GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计

关键词： 分组 无线

GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计（精选8篇）

篇1：GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计

GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计

摘要：GPRS数据传送服务作为GSM网络的一种新业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。本文提出一个基于GPRS数据传送服务的通信控制器的设计，并详细阐述该控制器的实现原理。

关键词：通用分组无线业务 TCP/IP协议 协议栈

引言

能用分组无线业务GPRS（General Packet Radio Service）是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，如无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。典型的应用有：工业控制、环境保护、道路交通、商务金融、移动办公、零售服务等等。(本网网收集整理)

GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，需不需要利用电路交换模式的网络资源；从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

本文设计的GPRS无线通信控制器（以下简称控制器），内嵌了TCP/IP协议栈，采用工业级的GPRS模块；适用于主机没有TCP/IP协议栈，但使用串口通信的情况，例如单片机数据采集传输系统。

1 GPRS网络数据的收发

终端设备通过串行方式接到控制器上并与GSM基站通道，但与电路交换或数据呼叫不同。GPRS数据分组是从基站发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GGSM进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络，见图1。来自Internet、标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。

控制器工作时，用户上位系统向控制器发送工作指令和数据，数据由IP模块进行了TCP/IP协议转换，打成IP数据包，再由MC35模块以GPRS数据包的形式发送到SGSN。

由于GPRS网络工作方式是以IP地址导址为基础的，所以目标服务器端并非接入控制器与终端设备进行连接，只需要简单接入Internet，并具备公网分配的IP地址即可。同时，因为GPRS终端产品本身由网络提供商动态地分配IP地址，在未进入连接待机状态时，其本身是不具备IP地址的（在连接中，模块的IP地址为移动骨干网内局域网IP，无法被公网服务器解析，动态分配的制度使获取比IP地址无意义）。因此在服务器与终端尚未建立连接前，目标服务器难以（可将短信转换为命令内容）对终端设备及控制器进行控制。必须先将控制器进行相应初始化，并由设备终端主动向服务器发送数据，进行连接。

2 控制器内部的硬件实现

控制器内部由四部分构成：嵌入TCP/IP的单片机系统、MC35模块、电源部分和外部接口部分。

在设计时，考虑到双串口性能和高速的全静态CMOS设计，嵌入式单片机系统选用台湾Winbond的W77E58芯片作为MCU模块的.处理器芯片。它是高速的、与MCS-51指令兼容的、没有多余指令周期的微控制器，在相同时钟频率下，运行同样的指令要比传统的8051快1.5～3.0倍。它完全是静态CMOS设计，工作电压为4.5V～5.5V，有32KB的片内程序ROM，内部有1KB SRAM，最高时钟频率可达40MHz；有双指针、双串口，13个中断源，3个16位定时器。单片机W77E58通过串口1直接与MC35模块相连接，完成对MC35模块的初始化和基于GPRS业务的数据收发功能；同时串口2扩展MAX232标准串口与其它嵌入式系统或PC机进行数据交换。图2是系统的硬件框图。

MC35模块是西门子公司生产的GSM双频GSM900/GSM1800无线模块。它支持2种操作模式：一种是电路交换数据模式CSD，支持语音、数据、SMS和FAX业务；一种是分组交换模式GPRS，采用多时隙，支持CS1-CS4编码。两者最大的区别是，GPRS传输数据时不需要再拨号。2种模式的选择通过AT指令来实现。MC35模块提供40线的ZIF接口方式。

电源部分为单片机系统和GPRS模块提供合适的电源。外部接口部分包括一个8脚数据接口、SMA（射频同轴连接器）天线接口、SIM（Subscriber Identity Module，用户识别）卡座接口。表1是各引脚的详细说明。

表1 外部接口引脚说明

功能 名称 引脚号 I/O 信号电平注  释 强制复位RST1I/O当模块处于空闲或数据传输状态时，该引脚下拉至0.45V以下（需至少0.1mA的下拉能力），持续3.5s可使系统复位。该引脚同时还作为系统看门狗信号输出，可据此监视系统工作状态fout,min=0.16Hz fout,max=1.53Hz正常情况下，该引脚处于看门狗信号输出状态并且输出电流很微弱（0.01mA），因此必须使其处于高阻状态；不得有外部上下拉电路RS232 RXD 2 I 该组引脚系标准RS232电平信号，可直接与PC机连接 如果连接PC机上Internet网，则需要使用CTS和RTS，其它通信方式示不需要这两个引脚 TxD 3 O CTS 4 O RTS 5 I SGGND 8 0 SGGND是RS232信号地，在模块内部与GND相连 RS485 A 6 I/O 该组引脚系标准RS485电平信号，模块内部已加120匹配电阻 模块内部光电隔离电路 B 7

为使控制器运行稳定可靠，对其看门狗电路进行了精心设计。

3 控制器的软件接口

在本设计中，需要利用TCP/IP协议来完成GPRS业务数据的打包和解包。由于W77E58资源有限，怎样在有限的资源上完成必需的功能，就是嵌入式TCP/IP协议实现的关系所在，也就是合理地简化协议。

TCP/IP协议是一个为广域网（WAN）设计的标准协议套件，可以用一个分成四个层次的模型来描述：数据链路层、互联网层、传输层和应用层。其分层模型及协议如表2所列。

表2 TCP/IP协议结构

应用层 HTTP、Telnet、FIT、SMTP、SNMP 传输层 TCP、UDP 互联网层 IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP 数据链路层 Ethernet、X.25、SLIP、PPP

应用层（application）负责处理特定的应用程序细节，在本系统中只实现HTTP协议。

传输层（transport）主要为2台主机上的应用程序提供端到端的通信。TCP协议是为2台主机提供高可靠性的数据通信，这里采用TCP传输控制协议。

互联网层（Internet）的功能是寻址、定址、数据打包和安排路径。Internet所有的数据都以IP数据报格式传输，其最大特别是提供不可靠的和无连接的数据包传送服务。在GPRS业务中，每一次链接都会具体分配一个IP地址，因此用ARP/RARP协议完成IP地址与物理地址的映射（即地址解析），用ICMP协议判断网络是否连通。

