一種基于Sim卡座的GPRS無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)

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)線通信技術(shù)的發(fā)展，使得電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度進(jìn)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(cè)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(lái)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(wú)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(jì)的GPRS無(wú)線通信模塊，內(nèi)嵌入了TCP/IP協(xié)議，采用工業(yè)級(jí)的GPRS模塊，適用于單片機(jī)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(diǎn)

◇ GPRS簡(jiǎn)介

GPRS是通用無(wú)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(wú)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(shí)，GSM系統(tǒng)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(jí)，有了GPRS,用戶的呼叫建立時(shí)間大大縮短，幾乎可以做到“永遠(yuǎn)在線”.此外，GPRS是以營(yíng)運(yùn)商傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時(shí)間為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)費(fèi)，從而令每個(gè)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(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SG-SN)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)。SGSN和MSC在同一等級(jí)水平，并跟蹤單個(gè)MS的存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)安全功能和接入控制，并通過(guò)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(jìn)行連接的原理框圖。

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GPRS終端通過(guò)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(guò)GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn)GGSN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)。

若分組數(shù)據(jù)是發(fā)送到另一個(gè)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(jì)

嵌入式GPRS無(wú)線通信模塊主要由嵌入TCP/IP的單片機(jī)(MSC1210Y5)、GPRS模塊、SIM卡座、外部接口和擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232串口和外部控制器(比如數(shù)據(jù)采集端)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，同時(shí)用軟件實(shí)現(xiàn)中斷，以完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

◇ 單片機(jī)模塊

單片機(jī)采用美國(guó)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(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，時(shí)鐘頻率為33MHz,指令運(yùn)行速度實(shí)際上與運(yùn)行在99MHz時(shí)鐘頻率下的標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核相當(dāng)，32KB Flash程序存儲(chǔ)器，256B內(nèi)部RAM和1024B片上SRAM,2KB啟動(dòng)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(dòng)速度，其主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

(1)通過(guò)AT指令初始化GPRS無(wú)線模塊，使之附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，以獲得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(kuò)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(jì)的控制器進(jìn)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(gè)端口分別接到GPRS模塊對(duì)應(yīng)的剩余RS232通信口。通過(guò)軟件置位完成對(duì)MC35的初始化和控制GPRS模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)。

◇ 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

MSC1210的Flash存儲(chǔ)器可全部作為Flash程序存儲(chǔ)器，也可以全部作為數(shù)據(jù)Flash程序，因?yàn)橐度雽?shí)時(shí)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(chǔ)器，而通過(guò)74HC573作為地址鎖存器，擴(kuò)展6264作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，8KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間足夠程序正常運(yùn)行了，圖3所示是MSC1210與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的硬件連接圖。

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