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GPRS數(shù)據(jù)傳送服務(wù)的無線通信控制器設(shè)計(jì)
摘要：GPRS數(shù)據(jù)傳送服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種新業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視。以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開發(fā)出多種前景極其樂觀的各類應(yīng)用。本文提出一個(gè)基于GPRS數(shù)據(jù)傳送服務(wù)的通信控制器的設(shè)計(jì)，并詳細(xì)闡述該控制器的實(shí)現(xiàn)原理。引言
能用分組無線業(yè)務(wù)GPRS（General Packet Radio Service）是在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)�；谶@種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開發(fā)出多種前景極其樂觀的各類應(yīng)用，如無線數(shù)據(jù)的雙向傳送、無線遠(yuǎn)程檢測(cè)和控制等。典型的應(yīng)用有：工業(yè)控制、環(huán)境保護(hù)、道路交通、商務(wù)金融、移動(dòng)辦公、零售服務(wù)等等。
GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，需不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源；從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
本文設(shè)計(jì)的GPRS無線通信控制器（以下簡(jiǎn)稱控制器），內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議棧，采用工業(yè)級(jí)的GPRS模塊；適用于主機(jī)沒有TCP/IP協(xié)議棧，但使用串口通信的情況，例如單片機(jī)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。
1 GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的收發(fā)
終端設(shè)備通過串行方式接到控制器上并與GSM基站通道，但與電路交換或數(shù)據(jù)呼叫不同。GPRS數(shù)據(jù)分組是從基站發(fā)送到SGSN節(jié)點(diǎn)，而不是通過移動(dòng)交換中心MSC連接到語音網(wǎng)絡(luò)上。SGSN與網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSM進(jìn)行通信。GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)，見圖1。來自Internet、標(biāo)識(shí)有移動(dòng)臺(tái)地址的IP包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動(dòng)臺(tái)上。
控制器工作時(shí)，用戶上位系統(tǒng)向控制器發(fā)送工作指令和數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由IP模塊進(jìn)行了TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，打成IP數(shù)據(jù)包，再由MC35模塊以GPRS數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送到SGSN。
由于GPRS網(wǎng)絡(luò)工作方式是以IP地址導(dǎo)址為基礎(chǔ)的，所以目標(biāo)服務(wù)器端并非接入控制器與終端設(shè)備進(jìn)行連接，只需要簡(jiǎn)單接入Internet，并具備公網(wǎng)分配的IP地址即可。同時(shí)，因?yàn)镚PRS終端產(chǎn)品本身由網(wǎng)絡(luò)提供商動(dòng)態(tài)地分配IP地址，在未進(jìn)入連接待機(jī)狀態(tài)時(shí)，其本身是不具備IP地址的（在連接中，模塊的IP地址為移動(dòng)骨干網(wǎng)內(nèi)局域網(wǎng)IP，無法被公網(wǎng)服務(wù)器解析，動(dòng)態(tài)分配的制度使獲取比IP地址無意義）。因此在服務(wù)器與終端尚未建立連接前，目標(biāo)服務(wù)器難以（可將短信轉(zhuǎn)換為命令內(nèi)容）對(duì)終端設(shè)備及控制器進(jìn)行控制。必須先將控制器進(jìn)行相應(yīng)初始化，并由設(shè)備終端主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)行連接。
2 控制器內(nèi)部的硬件實(shí)現(xiàn)
控制器內(nèi)部由四部分構(gòu)成：嵌入TCP/IP的單片機(jī)系統(tǒng)、MC35模塊、電源部分和外部接口部分。
在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到雙串口性能和高速的全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)選用臺(tái)灣Winbond的W77E58芯片作為MCU模塊的處理器芯片。它是高速的、與MCS-51指令兼容的、沒有多余指令周期的微控制器，在相同時(shí)鐘頻率下，運(yùn)行同樣的指令要比傳統(tǒng)的8051快1.5～3.0倍。它完全是靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，工作電壓為4.5V～5.5V，有32KB的片內(nèi)程序ROM，內(nèi)部有1KB SRAM，最高時(shí)鐘頻率可達(dá)40MHz；有雙指針、雙串口，13個(gè)中斷源，3個(gè)16位定時(shí)器。單片機(jī)W77E58通過串口1直接與MC35模塊相連接，完成對(duì)MC35模塊的初始化和基于GPRS業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)收發(fā)功能；同時(shí)串口2擴(kuò)展MAX232標(biāo)準(zhǔn)串口與其它嵌入式系統(tǒng)或PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。圖2是系統(tǒng)的硬件框圖。
MC35模塊是西門子公司生產(chǎn)的GSM雙頻GSM900/GSM1800無線模塊。它支持2種操作模式：一種是電路交換數(shù)據(jù)模式CSD，支持語音、數(shù)據(jù)、SMS和FAX業(yè)務(wù)；一種是分組交換模式GPRS，采用多時(shí)隙，支持CS1-CS4編碼。兩者最大的區(qū)別是，GPRS傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不需要再撥號(hào)。2種模式的選擇通過AT指令來實(shí)現(xiàn)。MC35模塊提供40線的ZIF接口方式。
電源部分為單片機(jī)系統(tǒng)和GPRS模塊提供合適的電源。外部接口部分包括一個(gè)8腳數(shù)據(jù)接口、SMA（射頻同軸連接器）天線接口、SIM（Subscriber Identity Module，用戶識(shí)別）卡座接口。表1是各引腳的詳細(xì)說明。
表1 外部接口引腳說明
功能 名稱 引腳號(hào) I/O 信號(hào)電平 注 釋 強(qiáng)制復(fù)位RST1I/O當(dāng)模塊處于空閑或數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)時(shí)，該引腳下拉至0.45V以下（需至少0.1mA的下拉能力），持續(xù)3.5s可使系統(tǒng)復(fù)位。該引腳同時(shí)還作為系統(tǒng)看門狗信號(hào)輸出，可據(jù)此監(jiān)視系統(tǒng)工作狀態(tài)fout,min=0.16Hz fout,max=1.53Hz正常情況下，該引腳處于看門狗信號(hào)輸出狀態(tài)并且輸出電流很微弱（0.01mA），因此必須使其處于高阻狀態(tài)；不得有外部上下拉電路RS232 RXD 2 I 該組引腳系標(biāo)準(zhǔn)RS232電平信號(hào)，可直接與PC機(jī)連接 如果連接PC機(jī)上Internet網(wǎng)，則需要使用CTS和RTS，其它通信方式示不需要這兩個(gè)引腳 TxD 3 O CTS 4 O RTS 5【GPRS數(shù)據(jù)傳送服務(wù)的無線通信控制器設(shè)計(jì)】相關(guān)文章：
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