数据链路层（link）的任务是把要发出的帧送到线路中去，把要接收的帧从线路中取出来。GPRS业务是采用IP Over PPP实现数据终端的接入。这部分功能由单片机控制MC35模块，采用PPP协议实现。

数据打包处理程序处理数据时，每一层都把自己的信息添加到一个数据头中，而这个数据头又被下一层的协议包装到数据体之中。数据解包处理程序接收到GPRS数据时，把相应的数据头剥离，并把数据包的其余部分当作数据体对待。

在应用要求高的场合，通常需要支持完事的TCP/IP协议族，而在嵌入式系统中也是可以做到的；但是，考虑到成本和具体的应用场合，没有必要包括所有的TCP/IP协议族。可以看到，采用TCP/IP协议需要对它进行合理的裁剪，以满足小ROM系统的情况。

系统在利用MC35模块的GPRS业务浏览HTTP等功能之前，必须先激活GPRS网的PDP连接。单片机通过正确的AT指令和GPRS命令集对MC35模块进行初始化和数据的接收发送，其工作流程如图3所示。

单片机上电复位后，首先对MAX232进行初始化，完成与外接模块协商处理，如波特率、是否有奇偶校验等。接着，通过串口1对MC35模块进行初始化，检查诸如SIM卡情况、GPRS网络覆盖情况、信号情况等。接下来，进行中断扫描，监控是否有数据到来。有关数据时，如果是外部数据，就启动数据打包处理过程；如果是GPRS数据，就启动数据解包处理过程。如果没有数据，系统则进入节电模式。在数据打包处理过程中，如果检测到系统的信号不好，网络连接不畅通，或者不是GPRS网络覆盖区，将进行数据发送缓存处理，同时将数据放进发送队列等待发送。

结语

本文采用嵌入式TCP/IP协议，在高速的8位微控制器上实现了对MC35模块的控制，并实现了GPRS业务的数据传输功能；具有外围器件少、电路简单、系统成本低等优点。本文设计的GPRS无线通信控制器，自1月份起，在广东省东莞市的环保污水综合处理系统中使用至今，运行效果良好，实践证明，产品工作稳定、可靠。

篇2：GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计

省级污水处理厂GPRS无线数据传输监测系统设计与实施

以辽宁省环境信息中心为例,介绍了利用GPRS(通用分组无线业务)无线传输技术监测全省污水处理厂污水排放、污水处理情况的“省级污水处理GPRS无线数据传输监测系统”.该系统将对污水处理厂各监测仪器进行实时监控,并把监测仪器送到PLC采集器中的.数据通过无线传榆上传到省污水处理监控中心,在监控中心可以对数据实时监测,对监测仪器设备实时监控,并对数据进行处理,使污染排放监管部门能更及时、准确、具体、全面地掌握全省环境质量、环境监控和重点污染源的数据和信息,以提高执法的快速反应能力、全面的监管能力和科学决策的支持能力.

作 者：王威 作者单位：辽宁省环境信息中心,辽宁,沈阳,110033刊 名：环境保护与循环经济英文刊名：LIAONING URBAN AND RURAL ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：29(3)分类号：X84关键词：污水处理 GPRS 无线传输 PLC 实时监控

篇3：GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计

一、基于GPRS的无线数据传输终端硬件设计分析

从基于GPRS的无线数据传输终端硬件设计角度上来说，在MAX232支持下，单片机AT89S51串口能够完成与GPRS通信模块的连接作业，在此过程当中不仅能够完成数据初始化及收发处理，同时也能够通过可拓展串口实现与其他嵌入式运行系统PC机的数据交换作业。与之相对应的硬件框架结构示意图如下图所示(见图1)。

二、基于GPRS的无线数据传输终端软件设计分析

整个无线数据传输终端软件设计的核心在于GPRS模块与单片机装置之间的有效通信。为实现这两者的高效通信连接，软件设计过程当中必须针对与之相对应的通信协议予以定义，在此基础之上规定相应的帧格式。特别值得注意的一点在于：包括GPRS网络附着、互联网网络接入、PDP激活以及数据传输在内的相关工作均应当借助于AT指令予以实现。具体而言，基于GPRS的无线数据传输终端软件设计应当重点关注以下几个方面的内容。

（一）AT指令调试设计分析：

在整个无线数据传输终端软件系统当中，单片机装置向GPRS模块发送AT指令的动作是建议在一定协议的基础之上，接受模块接受指令后能够生成与之相对应的返回值，并进行校验处理作业。从这一角度上来说，单片机串口实际上就是以单位收发作业的完后曾为目的，以通信协议预定义为起始位，校验位以及停止位，在此过程当中决定与之相对应的数据帧帧数的特殊封装形式，其设计应当重点关注这几个方面的内容： (1) .首先，AT指令波特率的设置应当借助于Window自带超级终端操作平台，借助波特率=AT+IPR的方式设置无线数据传输终端所采用的通信模块波特率，与此同时以AT+IPR=“115200”;&W的方式防止传输终端在掉电后出现丢失问题; (2) .其次，GPRS模块回复收到字符握手信号的这一过程称之为回显过程(Echo)。握手机制的职能能够确保模块指令收发作业的有效性。然而考虑到字符校验过程当中握手信号徐程控滤除，在过于频繁的开关串口中断过程当中，程序的可靠性势必会有所明显降低。处于以上因素考虑，终端设计过程当中应采取ATEO指令对模块回显动作进行屏蔽性处理。

（二）程序设计分析：

整个基于GPRS的无线数据传输终端系统程序设计均采取C51标准模式进行编写作业，基于该标准模式构建包括系统初始化模块、建立连接模块、数据传输模块以及断开连接模块这四个方面。其中，初始化模块工作方式1直接定义为AT89S51型号单片机串口，并设置8位自动重装定时器装置作为其对应定时器;与此同时，建立连接模块从增强程序可读性与直观性的角度出发，将所需需要的AT命令储存在AT命令缓存区当中(储存AT命令以字符串形式实现)。与之相对应的程序设计流程示意图如下图所示(见图2).

