【導讀】的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文。中作了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。

　　

【正文】 標機接到數(shù)據(jù)呼叫后，送出應答信號，然后便可按照相同的協(xié)議接收 ASCII 碼信息?；?Data 的數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸安全、實時性好、數(shù)據(jù)傳輸量大，但成本較高，適合于可靠、少次、海量數(shù)據(jù)傳輸。通過語音方式進行數(shù)據(jù)傳輸，主要是利用話音通道將數(shù)據(jù)調(diào)制到話音頻率傳輸出去，目標機將數(shù)據(jù)解調(diào)出來。該方案還可以通過語音通道傳輸雙音多頻 DTMF（ Double Tone Multiple Frequency）編碼進行數(shù)據(jù)傳輸，通信方式與語音方式一樣。該方案主要的優(yōu)點是可以用來傳輸音頻模擬數(shù)據(jù)，實時性很好（電路交換方式），但由于 GSM 系統(tǒng)的語音編碼方式的局限，對數(shù)據(jù)的壓縮還原會造成數(shù)據(jù)的失真。該方案基本不被采用，但可以作為備選方案用于無線安防系統(tǒng)中。 基于 IP 的數(shù)據(jù)傳輸方式是 GPRS 系統(tǒng)獨有的，因為 GPRS 是在 GSM 網(wǎng)絡基礎之上新增兩個節(jié)點（ SGSN 和 GGSN）而形成的移動分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。由于 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A是 TCP/IP 協(xié)議，因此基于 IP 的數(shù)據(jù)傳輸方式核心的內(nèi)容是 TCP/IP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換?；?IP 的數(shù)據(jù)傳輸方式的優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀颈容^低，實時性較好，但缺點是GPRS 終端開發(fā)成本高，使用復雜度較高，因為涉及復雜的組網(wǎng)方案。該方案的組網(wǎng)方案靈活性更好，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢?、?shù)據(jù)量更大，適合各種對實時性要求不太高的遠程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。 鑒于以上四種數(shù)據(jù)傳輸方式，本系統(tǒng)將采用第四種 GPRS 特有的 IP 數(shù)據(jù)傳輸方式，把 GPRS 作為上層通信信道進行無線數(shù)據(jù)傳輸。同時 GPRS 又具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，無需輪巡就可以同步接收、處理多個數(shù)據(jù)采集點的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸終端的通信模塊也將相應的選擇 GPRS 模塊。 系統(tǒng)組網(wǎng)方式的選擇 GPRS 是目前較好的無線傳輸方式，它在儀器的遠程通信方面具有較高的性價比，它可以提供遠程控制、在線監(jiān)控、實時采集、實時發(fā)布等功能。因此，我們采用 GPRS 作為電力抄表的上層通信方式來設計儀器的通信接口。同時根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的智能儀器儀表小型化、操作簡單和成本低等要求，采用單片機為控制單元來構建整個應用系統(tǒng)。利用單片機實現(xiàn) GPRS 的遠程通信接 口的設計，需要解決的一個關鍵問題是 GPRS 終端如何無線自動附著到 GPRS 網(wǎng)絡上，對于這個問題，實際上也就是選無線自動抄表系統(tǒng)的整體構建 第 19 頁 共 41 頁 擇 GPRS 遠程通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式。