【正文】 tvalue 33 通信模塊設計 GPRS DTU模塊GPRS General Packet Radio Service 即通用無線分組業(yè)務 是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術提供端到端的廣域的無線IP連接通俗地講 GPRS是一項高速數(shù)據處理的技術 方法是以分組的形式傳送資料到用戶手上 圖33 GPRS DTU從儀表采集數(shù)據GPRS DTU GPRS Data Transmission Unit 即基于GPRS的工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據控制器GPRS DTU由GPRS模塊嵌入式計算機及相應電路組成主要功能如下 A從儀表采集數(shù)據數(shù)據接口有RS232 485 422串口4mA～20mA或1V～5V模擬量 記錄瞬時值及累計量 開關量B開關量檢測及輸出C數(shù)據上報把從儀表采集到的數(shù)據以定時 時間間隔由監(jiān)控中心設定 事件觸發(fā)方式上報 D實現(xiàn)數(shù)據點播可以響應監(jiān)控中心發(fā)出的查詢請求將查詢時刻的數(shù)據發(fā)送給監(jiān)控中心E不同的用戶需求可以增加檢測告警等功能 GPRS DTU的應用通過 ZWG23A模塊可以讓遠端的用戶設備和管理中心的電腦進行透明數(shù)據通信 透明數(shù)據通信意思即為用戶設備與 DTU之間沒有通信協(xié)議DTU將用戶設備發(fā)送過來的數(shù)據不做修改的傳送到目標PC 上運行在PC 上的軟件可以完整的接收到 DTU發(fā)來的數(shù)據包比如用戶設備發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據為 0xAA那么在 PC 端運行的軟件就會收到一個字節(jié)數(shù)據0xAA從 PC 到用戶設備的通信過程與之相同 GPRS DTU的工作模式GPRS DTU有5種常用的工作模式分別是透傳模式命令模式自動IP注冊遠程維護模式和流控模式本文用到的是它的透傳模式下面對透傳模式[34]作詳細說明透傳模式是指將本地異步串口通信轉換成基于TCPUDP協(xié)議的網絡通信其主要目的是將串行通信的簡單設備實現(xiàn)在IP網絡上的通信而數(shù)據格式不發(fā)生任何改變這點非常重要由于數(shù)據格式在經過DTU前后均不放生任何變化對于原有的設備及軟件不用作任何升級就可直接應用通過這種通信方式的轉換使得只能本地控制的設備擴展成可遠程控制的設備改進了控制手段及維護方式對于遠程維護控制和數(shù)據采集都有實際意義 DTU的透傳模式的應用當下位機發(fā)起通訊請求時DTU必須與上位機建立網絡連接也就是說下位機與上位機進行數(shù)據傳輸時首先下位機要與DTU設備的串口相連DTU在進入透傳模式后自動被調用去與上位機建立網絡連接當網絡連接被建立后數(shù)據就可以在這條鏈路上實現(xiàn)雙向數(shù)據傳輸了 DTU進入透傳模式后既可以作為客戶端模式也可作為服務端模式工作在透傳模式下的DTU將自動完成串口到網絡通信的轉換所有數(shù)據可透明的在上位機軟件與下位機之間雙向傳輸 透傳模式的建立首先要用ATI命令定義所有相關的參數(shù)然后再用特殊ATISNMD命令進入透傳模式 DTU一旦進入透傳模式將不再接收任何ATI命令通過與主機串口的連接DTU專注于處理下位機串口的數(shù)據DTU不對數(shù)據做任何處理即透明傳輸在這種模式下需要特殊說明的是自動波特率不起作用在進入透傳模式之前固定波特率必須設置即BDRM不能設置成自動波特率 通過串口連續(xù)輸入3個號間隔在半秒以內輸入DTU將退出透傳模式進入命令模式此時DTU切換到命令模式并可再次響應ATI命令 GPRS DTU的工作原理及過程GPRS DTU由A D轉換模塊開關量控制模塊綜合控制模塊構成GPRS DTU上電后首先讀出內部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)據中心IP地址等等事先已經配置好[35]GPRS DTU登陸GSM網絡然后進行GPRS PPP撥號撥號成功后GPRS DTU將獲得一個由移動隨機分配的內部IP地址 一X 也就是說GPRS DTU處于移動內網中而且其內網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這時是一個移動內部局域網內的設備通過移動網關來實現(xiàn)與外部Internet公網的通信這與局域網內的電腦通過網關訪問外部網絡的方式相似GPRS