三、结束语

在当前技术条件支持下，通用分组无线业务(GPRS)已成为远程数据传输以及遥测遥控实践过程当中备受关注的综合性应用技术之一。与此同时，在无线通信技术走向新的发展阶段的背景作用之下，移动运营商所提供的无线网络实现数据传输以及远程监督控制的方式已深入应用于各个行业领域。总而言之，本文针对基于GPRS无线数据传输终端设计相关问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。

摘要：在信息化时代逐步发展与推进的过程当中, 无线通信技术已成为国民经济建设发展各行业领域的必然性选择与发展趋势。特别是对于无线数据传输作业而言, 通用分组无线业务的重要意义及其应用价值是可想而知的。本文依据这一实际情况, 以无线数据传输终端设计为研究对象, 着眼于GPRS技术运用情况基于GPRS无线数据传输终端硬件设计分析以及基于GPRS的无线数据传输终端软件设计分析这两个方面入手, 围绕这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述, 并据此论证了GPRS技术在提供无线数据传输终端运行质量与运行效率的过程中所占据的关键地位及其所发挥的重要作用与意义。

关键词：无线数据传输,终端,硬件,软件,设计,GPRS,分析

参考文献

[1]柏海鹰:《一种灵活高速的数据传输设计及其在FPGA中的实现》, 第十四届全国青年通信学术会议论文集, 2009.332-336。

[2]王海涌、黄江艳:《一种基于IEEE1394总线的高速数据传输设备的设计》, 《测控技术》, 2009.28 (06) 65-68。

[3]邓洪、杨万麟、何建新等:《基于FPGA的DSP链路口数据传输设计》, 2004中国通信集成电路技术与应用研讨会论文集, 2004.72-75。

篇4：GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计

【关键词】GPRS 无线通信 数据传输 系统设计

社会的进步与科学技术的创新，为信息时代的到来奠定了基础，先进的通信技术是信息时代的标志。通信技术包括无线通信技术与宽带通信技术两部分，而无线通信技术是当今通信技术研究的热点，GPRS业务与无线通信数据传输技术融合是无线通信技术发展史上的重大突破。作者认为浅析目前GPRS无线通信数据传输系统的设计及其应用具有现实意义，只有对整个系统设计进行不断研究，才能保证其性能更稳定与丰富，从而推动其有更长远的发展。

一、GPRS技术的优势

（一）资源利用率高

GPRS基于GSM网络的前提下应用分组交换传输模式，彻底改变了传统的GSM传输数据方式。采用分组交换模式后，用户只在发送或接收数据阶段才占用资源，说明不同用户能共享相同的无线信道，实现了资源的高利用率。

（二）传输速率快

GPRS的8个时隙一起运行，最大数据传输速率达171. 2kbit/s，超出现阶段固定电信网络速度2倍，超出GSM网络中电路数据交换业务速度9倍。

二、GPRS无线通信数据传输系统的设计

（一） GPRS编码方式

GPRS定义了4种编码方式，按照位分组中的有效数据载荷支持各等级的服务，并有4种不同的数据速率供选择。编码方式选择决定了分组数据在空中接口传输的优先权与统一性。统一性校验越好，每块分组输送的数据就越少。方式的选择取决于分组控制单元，此网络实体负责判断基站选择哪种编码类型将数据传送给移动台。任何一种GPRS编码方式都对应着最合理适用范围，通常将无线条件动态作为选用编码方式的原则，网络控制负责下行方向，移动台控制则负责上行方向。无论何种编码方式都与信道上的使用环境有直接关系。若可以在使用期间完成链路的动态适配，由系统命令移动台感应系统的改变适当调整编码方式，能够获取最佳吞吐量。

（二）数据传输功能实现

1.从N-PDU到SN-PDU

外部数据网络协议数据单元N-PDU在GPRS网络内部传输功能由SNDCP实现，具有不同到达地址的某种属性的多个N-PDU，不仅能根据地址动态分配相应的NSAPIS网络服务接入点，还能根据PDP属性分配相同的NSAPI，各NSAPI的N-PDU输出序列号独立编制，每个N-PDU可能被拆装为多个SNPDU，运用LLC层的服务把数据传输。

2.从SN-PDU到LL-PDU

LLC层利用多种服务访问节点为Layer提供服务。一般提供给用户数据服务的SAPI含4种，它们具备独立的LLC控制参数，能适应各种QOS的数据应用。LLC把来自各服务接入点的高层数据单元重组测成LL-PDU，以Acknowledged mode或Unacknowledged mode方式传输。待数据逻辑链路建立，发送端便能传输LL-PDU。发端在传输一个LL-PDU的同时运行一个LLC timerT200， T200计时满，若发送端还没有收到反馈信息进行执行确认，就意味着此次LL-PDU传输未成功；然后发送端自动重发LL-PDU，重传次数必须控制在最大重传次数范围内。

3.GPRS的媒质接入方式及RLCARQ协议

在传输端口，RLC负责将LL-PDU划分成RLC blocks接收端，RLC把RLC blocks输送给LL-PDU。RLC包括2种数据传送方式，分别是：Acknowledged mode与 Unacknowledged mode。前者RLC选用自动重传ARQ。在传输窗口内不间断传递blocks，接收方执行发送方的指令传输Packet Uplink Ack/hack与Packet Downlink Ack/Hack消息。