利用 GPRS 通信方式組網(wǎng)有三種方式，下面分別進行介紹。 （ 1）專線接入方式，從移動公司到用戶的遠程監(jiān)控中心的服務器端接一條 DDN 專線，通過數(shù)據(jù)專線將數(shù)據(jù)由 GPRS 網(wǎng)關服務器 GGSN 傳送到監(jiān)控中心，移動公司在GGSN 上為用戶配一個專門的 APN 節(jié)點，從而在 GPRS 終端和監(jiān)控中心構成一條無線虛擬專網(wǎng) (VPN)通道。 （ 2） GPRS 接入方式，用戶的遠程監(jiān)控中心向移動公司申請 APN 服務，獲得 GPRS內(nèi)部網(wǎng)固定 IP，所有的 GPRS 終端在撥號上網(wǎng)后將獲得的動態(tài) IP 向監(jiān)控中心的監(jiān)控軟件進行注冊，以便監(jiān)控中心至終端的下行通信。 （ 3） Inter 接入方式，用戶的遠程監(jiān)控中心采用 ADSL 等與 Inter 建立連接，申請一個公網(wǎng) IP 地址，通過 Inter 將數(shù)據(jù)由 GPRS 網(wǎng)關服務器傳送到監(jiān)控中心，也可采用以下方式：遠程監(jiān)控中心在連接 Inter 時向域名服務器注冊動態(tài) IP 地址，而 GPRS 終端撥號上網(wǎng)向域名服務器索取監(jiān)控中心的動態(tài) IP 地址。 比較三種組網(wǎng)方式，第一種方式適合于實時通 信或數(shù)據(jù)量特別大的場所，安全性較高，但成本也高。第二種方式的數(shù)據(jù)傳輸全部在 GPRS 網(wǎng)內(nèi)進行，安全性高，遠程的 GPRS 接口終端通過 GPRS 方式，將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，但是該方案要求由移動公司提供網(wǎng)內(nèi) IP，而該類 IP 很難申請到。第三種方式要求遠程監(jiān)控中心用有一臺連接 Inter 的服務器和公網(wǎng) IP 地址，用戶通過 Inter，利用監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務器和前端軟件，運行相應的程序，可以查詢到對應遠程接口終端的數(shù)據(jù)。這種方式資費低，前期投資小，實施方便，適于儀器的遠程通信系統(tǒng)選用。本系統(tǒng)正是采用第三種組網(wǎng)方案，通 過 GPRS 接入 Inter 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 4 數(shù)據(jù)終端設備的硬件系統(tǒng)設計 硬件平臺的整體構建 抄表數(shù)據(jù)傳輸終端一方連接著 GPRS 網(wǎng)絡，另一方連接著采集器或電能表，起著管理和協(xié)調(diào) GPRS 網(wǎng)絡和儀表數(shù)據(jù)通信的作用。由于無線傳輸是基于 GPRS 的，所以抄表數(shù)據(jù)傳輸終端也可以稱為 GPRS 終端。它的設計要求和難度都比較高，一般要完成硬件和軟件的設計。抄表終端的硬件設計一般廠商都會選用世界知名廠商生產(chǎn)的GPRS 遠程登錄數(shù)據(jù)終端設計 第 20 頁 共 42 頁 GPRS 模塊作為抄表終端同 GPRS 網(wǎng)絡連接的中間件，實現(xiàn)同基站空中接口的連接，選用高速微處理器連接儀表和 GPRS 模塊，處理兩者數(shù)據(jù)通信問題。抄表終端的總體結構示意圖如圖 所示，主要由微控制器 MCU 為核心，通過 RS232 接口控制 GPRS模塊建立同移動基站的鏈接，以及提供同采集器或電能表通信的 接口。 圖 抄表終端硬件的結構框圖 無線抄表系統(tǒng)的硬件設計 無線通信模塊的比較和選擇 目前市場上提供的無線通信模塊品種繁多，能提供的公司有西門子、 SIMCOM、WAVECOM 等。首先對這些公司的通信模塊進行市場調(diào)研，加以分析比較，選擇一款合適的 GPRS 無線通信模塊。 （ 1）西門子公 司無線模塊的介紹 ： 1995 年，西門子成立了無線模塊（ WM）部門，當時主要業(yè)務針對汽車工業(yè)的應用?，F(xiàn)在西門子的產(chǎn)品線可以分為三個部分：汽車類應用產(chǎn)品（以 AC45 為代表）、工業(yè)類應用產(chǎn)品（以 TC35i， MC39i 為代表）和消費類應用產(chǎn)品（以 MC45 和 MC38為代表）。