DTU主動發(fā)起與數(shù)據中心的通信連接并保持通信連接一直存在 由于GPRS DTU處于移動內網而且IP地址不固定因此只能由GPRS DTU主動連接數(shù)據中心而不能由數(shù)據中心主動連接GPRS DTU這就要求數(shù)據中心具備固定的公網IP地址或固定的域名數(shù)據中心的公網IP地址或固定的域名作為參數(shù)存儲在GPRS DTU內以便GPRS DTU一旦上電撥號成功就可以主動連接到數(shù)據中心具體地講GPRS DTU通過數(shù)據中心的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)據中心發(fā)起TCP或UDP通信請求在得到中心的響應后GPRS DTU即認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TCPUDP通信連接已經建立就可以進行數(shù)據雙向通信了對于DTU來說只要建立了與數(shù)據中心的雙向通信完成用戶串口數(shù)據與GPRS網絡數(shù)據包的轉換就相對簡單了一旦接收到用戶的串口數(shù)據DTU就立即把串口數(shù)據封裝在一個TCPUDP包里發(fā)送給數(shù)據中心反之當DTU收到數(shù)據中心發(fā)來的TCPUDP包時從中取出數(shù)據內容立即通過串口發(fā)送給用戶設備 通信模塊的設計流程由于檢測的任務是被控對象的溫度 通過 GPRS DTU發(fā)送到監(jiān)測中心通過向 GPRS DTU寫入不同的 AT 指令完成多種功能監(jiān)測軟件主要包括初始化程序 信號采集處理程序和短消息收發(fā)程序等初始化程序包括硬件初始化定時器和串口初始化信號采集和處理主要完成外部采集的溫度轉換接收短消息采用查詢方式 一旦短消息到達調用串口接收程序解碼短消息內容并做出相應處理發(fā)送溫度信號采用定時方式將采集的溫度編碼為短消息然后調用發(fā)送指令將短消息發(fā)送到監(jiān)測中心通過GPRS網絡收發(fā)數(shù)據 通過 GPRS 網絡發(fā)送數(shù)據最簡單的辦法就是使用 GPRS DTU 設 備Data Terminal Unit數(shù)據傳輸設備數(shù)據通信過程如下DTU 上電后首先完成網絡注冊等初始化工作然后自動進行 PPP拔號再通過 TCPIP 協(xié)議與位于互聯(lián)網上的數(shù)據中心建立連接為用戶設備建立一條雙向透明傳輸?shù)臒o線通信鏈路建立透明通道后用戶設備便可以通過串口向 DTU 發(fā)送數(shù)據DTU 收到數(shù)據后將其封裝成 IP包經過 GPRS 網絡及 Internet 網絡發(fā)送到數(shù)據中心數(shù)據中心通過網絡程序可以獲取到這些數(shù)據這個過程也稱之為上行下行則反之 整個通信過程雖然看似簡單但是要想實現(xiàn) DTU 的功能并使其穩(wěn)定可靠的工作還有許多地方需要注意首先DTU 中的 TCPIP和 PPP協(xié)議棧是一套復雜的協(xié)議程序需要多年的積累才能可靠穩(wěn)定而市面上許多 GPRS 模塊中內嵌的協(xié)議?；蚨嗷蛏俚拇嬖谝恍﹩栴}需要用戶在使用過程中不斷發(fā)現(xiàn)和規(guī)避其次抗干擾性能是工業(yè)產品重要指標之一在硬件設計上需要特別重視例如防靜電抗群脈沖浪涌等等這都要求在設計過程中要注意干擾源以及干擾作用方式并設計出消除干擾的電路或預防干擾的措施才能讓設備更加穩(wěn)定的工作 最后GPRS 設備在長期工作中還會遇到許多外界的特殊情況如信號弱SIM 卡欠費SIM 卡不兼容無可用網絡通信鏈路異常斷開服務器出錯等這些都有可能造成設備故障而且無法恢復所以必需針對各種可能出現(xiàn)的故障制定有效的解決方法才能保證設備可靠的工作 GPRS通信流程圖如下圖35 通信模塊流程圖include include define uchar unsigned charsbit realy2 P02 繼電器3sbit realy3 P03繼電器4sbit realy4 P04 繼電器5sbit realy5 P05 繼電器6sbit realy6 P06 繼電器7sbit realy7 P07 繼電器8sbit key1 P20 開關1sbit key2 P21 開關2sbit key3 P22 開關3sbit key4 P23 開關4sbit key5 P24 開關5sbit key6 P25 開關6sbit key7 P26