【正文】 件統(tǒng)對電源要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點(diǎn)，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗 等特點(diǎn)，因此該硬件系統(tǒng)的 電源部分采用 TI 公司的 TPS76033 芯片實現(xiàn)。 電源電路設(shè)計 由于單片機(jī)的電壓為 ， MC39I模塊的工作電壓為 ，因此本系統(tǒng)需要提供 和 的電壓。由于 MC39I 模塊的異步串行口工作在 CMOS電平 ()，所以在 TX 和 RXD0 之間連接一個 100 歐姆的電阻，起到限制電流的作用。 MC39I 模塊的串口中 DTR0 和 RTS0 兩個管腳為輸入管腳，因此分別通過 10k 的電阻將這兩個管腳拉高。 MC39I 的 異步 串行接口 RXD0、 TXD0 連接到 C8051F310 的異步串行口 UART0， 實現(xiàn)單片機(jī)對 MC39I 發(fā)送和接收指令的控制 。對于 MC39I模塊其他管腳在不使用的時候，如果該管腳為輸出管腳的話，一般讓該管腳懸空，如果為輸入管腳，需要將該管腳通過 10K的電阻上拉。 /IGT為 MC39I的工作狀態(tài)控制管腳，該管腳首先通過一個電阻拉高。MC39I無線模塊部分的開關(guān)機(jī)、工作方式、工作狀態(tài)級工作內(nèi)容等均由 C8051F310單片機(jī)控制 ，它與 C8051F310的連接方式如圖 36所示 。模塊電源主要由開關(guān)電源芯片LM2576轉(zhuǎn)換提供：上電時使用 ／ IGT引腳啟動 GSM引擎；通過 SP323E將所有的信號線都引至 9針 串口連接器 DB9，這樣使用 PC機(jī)時可以實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器的全部功能．同時將 9針串口中的 TXD、 RXD、 DTR和 DCD信號直接引出，通過 C8051F310單片機(jī)直接對 MC39I進(jìn)行操作：使用 SYNC引腳控制一個 LED可以顯示 MC39I所處的狀態(tài)：其他外部接口還包括 SMA華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 天線接口、 SIM卡座接口等。 MC39I的數(shù)據(jù)輸入 /輸出口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合 ITUT/RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，它有固定的參數(shù) :8位數(shù)據(jù)為和 1位停止位，無校驗位，波特率在 300bps~115kbps之間可選，硬件握手信號用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用 XON/OFF， CMOS電平 ,支持標(biāo)準(zhǔn)AT指令。 1 31和 32腳為控制部分 :15為點(diǎn)火線 IGT(Ignition)，當(dāng) MC39I通電后必須給 IGT一個大于 100ms的低電平，模塊 才 能啟動， 30為 RTC， 31為 PowerDown， 32為 SYNC。 24一 24為 SIM卡引腳，分別為 CCIN、 CCRST、 CCIO、 CCCLK、 CCVCC、 CCGND。 圖 34 ZIF連接器的管腳圖 這 40個引腳可以劃分為 5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入輸出、 SIM卡、音頻接口和控制。 為了便于硬件設(shè)計，對 ZIF連接器的管腳圖進(jìn)行介紹。外圍電路主 要包括電源電路、啟動與開關(guān)電路、 SIM卡電路 、 數(shù)據(jù)通信電路 、指示燈電路等。 圖 33 MC39I功能結(jié)構(gòu)圖 其中， GSM基帶處理器是 MC39I的核心部件，其作用相當(dāng)于一個協(xié)議處理器，用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送的 AT指令； 匹配電源為處理器及射頻部分提供所需電源； 射頻部分主要實現(xiàn)信號的調(diào)制和解調(diào)，以及外部射頻信號與內(nèi)部基帶處理器之間信號 的 轉(zhuǎn)換 。 MC39I結(jié)構(gòu) MC39I內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有：射頻區(qū) 、內(nèi)部 FLASH、 SRAM、 GSM基帶處理器、匹配電源和一個 40腳的 ZIF插座。 (6)自如切換， GPRS上網(wǎng)不影響正常的通話和接收短信 。 (4)快速登陸，與 GPRSA網(wǎng)絡(luò)建立連接的時間一般是 35秒，接入互聯(lián)網(wǎng)的時間是 13秒。 (3)按流量計費(fèi)。 (2)支持雙頻 GSM/GPRS，無需申請頻點(diǎn)，只需一張 SIM卡即可。 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 MC39I模塊簡介 MC39I是 Siemens公司推出的基于 GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，它完全兼容MC35模塊的功能 ， 能夠在 GPRS網(wǎng)中完成語音、數(shù)據(jù)呼叫、網(wǎng)絡(luò)連接、短消息以及傳真的傳送， Siemens自己的復(fù)用協(xié)議基本上可以滿足語音 /數(shù)據(jù)復(fù)用串口的要求，在 GPRS不 可用的地區(qū)還可以通過 GSM短消息傳輸數(shù)據(jù) [18]。