用戶(hù)的服務(wù)成本更低。

◇ 基本工作原理

GPRS是在原有的基于電路交換(CSD)方式的GSM網(wǎng)絡(luò )上引入兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)：GPRS服務(wù)支持節點(diǎn)(SG-SN)和網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)(GGSN)。SGSN和MSC在同一等級水平，并跟蹤單個(gè)MS的存儲單元實(shí)現安全功能和接入控制，并通過(guò)幀中繼連接到基站系統，GGSN支持與外部分組交換網(wǎng)的互通，并經(jīng)由基于IP的GPRS骨干網(wǎng)和SGSN連通。圖1給出了GPRS與Internet進(jìn)行連接的原理框圖。

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GPRS終端通過(guò)接口從客戶(hù)系統取得數據，處理后的GPRS分組數據發(fā)送到GSM基站，分組數據經(jīng)SGSN封裝后，SGSN通過(guò)GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn)GGSN進(jìn)行通信，GGSN對分組數據進(jìn)行相應的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò )，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò )。

若分組數據是發(fā)送到另一個(gè)GPRS終端，則一般將數據由GPRS骨干網(wǎng)發(fā)送到SGSN,再經(jīng)BSS發(fā)送到GPRS終端。

GPRS模塊的硬件設計

嵌入式GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊主要由嵌入TCP/IP的單片機(MSC1210Y5)、GPRS模塊、SIM卡座、外部接口和擴展數據存儲器等部分組成。圖2是其系統硬件框圖。

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MSC1210主要用于控制GPRS模塊的信息接收和發(fā)送，并通過(guò)標準RS232串口和外部控制器(比如數據采集端)進(jìn)行數據通信，同時(shí)用軟件實(shí)現中斷，以完成數據轉發(fā)。

◇ 單片機模塊

單片機采用美國德州儀器公司最新推出的基于8051內核的MCS1210Y5,該芯片具有很強的數據處理能力，時(shí)鐘頻率為33MHz,指令運行速度實(shí)際上與運行在99MHz時(shí)鐘頻率下的標準8051內核相當，32KB Flash程序存儲器，256B內部RAM和1024B片上SRAM,2KB啟動(dòng)ROM,支持串行和并行的在系統編程，雙數據指針DPTR0和DPTR1可加快數據塊的移動(dòng)速度，其主要實(shí)現過(guò)程如下：

(1)通過(guò)AT指令初始化GPRS無(wú)線(xiàn)模塊，使之附著(zhù)在GPRS網(wǎng)絡(luò )上，以獲得網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商動(dòng)態(tài)分配的GPRS終端IP地址，并與目的終端建立連接。

(2)通過(guò)串口0擴展MAX232標準串口和外部控制器(例如數據采集端)連接，外部控制器端接出標準串口，按照約好的協(xié)議可很容易利用本設計的控制器進(jìn)行通信。

(3)復用P1.2和P1.3,也就是串口1分別和GPRS模塊的TXD0和RXD0連接，P1口的其他6個(gè)端口分別接到GPRS模塊對應的剩余RS232通信口。通過(guò)軟件置位完成對MC35的初始化和控制GPRS模塊的收發(fā)數據。

◇ 擴展數據存儲器

MSC1210的Flash存儲器可全部作為Flash程序存儲器，也可以全部作為數據Flash程序，因為要嵌入實(shí)時(shí)操作系統和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，需要一定的空間，因此將其全部用作程序存儲器，而通過(guò)74HC573作為地址鎖存器，擴展6264作為外部數據存儲器，8KB的數據存儲空間足夠程序正常運行了，圖3所示是MSC1210與數據存儲器之間的硬件連接圖。

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