自從 M20 停止生產(chǎn)以后， TC35 和 MC35 一直是西門子無線模塊中針對工業(yè)應用的主推產(chǎn)品。這兩款產(chǎn)品外觀和物理尺寸完全相同。 TC35 是單純的 GSM 模塊，不具有 GPRS 功能，而 MC35 除具有 TC35 的所有功能外，還具有 GPRS 功能。這兩款無線模塊憑借良好穩(wěn)定的性能，在市場上具有很高的知名度和很優(yōu)良的信譽。隨著技術平臺的升級， 20xx 年下半年起， TC35 和 MC35 也逐漸停止生產(chǎn)，西門子為了滿足長期使用 35 系列客戶的需要，推出了與 35 系列產(chǎn)品高度兼容的 TC35i 和MC35i。 35i 系列產(chǎn)品與系先 35 系列的引腳定義完全相同，長寬尺寸和固定點等也沒數(shù)據(jù)終端設備的硬件系統(tǒng)設計 第 21 頁 共 41 頁 有差別，這使得原先選用 35 系列的用戶可以平滑過渡到新的產(chǎn)品。改進的地方主要體現(xiàn)在：相對于 35 系列， 35i 的厚度幾乎減小了一半；同時， 35i 增加了一些對于工業(yè)應用更為使用的 AT 指令。最近，為了配合中國對進口元器件的環(huán)保要求，德國西門子公司將其原有產(chǎn)品均升級成了不含鉛的產(chǎn)品，其中 TC35i GSM 通訊模塊升級后的型號是 TC35i 環(huán)保型， MC35i GPRS 通訊模塊升級后的型號是 MC39i，升級后的模塊顏色較原來更顯深綠，大小尺寸不變，管腳和主要性能指標不變，跟原來型號基本兼容。西門子含鉛模塊已于 20xx 年 3 月停產(chǎn)， GSM/GPRS 系列產(chǎn)品逐步替換成無鉛環(huán)保型模塊。 35 系列的模塊在市場上特別是工業(yè)市場擁有良好 的聲譽和影響，由于技術本身的升級和希望在消費品領域獲得更多的份額，西門子又推了 MC45 模塊和它的中國版本 MC388。 MC45 與 MC388 的區(qū)別只有兩個： （一） MC45 是三頻模塊，除 900M 和 1800M 之外，還支持美國的 1900M 頻段，而 MC388 只支持 900M 和 1800M。 （二） MC45 支持 GPRS C1ass10，而 MC388 支持 GPRS Class 8。 本文中把這兩款模塊統(tǒng)稱為 MC45 系列產(chǎn)品。相對于 35 系列模塊， MC45 系列的體積更為小巧，更重要的是在硬件和軟件上為開發(fā)者提供了一個全新的平臺。西門 子旗下還有一個系列的模塊目前尚沒有引入中國市場，那就是為汽車工業(yè)度身定制的 AC 系列無線模塊，這一系列的產(chǎn)品針對汽車應用的環(huán)境在工作環(huán)境的限制方面較 MC 和 TC 系列的模塊有更大的適應空間。目前 AC 系列主要有 AC35 和 AC45 兩款產(chǎn)品，德國奔馳和寶馬是 AC 系列產(chǎn)品的用戶。此外，西門子在 20xx 下半年推出了一款全新的模塊TC45。這款模塊具有三個非常具有意義的突破性特點： 1）開放內(nèi)部的 MCU 以及相關的資源供用戶程序使用 。 2）內(nèi)含 Java 虛擬機，提供 Java 變成平臺。 3）內(nèi)嵌 TCP/IP 協(xié)議棧。這款模塊在 20xx 年底已經(jīng)大批量投產(chǎn)。 （ 2） SIMCOM 公司 IMT100 模塊 ： SIMCOM 公司是在 20xx 年上半年才出觀在國內(nèi)無線通信模塊這一領域，但在20xx 年下半年， SIMCOM 的出貨量已經(jīng)超過了很多小品牌，給 WAVECOM 和西門子造成了很大的壓力。正因為 SIMCOM 如此快速的發(fā)展，作者才把它列入本文的討論之列。迅速崛起的背后，除了價格方面的因素，還有技術因素的支撐。了解這家公司的背景可以知道，著名的通信公司 PPPCOM 是其大股東， PPPCOM 擁有 100%自主GPRS 遠程登錄數(shù)據(jù)終端設計 第 22 頁 共 42 頁 知識產(chǎn)權的 GSM/GPRS 協(xié)議棧，所以 SIMCOM 公司才能夠借助母公司的技術實力，跨越了技術儲備這一階段，直接推出成熟產(chǎn)品。 SIMCOM 公司無線模塊目前主要產(chǎn)品是 IMT100。