單片機(jī)的串口 0與 GPRS模塊接口，串口 1與PC進(jìn)行通信，由于接口電平不同，因此串口 1與 RS232芯片進(jìn)行連接。該 系統(tǒng)的時鐘部分都是采用晶體振蕩器實現(xiàn)的。 C8051F310最小系統(tǒng)的 設(shè)計 圖 32所示為單片機(jī) 最小系統(tǒng)原理圖 。指令運(yùn)行速度大幅度提高， 70％ 的指令執(zhí)行是在一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)完成。C8051F310單片機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn) 8052的所有外設(shè)部件，包括一個可編程內(nèi)部振蕩器、一個增強(qiáng)型全雙工 UART、一個增強(qiáng)型 SPI、 4個 16位的定時 /計數(shù)器、 256字節(jié)的內(nèi)部 RAM、 128字節(jié)特殊功能寄存器、 16KB的可在線系統(tǒng)編程的 FLASH程序存儲器、 29個 I/O端口、支持 14個華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 中斷源以及一個 10位 ADC[16][17]。 C8051F310概述 C8051F310單片機(jī)，是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU芯片，是真正能獨(dú)立工 作的片上系統(tǒng) （ SOC） [15]。 圖 31 硬件組成 結(jié)構(gòu)圖 從結(jié)構(gòu)框圖中可以看出終端的硬件系統(tǒng)含有 5個部分： 由 C8051F310為 MCU的主控部分 ；基于 GPRS的無線傳輸模塊部分；由傳感器組及前端運(yùn)放組成的數(shù)據(jù)采集部分； 以BC7281芯片接口的按鍵及顯示器等外圍電路部分 ；電源部分 。 遠(yuǎn)程終端的硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)功能不同可劃分為兩個子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，兩個子系統(tǒng)之間由 C8051F310單片機(jī) 控制，實現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)交換。其中監(jiān)控中心主要由監(jiān)控中心服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 ，企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng) 及相應(yīng)的外圍設(shè)備組成。 監(jiān)控中心的功能 監(jiān)控中心一方面與數(shù)據(jù)采集終端雙向通信， 實時接收從采集終端分站上傳的數(shù)據(jù)和報警信息 ，并記入數(shù)據(jù)庫供查詢；另一方面為管理人員提供一個友好的可視化界面，實時地華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 顯示各個參數(shù)、報警信息、各項參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果，并能以曲線圖或表格等形式表現(xiàn)出來，使得管理人員可直觀地了解現(xiàn)場的運(yùn)行狀況。同理， GPRS 模 塊接收到的數(shù)據(jù)包同樣需要協(xié)議轉(zhuǎn)換才能送至監(jiān)控終端進(jìn)行接收處理。在擴(kuò)展接口部分，現(xiàn)場人員可以通過顯示屏查看數(shù)據(jù)情況。在擴(kuò)展接口部分，現(xiàn)場人員可以通過串口對采集終端進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在系統(tǒng)供電不足以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時發(fā)出報警并將信息傳送給監(jiān)控中心。記錄系統(tǒng)主要參數(shù)在上電時對系統(tǒng)初始化。采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 遠(yuǎn)程終端由傳感器組、 C8051F310 單片機(jī)及外圍電路所組成的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和西門子的 MC39I 無線通信模塊三部分組成。從務(wù)實的角度出發(fā)， GPRS作為電能量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)支撐平臺，同時綜合采用先進(jìn)安全方案以構(gòu)建 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)是較佳的選擇。 無線數(shù) 據(jù) 傳 輸 通信 網(wǎng) ，系統(tǒng)構(gòu)建不受地理和距離限制；投資省，只需在抄表終端上配置有關(guān)無線通信模塊就可以構(gòu)建覆蓋全球的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)；沒有維護(hù)費(fèi)用；系統(tǒng)工作可靠性高。但該方案要求有線電視網(wǎng)必須是雙向系統(tǒng)，需與有線電視部門進(jìn)行良好的合作與配合，協(xié)調(diào)工作量大。但每月有固定基本費(fèi)用，且有集中器安裝的地點(diǎn)很可能假設(shè)電話線 比較困難。但專門建設(shè)電纜或光纜網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備投資大，工期長，系統(tǒng)性價比太低。 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 2 數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng) 方案設(shè)計 方案設(shè)計 目前 遠(yuǎn)程傳輸主要包括 :基于有線的遠(yuǎn)程傳輸 (包括架設(shè)電纜、光纜或租用電信專線、基于公用電話網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸 、有線電視電纜網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸 )；基于無線的遠(yuǎn)程傳輸 (主要是建立專用無線 通信傳輸系統(tǒng) )[5][6]。 以 C8051F310單片機(jī)為微控制器，利用西門子公司的 GPRS模塊MC39I，使其經(jīng)過 GPRS無線網(wǎng)絡(luò)連接到 Inter，最后與 Inter上的監(jiān)控中心電腦建立連接 ， 并應(yīng)用 C編程建立了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心間的可靠數(shù)據(jù)無線通信。 本文的主要研究工作 隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，基于無線局域網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)取得了很大的發(fā)展，但對于環(huán)境惡劣、作業(yè)點(diǎn)分散、頻發(fā)小數(shù)據(jù)量傳輸?shù)墓I(yè)應(yīng)用，目 前的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)難以滿足需要，如何實現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備之間的自由通信成為研究的熱點(diǎn)。 GPRS提供了兩種類型的服務(wù) :點(diǎn)到點(diǎn)服務(wù) ( PTP)和點(diǎn)到多點(diǎn)服務(wù) ( PTM) [10]。SGSN是服務(wù) GPRS支持節(jié)點(diǎn)，主要是記錄用戶移動臺當(dāng)前是否登陸 GPRS和當(dāng)前位置，并且SGSN將數(shù)據(jù)封裝成傳輸協(xié)議，發(fā)給 GGSN。 GPRS網(wǎng)絡(luò)分成兩部分，即無線接入部分和核心網(wǎng)絡(luò)部分 。 GPRS邏輯結(jié)構(gòu)如圖 1所示 [9]。 GPRS無線通信系統(tǒng)基本原理 GPRS是一種基于 GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù) ,提供端到端的、廣域的無線 IP連接。 GPRS 是一種經(jīng)濟(jì)高效的分組數(shù)據(jù)技術(shù) ,用戶只需在傳輸數(shù)據(jù)時按照流量進(jìn)行付費(fèi) ,大大降低了用戶的使用費(fèi)用 ，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的低成本通信。 4） 系統(tǒng)建設(shè) 、 運(yùn)營成本低 由于采用 GPRS 公網(wǎng)平臺，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝設(shè)備就即可，建設(shè)成本低 ， 也免去了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用 。 3）應(yīng)用 范圍廣 GPRS 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實現(xiàn)全國范圍內(nèi)覆蓋，并且擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn) 等偏遠(yuǎn)地區(qū) 的接入需求。GPRS 網(wǎng)絡(luò)本身具備完善的頻分復(fù)用機(jī)制 ，具備極強(qiáng)的抗干擾性能 。 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 GPRS 技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn) GPRS 技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) ,具有以下幾個特點(diǎn) : 1） 可靠性高 與 SMS 短信息方式相比， GPRS 采用面向連接的 TCP 協(xié)議通信，避免了數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。 TCP/IP 和 協(xié)議對于傳統(tǒng)的 GSM 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是透明的。它是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程 HDLC 的無線鏈路協(xié)議。 MAC 的主要作用是定義和分配空中接口的 GPRS 邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動臺共享。 RLC/MAC 為無線鏈路控制 /媒質(zhì)接入控制層。它主要由 GT， PLLC和 RLC 協(xié)議構(gòu)成 [7] 圖 11 傳輸協(xié)議平 臺 Um 接口是 GSM 的空中接口。 GPRS 采用基于分組傳輸模式的無線 IP 技術(shù)，以一種有效的方式高速傳送數(shù)據(jù)。 GPRS 技術(shù)（公用電話網(wǎng)技術(shù)） GPRS(General Packet Radio Service),即通用無線分組業(yè)務(wù) , 介于第二代和第三代網(wǎng)絡(luò)之間，是基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)上的一種新的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。T 的 CDPD 無線移動數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。 國內(nèi)現(xiàn)在無線網(wǎng)絡(luò)及嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計也初有成果，例如合肥華恒科技有限公司開發(fā)的金融電子 POS 終端設(shè)備，該設(shè)備采用 32 位嵌入式微處理器，利用該處理器內(nèi)部集成的104M 以太網(wǎng)接口以及兩個串口，外加另行擴(kuò)展的 LCD 接口、 IDE 接口的邏輯芯片，構(gòu)成了一個功能結(jié)構(gòu)緊湊、豐富完善、成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工控機(jī)的 POS 機(jī)終端設(shè)備。利用現(xiàn)有的 GPRS網(wǎng)絡(luò)資源，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高、永遠(yuǎn)在線等優(yōu)勢，為現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)提供一種便捷的無線傳輸方式。而在通信領(lǐng)域中，移動通信 (GPRS)網(wǎng)則是這個領(lǐng)域中發(fā)展最積極最活躍最快的分支之一。 所以采用無線的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨缶腿找嫱怀隽恕? 隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，不同的生產(chǎn)部門可能在地域上分布極廣，部分位于山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等偏僻地區(qū)，而且地理位置分散，無法架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程線路鋪設(shè)，不便于現(xiàn)場 信息 處理，這就要求將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的計算機(jī)上 ,再對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。在許多遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，例如水、電、煤氣表的自動抄錄、 IC卡電話機(jī)的話費(fèi)統(tǒng)計等分布式控制系統(tǒng)中，常常需要對眾多監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集和監(jiān)控，同時大部分的監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到 監(jiān)測 中心的后臺服務(wù)器進(jìn)行處理。 通過 實驗調(diào)試驗證了本系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?。在介紹系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)平臺的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于西門子 公司的 GPRS 模塊 MC39I 以及 51 系列單片機(jī)的遠(yuǎn)程無線 數(shù)據(jù) 終端 單元 ，并應(yīng)用 C 編程建立了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論文 ) 題 目 系 別 動力工程 系 專業(yè)班級 測控技術(shù)與儀器 專業(yè) 07K2 班 學(xué)生姓名 王毅 指導(dǎo)教師 李牡丹 二○ 一一年六 月GPRS 技術(shù)在遠(yuǎn)程傳輸中的應(yīng)用與研究 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I GPRS 在遠(yuǎn)程 數(shù)據(jù) 傳輸中的應(yīng)用 與 研究 摘要 隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于無線局域網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)取得了很大的發(fā)展，但對于 環(huán)境惡劣 、作業(yè)點(diǎn)分散、 頻發(fā)小數(shù)據(jù)量傳輸?shù)墓I(yè)應(yīng)用，目前的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)難以滿足需要，如何實現(xiàn) 遠(yuǎn)程設(shè)備之間的自由通信 成為研究的熱點(diǎn)。 本 文簡述了當(dāng)前無線