【文章內(nèi)容簡介】 GPRS系統(tǒng)原理 ＭＳ與ＧＳＭ基站通信，但與電路交換數(shù)據(jù)呼叫不同，ＧＰＲＳ分組是從基站發(fā)送到ＳＧＳＮ，而不是通過移動交換中心（ＭＳＣ）連接到語音網(wǎng)絡上。ＳＧＳＮ與ＧＧＳＮ進行通信，ＧＧＳＮ對分組進行相應的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡。來自Ｉｎｔｅｒｎｅｔ標識有移動臺地址的ＩＰ包，由ＧＧＳＮ接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到ＳＧＳＮ，繼而傳送到ＭＳ。ＳＧＳＮ通過幀中繼與ＢＴＳ相連，是ＧＳＭ網(wǎng)絡與ＭＳ之間的接口。ＳＧＳＮ的主要作用是記錄ＭＳ的當前位置信息，并在ＭＳ和ＧＧＳＮ之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。ＧＧＳＮ通過基于ＥＰ協(xié)議的ＧＰＲＳ骨干網(wǎng)連接到ＳＧＳＮ，將ＧＳＭ網(wǎng)絡中的ＧＰＲＳ分組數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)換，并傳送到遠端的外部分組交換網(wǎng)。ＧＧＳＮ是連接ＧＳＭ網(wǎng)絡和外部分組交換網(wǎng)（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和Ｉｎｔｒａｎｅｔ）的網(wǎng)關。：圖2. 6GPRS系統(tǒng)原理圖第三章 系統(tǒng)的硬件設計任何一個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)都離不開硬件的支持，塌實系統(tǒng)功能實現(xiàn)的餓物質(zhì)基礎。硬件的設計要根據(jù)功能的要求和系統(tǒng)的工作原理來進行。對于該系統(tǒng)來說，最關鍵的是數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)集中器和通道設計。MCUAT89C2051RS232網(wǎng)絡接入設備脈沖采集計數(shù)模塊網(wǎng)絡小區(qū)主機輔助電源電路RS485時段3．1系統(tǒng)方案的選擇自動抄表的構(gòu)建 “一戶一表，集中抄表，銀行聯(lián)網(wǎng)”已成為電能計量計費信息化的長期發(fā)展目標，這就決定了抄表系統(tǒng)的兩個基本特點：系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集點多，采集點具有分散性，數(shù)據(jù)量大，系統(tǒng)是一個覆蓋面很廣的通信網(wǎng)絡。目前存在的抄表方式各有其適用場合：紅外抄表只適合于短距離人工手持抄表，小功率無線電波、RS485總線的通信距離較近，適用于居民小區(qū)和樓宇的集中抄表，適合低層數(shù)據(jù)采集。電話交換網(wǎng)、大功率無線電波、低壓電力線載波、以太網(wǎng)、GSM/GPRS通信網(wǎng)的通信距離相對較遠，可以作為上層的數(shù)據(jù)傳輸方式。在實際應用中，可以將多種自動抄表方式結(jié)合起來，構(gòu)成一種復合式自動抄表方式。 該系統(tǒng)構(gòu)建的復合式自動抄表系統(tǒng)整體采用分布式體系結(jié)構(gòu)，由四部分組成：監(jiān)控中心、集中器、采集器和用戶電表；分為兩層結(jié)構(gòu)，包括集中器與采集器的底層通信和監(jiān)控中心與集中器的上層通信。自動抄表系統(tǒng)的通信信道方案包括集中器與采集器的底層通信信道方案和管理中心與集中器的上層通信信道方案。底層數(shù)據(jù)采用RS485總線型通信方式。這種方式是以一條串行總線連接各分散的采集器，實現(xiàn)各節(jié)點的互連。上層通信系統(tǒng)是以安裝在管理中心的系統(tǒng)工作站為中心點，以發(fā)散的形式分別通過通信信道與分散于各區(qū)域的集中器連接，形成1對N的連接形式。在這種方式下，信道的通信數(shù)據(jù)量大，要求有一定的傳輸速率和帶寬。鑒于GSM/GPRS網(wǎng)絡的成熟度較高、覆蓋面較廣，可很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求，因而選用GSM/GPRS網(wǎng)絡作為上層通信方式。集中器模塊電能表N電能表2電能表1采集模塊N采集模塊2采集模塊1通訊模塊監(jiān)控中心服務器SIM卡GPRS網(wǎng)絡Iternet網(wǎng)RS485RS485RS485監(jiān)控中心服務器與集中器構(gòu)成上層通信系統(tǒng)。底層通信系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場，包括用戶電表、采集器與集中器。采集器的定義非常廣泛，它既可以是標準的采集模塊，也可以是帶有RS485接口的智能型儀表；采集器通過RS485串行總線把采集到的數(shù)據(jù)傳送給集中器。集中器的主要功能就是數(shù)據(jù)的采集、匯總和轉(zhuǎn)發(fā)。本系統(tǒng)中集中器主要由控制器和通信模塊構(gòu)成。集中器利用RS485總線把比較接近的采集器的數(shù)據(jù)匯總過來，對它們進行分時存儲，并利用通信模塊通過GSM/GPRS網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)傳送給上位供電部門管理中心。因此，為了實現(xiàn) 數(shù)據(jù)匯總和轉(zhuǎn)發(fā)，集中器必須具有兩部分通信功能：一是與采集器之間的短距離有線通信，這部分通信主要由RS485通信來完成；二是控制器和通信模塊之間的RS232串行通信，通過RS232串行接口微控制器可以發(fā)送AT指令來控制通信模塊以實現(xiàn)集中器和上位計算機之間的遠距離無線通信。該系統(tǒng)中集中器又可稱為抄表數(shù)據(jù)采集終端設備，其設計實現(xiàn)就成為本系統(tǒng)的關鍵部分。3．2數(shù)據(jù)采集器的設計，以Amel公司的AT89C2051作為主控制器，包括無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊，異常處理報警模塊，脈沖采集模塊，看門狗和時鐘電路。