三、GPRS无线通信技术的应用

（一）在城市测量中的应用

当前城市测量主要利用无线电台来传输，少数用GSM手机通信，然而这2种方法在实际测量中均暴露出弊端。电台高频信号传播方式近似直线，绕射能力差，有较多死角，其功率有限，传输距离短，若有高层建筑遮挡时，传输距离不超过200KM；GSM手机传输信号虽然设备简单，但价格昂贵、速度慢，只能一对一传输，使用范围受限。而GPRS无线数据传输系统利用静态定位功能，能实时监控待定点的坐标，凭借能绕行遮挡物干扰，减少死角数量，数据传输距离远，通信费用低等优势，给测量带来极大便捷和效率，因此，被广泛应用于测试测量中，并充分发挥出实用价值。

（二）在电力远程无线抄表系统应用

由于电话线公用，通讯时经常发生冲突，在阻碍数据传输的同时还给电调部门管理带来负面影响，而且传统方式的运行不稳定，数据传输经常存在错误。为提高传输质量。如果选择专线方式，必然增加投资成本，而选择GPRS无线数据传输系统，就使远程抄表的困扰难题得到了彻底解决。通过GPRS无线组网方案，数据实现分组发送与接收，用户只有在线状态下才会按流量计费，降低了服务费用。GPRS无线数据传输系统能快速精确地获取数据，并对用电数据进行智能分析，和以往的人工抄表、电话线抄表相比，提升了工作效率。

四、结语

综上所述，随着信息时代到来，GPRS无线通信数据传输系统的应用范围会更广。鉴于我国对此项技术的研究正处于初级阶段，其提升空间相对较大，但这是一项系统性的研究，应避免操之过急，必须从系统的基本设计原理出发，找到优化GPRS无线通信数据传输系统设计的最佳途径，从而为其有更长远的发展提供有力条件。

参考文献：

[1]郭启军.基于GPRS的无线数据传输系统的研究与设计[D].浙江师范大学，2009，（07）.

篇5：GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计

通用分组无线业务(General Packet Radio Service,简称GPRS)是在GSM系统的基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统,它使用分组交换技术,能兼容GSM并在网络上更加有效地传输高速数据和信令。

GPRS是一个以分组交换为基础的系统,它具有与其他分组数据系统一样的特性,特别适合突发性分组数据的传输,由于使用了分组交换技术,在无线接口上可以按需分配信道资源,一方面,每个用户可以根据需要同时使用多个信道(最多8个);而另一方面,同一信道又可以同时由多个用户共享。GPRS理论上能提供9.05~171.2kbit/s的数据传输速率。

GPRS系统在无线资源分配上采用动态信道分配方式,仅在有效数据通信时占用物理信道资源,因此可以长时间保持在线,又没有独占信道,可以大大提高频率资源的利用率。当一则消息含有大量的数据时,它可以被分成多个分组,不同的分组可以通过不同的信道发送,这些分组都到达目的地以后,它们被重新组合起来,恢复成原来的消息。GPRS技术在传输突发数据方面有着较大的优势。

二、系统硬件电路设计

本文所设计的系统硬件电路由基本微处理系统、串行通信模块、GPRS通信模块和电源模块四部分组成,如图1所示。其中基本微处理系统又分为CPU模块、CPLD可编程模块、存储器模块和看门狗定时器模块[3]。下面对系统中的几个关键模块分别进行介绍。

2.1 M23无线数传模块[4]

本系统采用华邦公司生产的W77E58型单片机对M23无线数传模块进行控制。M23是BENQ公司生产的一款多功能GSM/GPRS无线通信模块,共支持三个频段:GSM900/DCS1800/PCS1900。该模块内嵌TCP/IP协议,采用3.3V~4.5V电压供电,具有短消息服务、语音通话、数据传真等功能。对外可提供天线接口、模拟音频接口、异步串行接口、SIM卡接口等,采用AT指令进行控制,工作温度范围大,抗干扰能力强,适用于工业应用场合。

2.2 可编程逻辑器件模块

本系统采用Xilink公司生产的可编程器件CPLD芯片XC9572,以实现地址的锁存和灵活分配,以及控制信号的扩展等功能,使系统开放灵活方便,而且缩短了开发周期。

XC9500系列CPLD采用了系统内5V可编程FASTFLASH技术,并且含有内部JTAG双向扫描测试逻辑。XC9500系列产品内部含有800到6400个逻辑门,36到288个寄存器,而且能够反复擦写内部逻辑,可以在外部I/O引脚定义和接线不变的情况下,实现CPLD内部逻辑的改变。它的这一优良品质,不仅为编程内部逻辑,而且为PCB板设计提供了极大的便利。XILINX的编程比较灵活,可采用多种发式,如HDL语言、状态图方式和电路原理图方式[5]。

该模块采用电路原理图方式对CPLD进行逻辑编程,实现对地址信号的锁存和对地址信号进行译码的功能,如图2所示。

1.对地址信号的锁存。由于W77E58地址线和数据线是复用的,CPLD通过CPU的地址锁存信号线ALE,把16位的地址信号锁存起来再输出,与系统中数据总线分开。

2.对地址信号进行译码,以产生的需要的各种片选信号,如静态数据存储器的片选信号,程序存储器的片选信号,串行通信电平转换模块的片选信号,GPRS控制芯片的片选信号。

2.3 串行通信模块

W77E58单片机对外可供二个全双工串行口,其中一个与GPRS无线模块M23通信,另一个用来与外部需要进行数据传输的终端设备相连。为了增强本系统与外部终端设备连接的通用性,该模块提供了RS-485或RS-232两种串行通信接口方式,因为W77E58串行口电平是TTL电平,所以需要将TTL电平信号转换为RS-485或RS-232总线电平信号。另外,RS-232串行接口可与PC机直接相连,这样就可在PC机上通过串行口发布AT指令对M23模块进行单独调试。本系统选用的是Maxim公司的MAX485和MAX232,使用中通过短接线很发便选择使用MAX485或者MAX232。

