一種基于Sim卡座的GPRS無線通信模塊設(shè)計

引言

近年來，通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是無線通信技術(shù)的發(fā)展，使得電力系統(tǒng)的自動化程度進一步提高，GSM網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)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(tǒng)和用電負(fù)荷監(jiān)控等)，從而使這些儀器儀表具有遠(yuǎn)程通信功能。

GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，支持TCP/IP協(xié)議，可以與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(Internet等)直接互通。GPRS無線傳輸系統(tǒng)的應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸，尤其適合突發(fā)的小流量數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。

本文設(shè)計的GPRS無線通信模塊，內(nèi)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(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)沒有TCP/IP協(xié)議棧，但使用串口通信的情況。

GPRS通信原理及應(yīng)用特點

◇ GPRS簡介

GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù)(General Pacpet Radio System)的縮寫，是介于第二代和第三代之間的一種通信技術(shù)，通常稱為2.5G.GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)頻規(guī)則以及相同的TD-MA幀結(jié)構(gòu)。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建GPRS系統(tǒng)時，GSM系統(tǒng)的絕大部分部件都不需要作硬件改動，只需要作軟件升級，有了GPRS,用戶的呼叫建立時間大大縮短，幾乎可以做到“永遠(yuǎn)在線”.此外，GPRS是以營運商傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時間為基準(zhǔn)來計費，從而令每個用戶的服務(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)上引入兩個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點：GPRS服務(wù)支持節(jié)點(SG-SN)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(GGSN)。SGSN和MSC在同一等級水平，并跟蹤單個MS的存儲單元實現(xiàn)安全功能和接入控制，并通過幀中繼連接到基站系統(tǒng)，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進行連接的原理框圖。

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GPRS終端通過接口從客戶系統(tǒng)取得數(shù)據(jù)，處理后的GPRS分組數(shù)據(jù)發(fā)送到GSM基站，分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，SGSN通過GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點GGSN進行通信，GGSN對分組數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)。

若分組數(shù)據(jù)是發(fā)送到另一個GPRS終端，則一般將數(shù)據(jù)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(shè)計

嵌入式GPRS無線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(shù)據(jù)存儲器等部分組成。圖2是其系統(tǒng)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，并通過標(biāo)準(zhǔn)RS232串口和外部控制器(比如數(shù)據(jù)采集端)進行數(shù)據(jù)通信，同時用軟件實現(xiàn)中斷，以完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(nèi)核的MCS1210Y5,該芯片具有很強的數(shù)據(jù)處理能力，時鐘頻率為33MHz,指令運行速度實際上與運行在99MHz時鐘頻率下的標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核相當(dāng)，32KB Flash程序存儲器，256B內(nèi)部RAM和1024B片上SRAM,2KB啟動ROM,支持串行和并行的在系統(tǒng)編程，雙數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1可加快數(shù)據(jù)塊的移動速度，其主要實現(xiàn)過程如下：

(1)通過AT指令初始化GPRS無線模塊，使之附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，以獲得網(wǎng)絡(luò)運營商動態(tài)分配的GPRS終端IP地址，并與目的終端建立連接。

(2)通過串口0擴展MAX232標(biāo)準(zhǔn)串口和外部控制器(例如數(shù)據(jù)采集端)連接，外部控制器端接出標(biāo)準(zhǔn)串口，按照約好的協(xié)議可很容易利用本設(shè)計的控制器進行通信。

(3)復(fù)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個端口分別接到GPRS模塊對應(yīng)的剩余RS232通信口。通過軟件置位完成對MC35的初始化和控制GPRS模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)。

◇ 擴展數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)Flash程序，因為要嵌入實時操作系統(tǒng)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74HC573作為地址鎖存器，擴展6264作為外部數(shù)據(jù)存儲器，8KB的數(shù)據(jù)存儲空間足夠程序正常運行了，圖3所示是MSC1210與數(shù)據(jù)存儲器之間的硬件連接圖。

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