微控制器通過串行接口TX（P3 0引腳）和RX（P3 1引腳）外接無線數(shù)據(jù)傳輸模塊DTD465A，通過IC外接時鐘芯片DS1307。從水表，電表，煤氣表等輸出的采樣脈沖，經(jīng)過輸入電路實現(xiàn)信號電平轉(zhuǎn)化，再經(jīng)整形轉(zhuǎn)化成方波后，送給單片機的I/O口，實現(xiàn)各表的脈沖數(shù)統(tǒng)計。數(shù)據(jù)存儲模塊選用64KB的EPROM存儲器AT24C256用來存儲各表的數(shù)據(jù)信息和采集器的地址，等待數(shù)據(jù)集中器的抄寫。每個用戶采集器的地址不同，保證采集信息的 正確無誤。系統(tǒng)配備可充電后備電源，停電時自動啟用后備電源為系統(tǒng)供電，防止丟失數(shù)據(jù)。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊Flash存儲模塊脈沖采集模塊S3C2410A鍵盤控制模塊USB接口模塊LCD顯示模塊1. AT89C2051芯片基本結(jié)構(gòu)和特點AT89c2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大at89c2051單片機可為您提供許多高性價比的應用場合。：2K字節(jié)的閃存， 128字節(jié)RAM， 15I/O線路， 兩路16節(jié)的計時器， 5FIVE VECTOR 兩種中端科技，duplex 系列端口， 模擬兼容器，芯片。，時鐘循環(huán)， 另外，該產(chǎn)品還使用靜止的邏輯操作，降低到0頻率， 支持兩可選省電模式。理想模式是在停止CPU的時候， 允許RAM，計時器， 系列端口和中斷系統(tǒng)持續(xù)工作。 低電模式，節(jié)省RAM空間，但是其他芯片上的功能會不運作，直到重新裝置另一個軟件。 　 AT89C2051設計有2個程序保密位，保密位1被編程之后，程序存儲器不能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出。 　 　　89C2051可以采用下面2種方法開發(fā)應用系統(tǒng)。 　?。?） 由于89C2051內(nèi)部程序存貯器為Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程89C2051的編程器即可。調(diào)試人員可以采用程序編輯編譯固化插到電路板中試驗這樣反復循環(huán)的方法，對于熟練的MCS51程序員來說，這種調(diào)試方法并不十分困難。當做這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi)RAM的內(nèi)容和程序的走向等有關信息。 　　（2） 將普通8031/～～,這種方法可以運用單步、斷點的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實，比如，2051的內(nèi)部模擬比較器功能，P1口、P3口的增強下拉能力等等。 　　主要性能： 　　.和MCS51產(chǎn)品兼容； 　　.2KB可重編程FLASH存儲器（1000次）； 　　.； 　　.全靜態(tài)工作：0Hz24KHz 　　.2級程序存儲器保密鎖定 　　.128*8位內(nèi)部RAM 　　.15條可編程I/O線 　　.兩個16位定時器/計數(shù)器 　　.6個中斷源 　　.可編程串行通道 　　.高精度電壓比較器（，） 　　.直接驅(qū)動LED的輸出端口 　5. ： AT89C2051的結(jié)構(gòu)框圖8 AT9C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準MCS—51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和閃速存儲器，ATMEL AT89C2051是一強勁的微型計算機，它對許多嵌入式控制應用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。 AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 此外，從AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖也可看出，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致（除模擬比較器外），引腳RST、XTALXTAL2的特性和外部連接電路也完全與51系列單片機相應引腳一致，但P1口、P3口有其獨特之處。AT89C2051的引腳說明 AT89C2051是一個有20個引腳的芯片，與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行對比可發(fā)現(xiàn)，AT89C2051減少了兩個對外端口（即P0、P2口），使它最大可能地減少了對外引腳，因而芯片尺寸有所減少。 AT89C2051芯片的20個引腳功能為： 1. Vcc：電源電壓。 2. GND：地。 3. P1口：P1口是一8位雙向I/O口?！?。 。(AIN0)和反相輸入（AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。當P1口引腳寫入“1”時，其可用作輸入端?！?，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流(IIL)。 P1口還在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。 4. P3口：～、。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當P3口引腳寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時，被外部拉低的P3口引腳將用上拉電阻而流出電流(IIL)。 P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種功能，如下表所示。P3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 5. RST：復位輸入。RST一旦變成高電平，所有的I/O引腳就復位到“1”。當振蕩器正在運行時，持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復位。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。6. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 P3口的功能P3口引腳功能RXD(串行輸入端口)TXD(串行輸出端口)INT0(外中斷0)INT1(外中斷1)TO(定時器0外部輸入)T1(定時器1外部輸入)從上述引腳()說明可看出，AT89C2051沒有提供外部擴展存儲器與I/O設備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號，因此利用AT89C2051構(gòu)成的單片機應用系統(tǒng)不能在AT89C2051之外擴展存儲器或I/O設備，也即AT89C2051本身即構(gòu)成了最小單片機系統(tǒng)3．3數(shù)據(jù)集中器的設計 數(shù)據(jù)集中器由S3C2410A微處理器，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊DTD465A，GPRS通信模塊GR47，鍵盤控制模塊，LCD顯示模塊，F(xiàn)lash存儲模塊，SDRAM模塊和USB接口模塊等組成。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊Flash存儲模塊SDRAM模塊S3C2410A鍵盤控制模塊USB接口模塊LCD顯示模塊GPRS通信模塊數(shù)據(jù)集中器采用Samsung公司的S3C2410A微處理器作為處理芯片，該芯片具有功耗低，集成度高等特點。Flash存儲模塊由AM29LV800和K9F1208UOM組成。其中AM29LV800屬于NOR Flash用來存放啟動代碼；K9F1208UOM屬于NAND Flash用來存放文件系統(tǒng)，應用程序代碼，抄表數(shù)據(jù)文件等。SDRAM模塊由兩片HY57V641620組成，在統(tǒng)中主要用作程序的運行空間，數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。該設計中，LCD選用EPSON公司的TCMA0902（單色，320*200像素）。由于S3C2410A是高速處理器，因此在對LCD操作時需要加入軟延時。S3C2410A自帶3個UAR通道，通過外接MAX3232芯片實現(xiàn)標準的RS232通信接口后，分別與GPRS通信模塊GR47和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊DTD465A實現(xiàn)串口連接。3．4通信通道的實現(xiàn)3．4．1下行通道的實現(xiàn) 下行通道是數(shù)據(jù)集中器與采集器之間的通信通道，系統(tǒng)采用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊DTD465A實現(xiàn)無線通信。DTD465A最大發(fā)射功率為10mW，工作在433MHz的ISM頻段，采用基于FSK調(diào)制方式和高效前想糾錯信道編碼技術，可靠傳輸距離達300m。DTD465A通信接口速率為9600b/s半雙工通信信道，最適合點對多點的通信方式。DTD465A直接通過串口與數(shù)據(jù)采集器中的AT89C2051相連。在數(shù)據(jù)集中器中，S3C2410A微處理器通過MAX3232實現(xiàn)RS232接口后與DTD465A相連。DGNDSGNDTxDRxDVCCGNDDVDDTxDRxDDGNDRESETSLEEPAT89C2051DTD465A DTD465A與單片機接口的設計3．4．2上行通道的實現(xiàn) 上行通道是數(shù)據(jù)集中器與抄表系統(tǒng)管理中心之間的通信通道。該設計采用GPRS模塊GR47接入網(wǎng)絡實現(xiàn)無線通信。GR47是Song Ericsson公司的帶有GPRS全套語音和數(shù)據(jù)功能的無線模塊。GR47的外部有3個串口，其中串口1作AT指令通道，串口2用于調(diào)試程序，串口3為通用RS232口，可以與數(shù)據(jù)集中器的主控制芯片S3C2410A的串口相連。3C2410A SMAX3232GR47GPRS基站GPRS網(wǎng)絡GGSN抄表系統(tǒng)管理中心用戶Internet網(wǎng)絡3．5 數(shù)據(jù)傳輸形式的選擇GSM/GPRS網(wǎng)絡被選為上層通信方案的通信基礎。基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸通常有四種方式，第一種是基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸，第二種是基于Data方式（一種以電路交換為基礎的傳輸方式）的數(shù)據(jù)傳輸，第三種是通過語音方式進行數(shù)據(jù)傳輸，最后就是通過IP（Internet Protocol）方式的數(shù)據(jù)傳輸。如下是對四種基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的無線數(shù)據(jù)傳輸方式的各自特點作簡單介紹?；诙滔⒌臄?shù)據(jù)傳輸是通過短消息作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，利用AT指令對通信模塊控制，然后將數(shù)據(jù)按照短消息的格式發(fā)送給目標機。目標機接收到短消息后，利用AT指令將短消息讀出并將消息還原，這樣就完成了一次數(shù)據(jù)通信?；诙滔⒌臄?shù)據(jù)傳輸方式的特點是資費較低（），組網(wǎng)使用方便，但實時性較差，數(shù)據(jù)容量較低（〈140字節(jié)0。短消息數(shù)據(jù)傳輸方式