2.4 看门狗电路

GPRS无线终端能否正常工作的关键是看CPU能否正常工作,GPRS无线终端现场运行时,由于现场的冲击干扰及其它原因,使得CPU工作出现异常,造成程序跑飞,极易造成通信故障,甚至会丢失数据。因此GPRS无线终端需要加上看门狗(WATCHDOG)电路,如图3所示,电路有MAX813芯片构成。

主程序正常运行时,必须每隔1.6S之内向MAX813芯片的WDI引脚送一次信号(喂狗信号),若超过1.6S,MAX813接受不到喂狗信号,则产生看门狗输出,使WDO引脚由高电平变为低电平,由于WDO引脚与WR(手动复位端)直接相连,所以WR此时输入为低电平,当该引脚上的低电平保持140ms以上时,MAX813的RST端就产生脉宽为200ms的高电平,从而复位单片机W77E58,使程序重新运行。

三、数传终端的软件设计

数传终端系统的软件设计的关键部分是单片机与GPRS模块的通信,两者间需定义通信协议、规定数据传输的帧格式,通过AT指令令实现GPRS网络的附着、PDP激活、Internet的接入及数据传输。

3.1 AT指令的调试

利用AT指令控制M23模块建立无线信道进行数据传输的步骤如下:

(1)AT$NOSLEEP=1:防止串口进入睡眠状态。利用M23进行TCP/IP数据连接前必须使串口永远打开,否则可能会造成数据丢失。

(2)AT+CGDCONT=1,“IP”,“APN”:设置接入网关,中国移动的APN是CMNET。

(3)AT%CGPCO=1,“PAP,,”,1:PAP验证,默认的用户名和密码。

(4)AT$DESTINFO=“*.*.*.*”,1,主站的端口号:设置远端主站的IP地址,其中“*.*.*.*”指远端主站的固定的IP地址,“1”指支持TCP协议,若为“2”指支持UDP协议。

(5)ATD*97#:拨号建立连接。当建立了TCP/IP的连接后,可以通过发送“+++”(后面不能有任何字符)命令从TCP状态切换到AT命令状态,TCP状态此时没有断开只是被暂时挂起,在AT命令状态可以使用“ATO”命令来返回到TCP状态,也可以在AT命令状态发送“ATH”彻底断开TCP连接。

3.2 M23建立TCP/IP连接的原理

由于GPRS的TCP/IP连接是基于IP地址的连接技术,因此,建立TCP/IP连接必须要提供对方的IP地址。M23只能作为client端,不能作为serve端。Serve端建议使用固定IP,这样建立的连接比较稳定。当serve端的主站有了固定IP后,M23端在没有连接主站时是没有IP地址的,只有当使用了“ATD*97#”命令与主站建立连接后,M23端才会被分配一个移动公司网内的虚拟IP地址,移动公司与外网的连接会通过网关,建立连接后,从serve端来看,M23在经过网关的时候被分配了一个临时的公网IP地址和端口号,这个临时的IP地址和端口号从M23端无法得到,但从serve端可以看到,这样就能够实现从M23到serve,从serve到M23的双向通信。当然,如果M23不先去连接serve,serve是无法主动连接到M23的。

3.3 M23与主站的连接方式

当单片机向M23模块发出“ATD*97#”指令后,就可与主站建立PPP连接,并可使用M23内嵌的TCP/IP协议进行数据传输。M23与主站的连接方式有以下几种:

第一种与主站的连接方式是主站有固定IP地址的方式。

固定IP地址构建的系统稳定,当主站IP有足够的带宽时可以建立起大型的系统,理论上一个IP最大系统仅受带宽的限制。

第二种方式是使用域名解析DNS。

由于申请固定IP的费用比较高,主站可以申请一个域名,M23本身有域名解析的功能。这样的连接由于主站IP的不稳定性,建议用来构建中小型系统,但主站的维护费用很低。

第三种方式是与中国移动协商使用专门的APN。

向中国移动申请使用移动公司内网的IP地址做主站,这个主站IP由于是移动公司的内网IP,运行费用相对较低,稳定性取决与移动的网络,可以用来构建大型的系统。

3.4 程序的设计[6]

为了方便调试、维护和移植,无线终端软件设计遵循模块化设计思想,采用C语言编程。无线终端软件主要分为系统初始化模块、建立连接模块、数据传输模块、断开连接模块4部分。系统程序流程图如图4所示:

程序首先对系统软硬件进行初始化,用AT指令初始化M23模块并建立PPP连接,PPP连接建立后,M23模块进入数据传输模式,可以以PPP帧格式直接传送数据。一方面,M23接受主站服务器发来的命令或数据并通过串行口发给单片机,单片机根据主站的命令进行相应的处理;另一方面,单片机通过RS-232或RS-485串行口接受外部终端发来的数据或请求并通过另一个串行口发给M23,M23就会把数据转发给相应的IP地址的PC机。M23模块在接入网络后,在设定的周期内无数据通信时,由单片机控制M23模块向主站发送心跳信息,以保持GPRS网络的连接,主站收到心跳信息后,回应应答信号。

四、结束语

GPRS数传模块由于具有永远在线、自由切换、传输速率高、计费灵活便宜等优点而有着极为广泛的应用。本文设计的GPRS数传系统可以将标准串行口数据通过GPRS网络连入互联网,在远端设备和主站之间提供了一条透明的传输通道。该系统可广泛地应用于无线电力抄表、远程配变监测系统、无线车载监控系统等领域。

摘要：介绍了通用分组无线业务(General Packet Radio Service,简称GPRS)无线传输技术,提出了基于BENQ公司M23模块和Winbond公司W77E58单片机的无线数据传输系统,给出了硬件设计框图和软件设计流程图。实践证明,利用GPRS传输数据与传统的数传方式相比,具有耗资小、体积小、分布广、使用灵活等优点。

关键词：GPRS,M23模块,W77E58单片机,AT指令

参考文献

[1]吕鑫,王忠.GPRS数据传输模块的设计与实现[J].无线通信,2008(9):18-20.

