一種基于Sim卡座的GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊設計

◇ GPRS無(wú)線(xiàn)數傳模塊

GPRS無(wú)線(xiàn)模塊作為終端的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，把從單片機發(fā)送過(guò)來(lái)的IP包或基站轉來(lái)得的分組數據進(jìn)行相應的處理后再轉發(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(xiàn)，內部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，其作用相當于一個(gè)協(xié)議處理器，用來(lái)處理外部系統通過(guò)串口發(fā)送AT指令，射頻天線(xiàn)部分主要實(shí)現信號的調制和解調，以及外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換，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將外部電壓轉換成3.3V工作電壓。系統中的啟動(dòng)電路由三極管和上電復位電路組成，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腳信號應保持高電平。

MC35在ZIF連接器上為SIM卡接口預留的引腳數為6個(gè)，要注意的是，CCIN引腳用來(lái)檢測SIM卡座是否插有SIM卡，當插入SIM卡，該引腳置為高電平時(shí)，系統方可進(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(cháng)情況，另一種是指示MC35的工組狀態(tài)，本設計中使用后一種模式，LED熄滅時(shí)，表明MC35處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài);當LED為600ms亮/600ms熄時(shí)，表明SIM卡沒(méi)有插入或MC35正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )登陸;當LED為75ms為亮/3s熄時(shí)，表明MC35已登陸進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )，處于待機狀態(tài)。

單片機通信程序設計

該程序軟件中的所有代碼都用C語(yǔ)言編寫(xiě)，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(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)工具，它支持在系統調試，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，編寫(xiě)程序時(shí)，需在源代碼頭加入“#incluede rtx51.h”.所有代碼調試后經(jīng)由TI Downloader下載到存儲器中。

目前，絕大多數基于GPRS網(wǎng)絡(luò )應用系統所使用的GPRS模塊不支持TCP/IP協(xié)議，也就是說(shuō)，要想工作在相同的網(wǎng)絡(luò )層面上，其內部傳輸的數據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，必須在單片機系統中嵌入按TCP/IP和PPP協(xié)議標準編寫(xiě)的程序，從而使設計的終端設備能夠方便的應用GPRS數據分組業(yè)務(wù)。

◇ TCP/IP協(xié)議的嵌入

有很多種方法可以完成協(xié)議轉換，本設計利用在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統RTX51中移植部分IP和PPP協(xié)議來(lái)增強系統的可擴展性和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的可延續性。

TCP/IP協(xié)議是一個(gè)標準協(xié)議套件，可以用分層模型來(lái)描述，數據打包處理數據時(shí)，每一層把自己的信息添加到一個(gè)數據頭中，而這個(gè)數據頭又被下一層中的協(xié)議包裝到數據體中。數據解包處理程序接收到GPRS數據時(shí)，把相應的數據頭剝離，并把數據包的其余部分當做數據體對待。

考慮到嵌入式系統的特點(diǎn)，本設計采用了系統開(kāi)銷(xiāo)較小的IIP+UDP協(xié)議來(lái)實(shí)現GPRS通信，主機發(fā)送的UDP數據報文經(jīng)GPRS通道傳送給GPRS通信模塊，GPRS通信模塊負責對數據報進(jìn)行解析，解析后的數據按照一定的波特率串行傳送給用戶(hù)終端。

◇ 數據處理

數據包在主機和GPRS服務(wù)器群中傳輸使用的是基于IP的分組，即所有的數據報文都要基于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報文都會(huì )傳送到Internet網(wǎng)中相應的地址。而從Internet傳送過(guò)來(lái)的應答幀也同樣會(huì )根據IP地址傳送到GPRS模塊，從而實(shí)現采集數據和Internet網(wǎng)絡(luò )通過(guò)GPRS模塊的透明傳輸。

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

GPRS模塊登陸上GSM網(wǎng)絡(luò )后，自動(dòng)連接到數據中心，向數據中心報告其IP地址，并保持和維護數據鏈路的連接，GPRS監測鏈路的連接情況，一旦發(fā)生異常，GPRS模塊自動(dòng)重新建立鏈路，數據中心和GPRS模塊之間就可以通過(guò)I地址通過(guò)UDP/IP協(xié)議進(jìn)行雙向通信，實(shí)現透明的可靠數據傳輸。

上位機監控中心的設計

監控中心的功能是實(shí)現GPRS信息的接收和保存，設計語(yǔ)言采用Microsoft公司的Visual C++編程語(yǔ)言，C++語(yǔ)言應用靈活，功能強大，并對網(wǎng)絡(luò )編程和數據庫有強大的支持。

由于通過(guò)GPRS中心監控部分可以直接訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，所以監控部分并不需要再設置GPRS模塊，中心只需通過(guò)中心軟件偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò )，接收GPRS無(wú)線(xiàn)模塊傳來(lái)的UDP協(xié)議的IP包和發(fā)送上位機控制信息，以實(shí)現與GPRS終端的IP協(xié)議通信。接收到的信息要保存到中心的數據庫中，以備查歷史記錄。數據庫采用Access,用VC編制的界面窗口能推動(dòng)AD()訪(fǎng)問(wèn)Access中的數據，也可通過(guò)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和例程，程序員可以利用它來(lái)開(kāi)發(fā)TCPIP網(wǎng)絡(luò )上的應用程序，VC中的MFC列提供了CAsyncSocket這樣一個(gè)套接字類(lèi)，用它來(lái)實(shí)現Socket編程非常方便，本設計采用數據報文式的Socket,這是一種無(wú)連接的Socket,對應于無(wú)連接的UDP服務(wù)應用。

CAsyncSocket使用DoCallBack函數來(lái)處理MFC消息，一個(gè)網(wǎng)絡(luò )事件發(fā)生時(shí)，DoCallBack函數按照網(wǎng)絡(luò )時(shí)間類(lèi)型FD_READ、FD_WRITE、FD_ACCEPT和FD_CON-NECT來(lái)分別調用OnReceive、OnSend、OnAccept和OnCon-nect函數，以驅動(dòng)相應的事件，從而完成網(wǎng)絡(luò )數據通信。

結束語(yǔ)

本文采用嵌入式TCP/IP協(xié)議，通過(guò)高速8位單片機實(shí)現GPRS業(yè)務(wù)的數據傳輸功能，具有外圍電路少，電路簡(jiǎn)單，系統成本低等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)標準RS232串口和外部控制器連接，只需按照預先規定的協(xié)議就可互相通信，通用性較強，系統軟件均使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，稍加改動(dòng)就可以在各種控制器上實(shí)現，可移植性也較強。

基于GPRS的系統有有一定的缺點(diǎn)，例如，現在的GPRS網(wǎng)還不夠穩定，有丟包的現象，主控制器要實(shí)現IP協(xié)議，使用起來(lái)比較復雜;上位機基于互聯(lián)網(wǎng)的解決方案保密性較差等，上述問(wèn)題經(jīng)過(guò)精細設計是可以避免和解決的，所以基于GPRS的設計仍具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢。