【文章內(nèi)容簡介】 PRS網(wǎng)絡(luò)中的傳輸協(xié)議是PPP，屬于TCP/IP協(xié)議模型中的數(shù)據(jù)鏈路層。在實(shí)際使用中，只要在監(jiān)控中心的服務(wù)器上設(shè)定一個監(jiān)聽端口，配合上位機(jī)軟件就可以通過GPRS模塊向服務(wù)器發(fā)出連接申請就可以建立TCP連接。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的GPRS傳輸。 GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元的工作流程GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元（簡稱GPRS DTU）上電后，首先讀出內(nèi)部FLASH中保存的工作參數(shù)（包括GPRS撥號參數(shù)，串口波特率，數(shù)據(jù)中心IP地址等等，事先已經(jīng)配置好）。然后，GPRS DTU登陸GSM網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行GPRS PPP撥號。撥號成功后，GPRS DTU將獲得一個由移動隨機(jī)分配的內(nèi)部IP地址。也就是說，GPRS DTU處于移動內(nèi)網(wǎng)中，而且其內(nèi)網(wǎng)IP地址通常是不固定的，隨著每次撥號而變化。我們可以理解為GPRS DTU這時是一個移動內(nèi)部局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備，通過移動網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)與外部Internet公網(wǎng)的通信。這與局域網(wǎng)內(nèi)的電腦通過網(wǎng)關(guān)訪問外部網(wǎng)絡(luò)的方式相似。GPRS DTU主動發(fā)起與數(shù)據(jù)中心的通信連接，并保持通信連接一直存在。由于GPRS DTU處于移動內(nèi)網(wǎng)，而且IP地址不固定。因此，只能由GPRS DTU主動連接數(shù)據(jù)中心，而不能由數(shù)據(jù)中心主動連接GPRS DTU。這就要求數(shù)據(jù)中心具備固定的公網(wǎng)IP地址或固定的域名。數(shù)據(jù)中心的公網(wǎng)IP地址或固定的域名作為參數(shù)存儲在GPRS DTU內(nèi)，以便GPRS DTU一旦上電撥號成功，就可以主動連接到數(shù)據(jù)中心。具體地講，GPRS DTU通過數(shù)據(jù)中心的IP地址（如果是采用中心域名的話，先通過中心域名解析出中心IP地址）以及端口號等參數(shù)，向數(shù)據(jù)中心發(fā)起TCP或UDP通信請求。在得到中心的響應(yīng)后，GPRS DTU即認(rèn)為與中心握手成功，然后就保持這個通信連接一直存在，如果通信連接中斷，GPRS DTU將立即重新與中心握手。由于TCP/UDP通信連接已經(jīng)建立，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通信了。對于DTU來說，只要建立了與數(shù)據(jù)中心的雙向通信，完成用戶串口數(shù)據(jù)與GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換就相對簡單了。一旦接收到用戶的串口數(shù)據(jù)，DTU就立即把串口數(shù)據(jù)封裝在一個TCP/UDP包里，發(fā)送給數(shù)據(jù)中心。反之，當(dāng)DTU收到數(shù)據(jù)中心發(fā)來的TCP/UDP包時，從中取出數(shù)據(jù)內(nèi)容，立即通過串口發(fā)送給用戶設(shè)備。通過有線的數(shù)據(jù)采集中心，同時與很多個GPRS DTU進(jìn)行雙向通信。這是目前GPRS DTU應(yīng)用系統(tǒng)中最為常用的方式。 華為GTM900C功能模塊介紹本系統(tǒng)選用的GPRS模塊是華為公司生產(chǎn)的GTM900C無線模塊。華為GTM900C無線模塊是一款雙頻段的GSM/GPRS無線模塊。它支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令及增強(qiáng)的AT命令。提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N應(yīng)用的理想解決方案。GTM900C使用AT指令集，通過UART接口與外部CPU進(jìn)行通信，主要實(shí)現(xiàn)無線發(fā)送和接收、基帶處理、音頻處理等功能。 GTM900C的邏輯框圖 GPRS模塊的電路GPRS模塊部分的電路分為四個部分：供電電源電路，串行通信電路，SIM卡外圍電路以及GTM900C外圍電路。其中串行通行電路與單片機(jī)系統(tǒng)的串行通行電路一樣就不再介紹了。下面分別其他幾個電路模塊進(jìn)行介紹。（1）供電電源電路本系統(tǒng)GPRS部分的供電系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的供電電源部分大同小異。對于其各部分功能不再詳細(xì)的給出。只不過穩(wěn)壓芯片換用了性能更好的LM2576。 GPRS部分的供電電路（2）SIM卡外圍電路在本系統(tǒng)的工作工程中使用了移動通信公司提供的GPRS業(yè)務(wù)，要使用該項(xiàng)業(yè)務(wù)就要用到移動公司的SIM卡。 SIM卡外圍電路電路圖（3）GTM900C外圍電路GTM900C是華為公司生產(chǎn)的一款雙頻GSM/GPRS無線通信模塊。下面對其進(jìn)行簡要的介紹。GTM900C模塊一共有40個信號連接口。 GTM900C信號功能表序號信號名稱功能序號信號名稱功能1Batt+供電21UART_RTS0請求發(fā)送2Batt+供電22UART_DTR0數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒3Batt+供電23UART_DCD0載波檢測4Batt+供電24SIM_CDSIM 卡在位信號5Batt+供電25SIM_RSTSIM 卡復(fù)位信號6GND工作地26SIM_DATASIM 卡數(shù)據(jù)傳輸接口7GND工作地27SIM_CLKSIM 卡時鐘信號8GND工作地28SIM_VCCSIM 卡供電信號9GND工作地29SIM_GNDSIM 卡的接地信號10GND工作地30Vbackup備份電池供電信號11RXD1接受數(shù)據(jù)31RST復(fù)位信號12TXD1發(fā)送數(shù)據(jù)32LPG指示燈狀態(tài)控制信號13VDD模塊正常啟動指示信號33AUXO+第二路音頻輸出信號＋ GTM900C信號功能表序號信號名稱功能序號信號名稱功能14ADC模擬數(shù)字采樣34AUXO第二路音頻輸出信號－15POWN信號開/關(guān)機(jī)控制信號35EAR+第一路音頻輸出信號＋16UART_DSR0數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒36EAR第一路音頻輸出信號－17UART_RI0振鈴指示37MIC+第一路音頻輸入信號＋18UART_RXD0接收數(shù)據(jù)38MIC第一路音頻輸入信號－19UART_TXD0發(fā)送數(shù)據(jù)39AUXI+第二路音頻輸入信號＋20UART_CTS0清除發(fā)送40AUXI第二路音頻輸入信號－，設(shè)計(jì)出GPRS模塊的電路。 GTM900C的外圍電路電路圖其中需要說明的有以下幾點(diǎn)：（1）觸發(fā)點(diǎn)火信號端IGT, 用OC門或者一個簡單的開關(guān)拉低該端電平來開啟模塊，低電平有效。在空閑/通話/關(guān)機(jī)模式：Vout = ，Vlow,max = @ Iout = 10礎(chǔ)，tlow ≥ 100ms。對于點(diǎn)火信號IGT的處理，需要首先拉低該引腳的電平到地，并至少維持100ms。 注意，如果通過充電回路（接到POWER引腳）供電，或者通過電池供電（接到VBATT+引腳），那么IGT信號必須維持至少1秒。（2）SYNC引腳可以用來輸出一個同步信號（synchronization signal），也可以在應(yīng)用使來控制一個LED2燈的輸出狀態(tài)。SYNC端通過一個三極管或門電路來控制LED2。一個簡單的電路接法是：SYNC端通過電阻接到NPN三極管（如9013）的基極，射極接地，集電極通過一個限流電阻接到LED2的負(fù)端，LED2的正端接VCC。LED2的工作模式完全類同于同步信號，顯示的是GTM900C的工作狀態(tài)：1）LED2燈滅，表示GTM900C電源關(guān)閉，處于休眠、報(bào)警或單純的充電模式 2）600 ms 亮 / 600ms 滅，表示未插入SIM卡，或者個人身份未登記/已注銷，或者網(wǎng)絡(luò)正在搜尋中，或者正在進(jìn)行用戶身份鑒定，或者網(wǎng)絡(luò)注冊正在進(jìn)行中 3）75ms 亮 / 3s 滅，表示網(wǎng)絡(luò)注冊成功（控制通道和用戶交換信息完成），無來電 4）LED2燈亮，依據(jù)不同的呼叫類型：聲音呼叫，數(shù)據(jù)呼叫，在建立或者完畢時的狀態(tài)。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)包括基于單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)和基于LabVIEW的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。基于單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)又包括數(shù)據(jù)采集部分和GPRS數(shù)據(jù)傳輸兩個部分。所以系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集部分程序設(shè)計(jì)、GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)三個部分。 主程序流程圖。 開始關(guān)閉看門狗系統(tǒng)時鐘初始化UART0初始化ADC0初始化DS18B20初始化GPRS模塊初始化兩路溫度數(shù)據(jù)采集兩路溫度數(shù)據(jù)傳送八路電壓數(shù)據(jù)采集八路電壓數(shù)據(jù)傳送 主程序流程圖主程序決定了系統(tǒng)的框架，系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的各種功能都需要通過主程序?qū)崿F(xiàn)。本系統(tǒng)的主程序包括了系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)认到y(tǒng)功能。系統(tǒng)的初始化設(shè)置系統(tǒng)各組建的工作方式，包含UART0初始化、ADC0初始化、定時器初始化、溫度傳感器初始化等。數(shù)據(jù)采集和傳輸包括溫度和電壓數(shù)據(jù)的采集和傳輸。 數(shù)據(jù)采集部分程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集包括兩路溫度數(shù)據(jù)和八路電壓數(shù)據(jù)的采集。溫度數(shù)據(jù)的采集是通過支持單線總線協(xié)議的數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)的，八路電壓數(shù)據(jù)的采集則是通過C8051F120集成的8路12位精度A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。這一部分主要對這兩類數(shù)據(jù)采集的程序設(shè)計(jì)做出相應(yīng)的介紹。 溫度數(shù)據(jù)采集的程序設(shè)計(jì)DS18B20是基于單線總線的數(shù)字溫度傳感器，總線控制器連接在DS18B20的DQ管腳上，控制器所有的讀寫操作都是通過該管腳實(shí)現(xiàn)的。DS18B20還有一個64位的光刻ROM，每一個DS18B20出廠時都有一個唯一的序列號，這個唯一的序列號就存儲于這個64位的ROM存儲器中。在實(shí)現(xiàn)多路溫度采集的系統(tǒng)中，可以把所有的DS18B20掛在同一條線上。總線控制器就是通過它們的ROM中存儲的唯一的序列號來識別每一個器件的。由于該器件是基于單線總線的，所有的讀寫操作都有一條數(shù)據(jù)線來完成，所以在使用過程中總線控制器必須要嚴(yán)格的遵守給定的時序。在這部分程序設(shè)計(jì)中最重要的就是讀寫和復(fù)位操作，下面分別對其進(jìn)行介紹。 DS18B20的讀字節(jié)子程序的設(shè)計(jì)由于DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線與總線控制器相連接，當(dāng)總線控制器需要對進(jìn)行讀寫字節(jié)操作時必須對其逐位的讀取或?qū)懭?。根?jù)其芯片手冊，器件的讀和寫都是從低位到高位逐位進(jìn)行的。由于讀字節(jié)的時序和寫字節(jié)的相似，限于篇幅這里只給出讀字節(jié)的程序流程圖。 讀字節(jié)子程序的程序流程圖 讀取DS18B20序列號的程序流程圖在多路溫度采集系統(tǒng)中，一條總線控制器上可以掛上無數(shù)的DS18B20器件。單線總線控制器要依靠器件的唯一序列號才能識別出特定的器件。所以，讀取器件序列號必須在溫度采集之前進(jìn)行。讀取器件序列號有兩種方法：（1）在總線控制器上逐個的掛上DS18B20器件，然后讀取并記錄其ROM信息。（2）同時掛上所有的器件，通過廣播和排除的方法讀取器件的序列號?？紤]到第二種方案程序的復(fù)雜性，本課題采用了第一種方案。 讀取DS18B20序列號的程序流程圖 兩路溫度采集的程序流程圖讀出DS18B20的序列號之后就可以利用讀得的序列號逐一的進(jìn)行溫度采集了。要采集制定地點(diǎn)的溫度，只要通過總線控制器將指定地點(diǎn)溫度傳感器件的序列號寫入單線總線等待指定器件的響應(yīng)然后再做其他相關(guān)操作就可以了?；趩尉€總線的數(shù)據(jù)采集的一般工作過程如下，首先對在掛在總線控制器上的所有溫度傳感器件進(jìn)行復(fù)位操作，等待器件響應(yīng)。如果器件復(fù)位成功，就可以發(fā)出匹配ROM指令（0x55），該指令發(fā)出后總線控制器上的DS18B20就處于等待匹配序列號的狀態(tài)。這時總線控制器就可以發(fā)送64位序列號。掛在總線上的溫度傳感器件就會把收到的序列號與自己的序列號相匹配，如果匹配成功該器件就可以繼續(xù)響應(yīng)總線控制器的指令。然后總線控制器就可以發(fā)送啟動溫度轉(zhuǎn)換或者讀取溫度的指令。然后把所讀得的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就可以得到該地點(diǎn)的環(huán)境溫度。該系統(tǒng)的溫度采集系統(tǒng)是兩路的。 溫度采集的程序流程圖 電壓數(shù)據(jù)的采集的程序設(shè)計(jì)C8051F120片內(nèi)集成了8路12位精度的A/D轉(zhuǎn)換器，其入口在1825管腳。對于A/。下面主要介紹A/D轉(zhuǎn)換的程序設(shè)計(jì)。對于片內(nèi)集成的A/D轉(zhuǎn)換器，只需要對單片機(jī)相關(guān)的寄存器做出合理的配置就可以了。在本課題中，ADC0是通過向ADC0BUSY位寫1觸發(fā)的。在A/D轉(zhuǎn)換過程中，先選定一個通道設(shè)置好AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲方式，然后在需要的時候想ADC0BUSY位寫入1觸發(fā)ADC0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換然后等待AD0INT位（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位）置1。AD0INT置1后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出電壓數(shù)據(jù)然后改變A/D轉(zhuǎn)換的通道進(jìn)行下一路的電壓數(shù)據(jù)采集。還有一點(diǎn)需要說明的是，電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后ADC0存儲的電壓數(shù)據(jù)有左對齊和右對齊兩種格式。這兩種格式是通過ADC0控制寄存器ADC0CN的最低位AD0LJST設(shè)置的。當(dāng)ADC0LJST為1時，ADC0H:ADC0L寄存器數(shù)據(jù)左對齊。當(dāng)ADC0LJST為0時，ADC0H:ADC0L寄存器數(shù)據(jù)右對齊。 電壓數(shù)據(jù)采集的程序流程圖 GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分的程序設(shè)計(jì)GPRS的數(shù)據(jù)傳輸是通過單片機(jī)對GPRS模塊的控制實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)與GPRS模塊經(jīng)過串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。所以該部分的程序設(shè)計(jì)包括串行口通信程序設(shè)計(jì)和GPRS數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計(jì)。這部分的主要內(nèi)容是對這部分程序的介紹。 串行口通信的數(shù)據(jù)傳輸C8051F120有兩個串口UART0和UART1，本設(shè)計(jì)使用的是UART0。UART0 是一個具有幀錯誤檢測和硬件地址識別的增強(qiáng)型串行口，可以工作在全雙工異步方式或半雙工同步方式，并支持多處理器通信。接收數(shù)據(jù)被暫存于一個保持寄存器中，這就允許UART0 在軟件尚未讀取前一個數(shù)據(jù)字節(jié)的情況下開始接收第二個輸入數(shù)據(jù)字節(jié)。一個接收覆蓋位用于指示新的接收數(shù)據(jù)已被鎖存到接收緩沖器而前一個接收數(shù)據(jù)尚未被讀取。要使用UART0必須現(xiàn)在交叉開關(guān)的設(shè)置時使能UART0，交叉開關(guān)是通過XBR0、XBR1 和XBR2這三個寄存器設(shè)置的。在使用UART0時還必須選擇合適的時鐘源和波特率，為了得到無誤差的標(biāo)準(zhǔn)波特率。與UART0相關(guān)的寄存器有SCON0、SSTA0、SBUF0，這里對其作出簡要的介紹。SCON0是UART0控制寄存器，該寄存器包含了串行口中斷的標(biāo)志位主要用于設(shè)置UART0的工作方式。SSTA0是UART0狀態(tài)和時鐘選擇寄存器，該寄存器主要用于判定串行口傳送數(shù)據(jù)的錯誤檢測及串行口波特率發(fā)生器的時鐘源選擇。SBUF0是UART0的數(shù)據(jù)緩沖寄存器，該寄存器存儲串行口收發(fā)的數(shù)據(jù)。為了讓串