[2]孙鸣,吴珏.基于TC45模块的GPRS无线抄表系统[J].自动化与仪器仪表,2005(6):29-31.

[3]徐敏锐.GPRS在配变监测系统中的应用[D].南京:东南大学电气工程系,2005.

[4]M23GSM/GPRS Wireless Module DATASHEET.BenQ Corp.2005.

[5]程云长.可编程逻辑器件与VHDL语言[M].北京:科学出版社,2005.

篇6：GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计

无线电能传输就是利用一种特殊设备将电能以无线形式进行传输，从而可以在无需电缆线的情况下直接传输电能。介绍了一个无线充电系统，该系统由利用89C51单片机，设计制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，它对发射线圈的电流进行檢测，若产生偏离谐振电流则进行调节，从而使传输电能的能量始终处于最大。无线电能传输领域是一个充满活力、具有巨大应用前景的高新技术领域。

关键词：

无线传输；自谐振；传输功率；传输效率

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2016）04021902

1 系统方案

根据设计提出的要求，本系统总共分为两大部分：电能发送和电能接收。发送与接收单元之间通过线圈之间的互感耦合作用传送电能，供电部分和用电部分没有任何束缚性的有线连接。传送有效距离达10cm，本系统效率高，成本低，工作可靠稳定。系统构成如图1所示。

1.1 发射电路的论证与选择

1.1.1 检测与调频的论证与选择

方案一：采用晶闸管，其优点是切换无噪声，单驱动电路复杂，切要安装散热片。

方案二：采用继电器，功率大，内阻小，缺点是存在切换噪声。

方案三：采用89C51单片机控制驱动顶部线圈信号的频率，并能通过检测流过顶部线圈电流的大小来调整频率使线圈达到最大的传输频率。

综上所述：单片机操作简单，控制灵活，功能齐全，价格适宜，所以选择方案三。

1.1.2 频率调节电路

方案一：使用晶体管振荡，可以产生稳定准备工作频率，但频率不可调，使接下来的工作量增大，较难做到系统所需较高要求。

方案二：使用LC振荡，其频率在一定的范围内可调，电路简单而且省电。

方案三：采用89C51单片机对谐振电流进行检测，若谐振电流发生偏离则进行调整，使频率域LC达到一致，从而使线圈传输能量达到最大。工作简单方便。

综上所述：因功率放大系统频率不高，频率可调在一定的范围内，选用方案三。

1.1.3 功率放大电路

方案一：采用大功率开关三极管作为功放元件，但管耗较大，需要大面积的散热片，成本较高。

方案二：采用场效应管作为功放与元件，功耗低于三极管，驱动功率小，使用方便，价格合适，更能满足系统要求。

1.1.4 总体发射电路

方案一：采用专制XKT-515直流远距离无线供电芯片，使用简单方便，但是芯片较为稀有独特，其功能不能满足任务要求。

方案二：采用自制电路，将输入的直流电压15V，经过振荡，放大，使振荡频率达到最大，即自谐振状态，经由线圈将电能发射出去，结构简单，方便。

综上所述，本系统采用方案二。

1.2 接收电路的论证与选择

方案一：采用专制电路：XKT-408系列集成电路，采用CMOS制程工艺，具有精度高稳定性好等特点，其专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。

方案二：采用自制电路：线圈接收电能后，经过电桥整流，电容滤波，可以为负载提供直流电源，达到题目要求。

综上所述，采用方案二。

1.3 负载电路的论证与选择

根据设计提出的要求采用两个1W的LED灯串联，并串入一个电阻。

2 系统理论分析与计算

2.1 发射、接收电路

为方便说明，在以下分析中均认为发射、接收电路装置在建立联系之后，均达到自谐振状态，同时只考虑线路的集中参数，并不计算杂散参数对电路的影响。其等效的电路模型如图9。

图中Us为发射线圈感应得到电压，Rt、Rr为发射、接收线圈等效电阻，Lt、Lr为发射、接收线圈等效电感，Ct、Cr为发射、接收线圈等效电容。

设发射线圈中电流为It，发射线圈电流产生的磁场近似为：

由此在接收线圈感应产生的电压为：

负载得到功率：

以上式中，Rr为针孔磁导率，f为电流频率，N为环形线圈匝数，r为线圈半径。

由上面式子可以得到发射线圈与接收线圈之间传输效率为：

2.2 功率放大分析

图10为典型的E类功率放大电路，开关管T采用MOS管，正常工作时要能工作在软开关状态。

由于该系统主电路的频率到达1MHz以上，因此开关管应选择MOS管。本系统选用了国际整流公司的芯片IRF840，额定电压为500V，额定电流为8A。

2.3 驱动电路的设计

本系统采用栅极驱动，主要包括方波信号发生器，驱动芯片TL4428，5V的直流源，滤波电容，稳压二极管等。由于MOS管需要一定的驱动功率，这里采用了驱动芯片TL4428，它可以提供1.5A的驱动电流，驱动的上升时间和下降时间最小可以到达19ns，从而可以满足1.5MHz驱动的要求。另外，稳压管可以起到防止驱动电压尖峰，保护MOS管的作用；电阻可以防止MOS管的栅极里的电容放电，而烧毁驱动芯片。

3 设计结论

通过本次无线电能传输装置的设计，我们不仅对模拟电路有了更加深刻的理解，在电子设计方面同样也很有收获。我们的设计互帮互助，友情更加浓厚，同时也加深了彼此之间的默契，虽然其中也有很多的争执与分歧，但是经过彼此的细心探讨，问题也都会迎刃而解。

参考文献

[1]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]康华光.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.