不論在硬件還是軟件方面 IMT100 都有其突出的特點。硬件方面，IMT100 提供 60 腳的連接器，除了一些常用的引腳外，專門提供了 5 個通用輸入接口、 5 個通用輸出接口，這十個引腳配合使用，專門用于讀取鍵盤輸入。此外， IMT100提供了 5 個 SPI 引腳用于將模塊連接到指定的 LCD 模塊上，在此 LCD 上可以監(jiān)視模塊的工作信息。從上述引腳定義不難看出這款模塊的最初銷售對象是無線公話，無論是鍵盤還是 LCD 都顯然是為無線公話應用設計的。軟件方面， IMT100 提供了一組直接支持 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)?AT 指令，這一點十分引人注目，使用這組指令可以方便地通過 GPRS 網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，雖然應用的范圍和方式都受到一定的限制，但是對于某些沒有能力開發(fā) TCP/IP協(xié)議棧的工業(yè)用戶也是相當具有實用價值。由于 SIMCOM公司的產(chǎn)品進入市場的時間還很短，產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性尚需要接受市場的檢驗。 （ 3） WAVECOM 公司 Q24 系列模塊 ： WAVECOM 是最早從事無線模塊研究的公司之一，特別是在中國市場的出貨量一直位于同類前列。但是這家公司主要面對的對象是手機生產(chǎn)廠家，特別是 TCL 與其擁有長期良好的合作關系，每年 WAVECOM 給 TCL 的供貨量占到其在中國銷售量的一大半。所以在其模塊的設計上有很明顯的針對手機應用的傾向。 WAVECOM 目前在中國的主打產(chǎn)品是 Q2403 和 Q2406 系列產(chǎn)品（以下簡稱 Q24 系列）。兩者的硬件平臺和接口完全相同，區(qū)別是 Q2403 支持 GPRS Class2，而 Q2406 支持 GPRS C1ass10。常用接口包括：電源 接口，第一串口， SIM 卡接口，模擬音頻接口，電池接口，模塊開關機管理接口以及實時時鐘備份接口。 Q24 系列首先提出了在模塊中實現(xiàn) GPIO 和 A/D 轉(zhuǎn)換的概念。 GPIO 是通用 I/O 口（ General PurposeI/O）的簡稱。傳統(tǒng)無線模塊僅使用串口與外接的 MCU 進行通信，而采集數(shù)據(jù)和進行控制的工作都交給 MCU 來完成。而 WAVECOM 的 Q24 系列較早地提出了模塊直接支持 GPIO 的概念。 （ 4） 廣州致遠電子公司 ZWG23DP GPRS DTU 模塊： ZWG23DP GPRS DTU 是廣州致遠電子出品的一款嵌入式 DTU 模塊。它具有小巧的體積和靈活的應用方式，可以非常方便的嵌入到用戶的設備中，使您的數(shù)據(jù)終端設備的硬件系統(tǒng)設計 第 23 頁 共 41 頁 設備具有 GPRS 無線通信功能。該模塊同時提供配置串口和通信串口，使用便捷。ZWG23DP 借助 GPRS 網(wǎng)絡運營商（目前為 “中國移動通信公司 ” ）現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，可以說只要能用移動電話的地方就可以使用該產(chǎn)品。 由于 廣州致遠電子公司 的無線通信模塊推出時間較晚，傳統(tǒng)上面對工業(yè)應用，其硬件接口和軟件指令能夠滿足工業(yè)和消費品領域的需求，從目前的市場反饋情況看，該產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性最高，被許多公司及科研項目廣泛使用，并且非常適合中國用戶，價格射中。所以本論文的無線通信模塊也選擇 廣州致遠電子公司 GPRS 通信模塊 ZWG23DP GPRS DTU，下面將對該通信模塊做詳細介紹。 無線 GPRS模塊 ZWG23DP GPRS DTU 外圍電路設計 ZWG23DP GPRS DTU 是廣州致遠電子出品的一款嵌入式 DTU 模塊。它具有 小巧的體積和靈活的應用方式，可以非常方便的嵌入到用戶的設備中，使您的設備具有 GPRS 無線通信功能。該模塊同時提供配置串口和通信串口，使用便捷。 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