篇7：GPRS数据传送服务的无线通信控制器设计

随着无线通信技术的发展, GPRS无线网络因其覆盖范围广、数据传送速率高、网络稳定性好、价格合理和与Internet无缝连接等优点, 成为数据采集和监控系统传输通道的首选技术。同时, U盘海量数据存储与便携技术, 是目前数据采集研究领域一个比较关注的热点, 这些技术的实现和应用, 可以很好的解决传统数据采集中精度低、数据不易保存等一些问题。如何能将GPRS无线传输和U盘存储相结合应用于便携装置的设计成为未来数据采集系统发展的一个重要方向。

本文在研究和分析无线数据传输及存储原理和实现方法基础上, 设计了一种基于单片机的嵌入式无线数据采集控制系统。该系统具有了数据准确快速采集、存储信息量大、GPRS数据无线传输等功能。系统采用模块化设计, 主要由U盘读写模块、数据采集模块、GPRS无线数据通讯传输模块、LCD液晶显示等模块组成。同时本设计完成了上位机和下位机的软件设计, 采用结构化设计思路、程序可移植性好、代码优化合理运行效率高。

二、系统硬件电路设计

系统的硬件电路设计框图如图1所示, 包括:5V电源电路、以ADC0809为核心A/D转换电路、GPRS无线射频通讯电路、DS1302时钟电路、PC机与单片机串口通信电路、LCD液晶显示电路、U盘读写电路、键盘与单片机接口电路AT24C02存储电路。

在硬件系统的设计中, 关键是如何将GPRS无线通信与U盘存储技术的结合并用于以单片机为控制核心的数据采集系统, 下面将详细介绍这两部分电路的设计。

2.1GPRS无线远传技术的实现

本系统GPRS无线调制解调器选用中兴通讯公司推出的ZXGM18, 它是一个双频接口模块, 主要发送短消息和数据。

ZXGM18既可以作为终端发送和接收数据, 又可以作为嵌入式二次开发设备, 因为它具有射频收发电路和基础频带处理器。ZXGM18提供了标准的接口, 和控制系统的连接很方便, 用户不必在这方面花费太多的精力, 所以就可以把精力放在其他上面。

为了实现GPRS无线远传的功能, 需将进行无线数据接收与发射的单片机与计算机采用串口连接, 其连接原理图如2所示。

计算机自带串口, 俗称COM口, 它支持标准的RS-232协议, 可以外围器件进行串行通信。计算机常用8250或16550作为数据发送的转换器, 它们都是可编程的, 外面使用9插口将串行信号送出。

单片机自带一个全双工的串行接口, 所以单片机与外电路的串行通信是很方便的。为了节省硬件端口, 本系统硬件数据传递部分与计算机相连采用最少的三线 (TXD、RXD和GND) 式形式, 单片机工作的电平为TTL电平, +5V表示1, 0V表示逻辑0, RS-232电平用-9V～-12V电压电平代表逻辑1, 以+9V～+12V电压代表逻辑0, 电压标准不一样, 中间要有电平转换电路, 本系统采用最常用的MAX232芯片完成电平转换。

2.2U盘存储技术的实现

完成采集数据及时可靠的存储是本装置的一项重要功能, 因此如何选择装置的数据存储方案就成为本设计要解决的重点问题。本装置的数据存储方案如图3所示, 就是采用STC12C5A60S2单片机控制CH375芯片的U盘存储方案。

本文研究的系统单片机端口空闲较多, 所以采用并口方式与CH375通信。如图4所示, 工作在并行模式下, TXD端接地, C12和C13是100μF的瓷片电容, 用来滤除开关电源的纹波, 在ACT#引脚和电源之间串联1K的限流电阻和发光二级管LED, 指示当前的工作状态, DO～D7和单片机的P口相连, X0和X1之间接一个12MHz的晶振, 给CH375提供振荡电路, CH375对时钟的要求比较高, RSTI是复位输入端, 为了有效复位, 在RSTI与VCC之间串一个大小为0.47μF的电容, INT是复位完成后的中断请求输出端, D+和D-是U盘的数据端。

三、系统软件程序的设计

3.1下位机软件设计

下位软件主要实现对单片机的控制功能, 我们采用专门应用于单片机的C语言, 简称为C51语言。单片机读写U盘关键主要时序和中断的应用, 否则会出现数据冲突, 具体的单片机读写U盘程序流程如图5所示。

单片机采用模块化设计, 通过上位机软件利用GPRS实现无线数据传输和控制, 合理开发上位机软件也是本设计顺利完成的关键。

3.2上位机软件设计

由于Visual Basic语言可以很容易的开发Windows系统下的各类应用软件, 并且开发的软件方便直观、功能性强, 因此本系统的上位机采用Visual Basic语言进行设计。图6是上位机数据采集界面。

图7为GPRS通讯模块和上位机的通讯端口设定VB界面。

四、系统调试及实验结果

在完成电路原理图的设计后, 把电路的每部分在电路板上进行布局、安装和焊接。在焊接电路时要注意电解电容、二极管的极性, 然后把各元器件一一焊牢。在完成焊接之后, 不要急于接通电源。还必须要根据硬件原理图用万用表仔细检查电路板线路的正确性, 并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。还要检查各器件引脚是否有虚焊点, 电源之间是否有短路点, 并重点检查系统总线是否存在相互间的短路或与其他信号线的短路想象。在确认焊接无误后, 就可接通电源进行调试, 连接好的实物图如图8所示。

当上述检查无误后, 给将8路通道中不用的通道接地, 要用的通道接在相应的传感器上。该装置在使用时有以下注意事项:

(1) 开机前, 请检查主U盘是否插好;

(2) 在查看数据时候, 如果没有反应, 通过取消键退出, 然后重新进入, 即可查询数据, 在查询数据时候, 绿色的LED小灯应该一直亮着, 直到查询完毕, 如果没有亮, 则表示有问题;

(3) 在复制数据前请检查副U盘是否插好;

(4) 在复制数据时, 必须先测试连接, 连接成功后然后测试通信, 通信成功后复制数据, 必须按照这个顺序, 复制不会复制数据。并且在复制数据时, 如果按照这个顺序操作, 绿色的LED小灯应该一直亮着, 直到复制完毕, 如果没有亮, 则表示有问题。

该装置的实际运行情况如图9所示。

实验证明该数据采集系统与传统数据采集系统相比具有如表1所示特点:

五、总结

本设计以单片机技术与无线通信技术、U盘海量存储技术相结合, 开发了一套GPRS无线数据传输及U盘海量存储系统。设计中主要完成了:

(1) 通过对数据采集电路的设计, 实现了对所需数据的采集, 高精度模数转换及处理, 并精确显示的功能。

(2) 通过基于GPRS技术的无线通讯部分设计和U盘存储电路的设计, 实现了对数据的无线远传及实时海量存储的功能。

(3) 通过对上位机Visual Basic 6.0操作软件设计及单片机C语言程序的设计, 实现了整个系统的各项功能。

篇8：基于无线GPRS的数据传输系统

关键词：无线GPRS,转油站,集中监控,数据传输系统

0引言

监控指挥中心就是利用现代先进的网络、通讯、信息集成等技术,在远程前线生产现场安装数据采集装置或现场监控设备,实现对现场各类数据的自动采集和录入,使得远程前线站与监控指挥中心之间可以通过无线网络或有线网络进行数据传输。本文介绍了基于无线GPRS技术的数据集中监控系统。

1系统组成

接转站远程集中监控系统主要由接转站数据采集、数据传输、中控室集中监控、中控室远程接入与数据远传4大部分组成。这4部分相互独立又紧密联系,实现了接转站远程集中监控系统的主要功能:①把接转站站控系统采集的数据实时、稳定、准确地转送到井区监控中心;②在监控中心对接转站站控系统进行组态显示;③接转站站控系统数据入数据库进行集中存储;④监控中心数据远程传输(上传)。考虑到各接转站之间距离较远,为了节约成本,本文采用GPRS方式进行数据之间的通讯。利用GPRS终端作为传输设备,采用无线方式实现远程接转站与监控中心的数据通讯。

1.1 数据传输系统构成

各转油站中控室采用组态软件来控制下位机的运行状态并与下位机进行数据交换,每个转油站现场共有3个PLC,分别控制多通阀、计量器和周围数据的采集,3台PLC和现场上位机通过标准的RS-485接口实现通讯。

本数据远传系统主要由各接转站的网络交换机、GPRS终端、监控中心的数据接入设备、网络交换机、数据库服务器、监控站等硬件组成。软件方面主要有在监控中心运行的Oracle数据库软件、监控中心组态软件、现场组态监控软件和站控系统数据接口软件等。

1.2 远端数据传输的实现

远程监控是指现场和监控中心都可以控制现场下位机,其实现方法为近端(近端指现场,远端指监控中心,以下均为此意)电脑直接与现场PLC通过物理线连接,直接控制现场PLC;远端电脑将控制指令通过GPRS网络发送到近端电脑,再由近端电脑控制现场PLC(如图1所示),因此远程控制是通过近端计算机实现的。

实现远程监控主要是实现现场上位机与监控中心上位机的数据通讯,其具体实现方法为:两台电脑各安装一套组态王软件,其中一台做主机(监控中心),一台做从机(现场),主机与从机之间的连接通过GPRS实现,两台计算机之间的数据交换严格遵守标准的工业协议,以保证数据的准确性,并可以实现主机和从机控制下位机,其中任何一台计算机修改参数后另一台计算机上相应的数据就会更新,从而保证了主机和从机控制的准确性。

1.3 近端数据传输的实现

现场数据远程监控的实现方法为:现场上位机将PLC的相关数据送到现场交换机后,再经交换机送入GPRS无线终端,现场GPRS终端把数据变成无线信号通过标准的天线送到空中进行远程传输。无线信号传到中国移动基塔并接收,由基塔将接收到的数据转为有线数据,通过光纤传输到监控中心。远端数据传到现场PLC时的数据流程与近端到远端的数据流程正好相反,系统网络拓扑图如图2所示。

在对现场设备进行远程监控时,监控中心的组态软件通过标准协议将读写数据信息通过GPRS发送到现场监控室组态软件上,再由该软件对现场设备进行读写,整个远程监控就是通过该软件这个 “桥梁”来实现的。远端监控中心不直接读现场设备,避免远端监控中心和现场中控室同时读写现场设备造成逻辑混乱,现场上位机和监控中心上位机之间遵守严格的数据校验,稳定可靠地实现现场中控室和远端监控中心对现场设备的同时控制。当数据传输到监控中心的监控机上时通过组态软件直接调用处理,组态软件再把数据以一定的数据结构存入数据库,供其他应用软件调用分析处理。

1.4 数据存储

监控中心组态软件采集和显示的数据通过数据采集传输软件传输至监控中心的数据库服务器中,并且按照油田公司数据存储的标准格式以2 min/次的频率进行存储,数据库中存储的数据通过编写触发器也以2 min/次的频率传输到风城作业区数据库,在风城作业区就可以实时观察现场生产状况,实现实时的远程监控,为生产的指挥调度提供了良好的数据基础。

2小结

本系统采用GPRS数据传输方式,实现了转油站的数据传输和集中监控,该系统成本较低,安装和施工方便,适用于站点分散的油田。

参考文献

[1]郭梯云,刘增基,王新梅,等.数据传输[M].北京:人民邮电出版社,1998.

[2]苏翼凯,冷鹿峰.高速光纤传输系统[M].上海:上海交通大学出版社,2009.

[3]薛迎成,何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用[M].北京:中国电力出版社,2007.