【正文】 ................................ 18 串行口通信的數(shù)據(jù)傳輸 ................................ 18 簡(jiǎn)單的 AT指令介紹 ................................... 20 GPRS數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計(jì) ................................ 21 基于 LabVIEW的上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì) ............................. 27 V 結(jié)束語(yǔ) ............................................................. 31 附 錄 .............................................................. 32 附錄 1：數(shù)據(jù)采集部分電 路圖 ...................................... 32 附錄 2： GPRS模塊電路圖 .......................................... 33 參考文獻(xiàn) ........................................................... 34 1 基于 GPRS 數(shù)據(jù)監(jiān)控采集終端的實(shí)現(xiàn) 前言 隨著 Inter 應(yīng)用的日益普及，信息共享的 程度不斷提高，網(wǎng)絡(luò)在人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦邪缪莸慕巧絹?lái)越重要，已經(jīng)成為人們生活，工作中不可缺少的部分。該系統(tǒng)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的采集，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行分布式，網(wǎng)絡(luò)化的采集與監(jiān)控，可應(yīng)用于大氣與水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。通稱(chēng)嵌入式系統(tǒng)。但是，目前大多數(shù)嵌入式的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)功能十分有限。 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最重要的目標(biāo)之一就是進(jìn)行多媒體通信。而且這些信息的表達(dá)方式、輸入、輸出的要求也各不相同，因此，在多媒體通信中，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的表達(dá)和適當(dāng)處理非常重要。 從 GPRS投入商用以來(lái)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，本文就是對(duì)其在 數(shù)據(jù)監(jiān)控采集 領(lǐng)域的 實(shí)現(xiàn) 進(jìn)行研究。國(guó)際上有名的大型電信設(shè)備制造廠商也都在積極開(kāi)發(fā)GPRS 的相關(guān)產(chǎn)品，提出了一系列的解決方案，世界各地的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商也紛紛響應(yīng)，配合電信設(shè)備制造廠商提供了大量的 GPRS 服務(wù)區(qū)。 GPRS 還能支持用戶終端業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、GSM 短消息業(yè)務(wù)和各種 GPRS 電信業(yè)務(wù)。利用 GPRS 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有很多優(yōu)點(diǎn)例如費(fèi)用低廉， GPRS網(wǎng)絡(luò)按照客戶收發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)流量來(lái)收費(fèi)，而不是采用 SMS的按短信條數(shù)的方式收費(fèi)，極大地降低了通信使用費(fèi)用。 GPRS 的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 利用 GPRS 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有很多優(yōu)點(diǎn)，主要如下： 1．費(fèi)用低廉， GPRS 網(wǎng)絡(luò)按照客戶收發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)流量來(lái)收費(fèi)，而不是采用 SMS 的按短信條數(shù)的方式收費(fèi)，極大地降低了通信使用費(fèi)用； 2．永遠(yuǎn)在線，客戶隨時(shí)都與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，即使沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，客戶仍然在網(wǎng)上，與網(wǎng)絡(luò)之間還保持一種連接； 3．快速登錄，連接時(shí)間很快， GPRS 無(wú)線終端一 開(kāi)機(jī)，就已經(jīng)與 GPRS 網(wǎng)絡(luò)建立了連接，每次登錄網(wǎng)絡(luò)，只需要一個(gè)激活過(guò)程，一般僅需 1到 3 秒； 4．高速傳輸，由于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)采取了先進(jìn)的分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸最高理論值可達(dá) ，實(shí)際使用中一般能達(dá)到 20～ 40kb/s； 5．組網(wǎng)靈活，中國(guó)移動(dòng)的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，可在全國(guó)漫游而不增加額外費(fèi)用，適合用戶以低成本方式在短時(shí)間內(nèi)組建自己的跨區(qū)域性數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)； 2 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是本課題設(shè)計(jì)的最基礎(chǔ)的部分，該部分得到的數(shù)據(jù)是 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩?lái)源。本課題在這部分采集的數(shù)據(jù)選擇了比較容易實(shí)現(xiàn)的電壓和溫度數(shù)據(jù)。使用常用的 STC89C52 單片機(jī)作為本系 3 統(tǒng)的控制核心。進(jìn)而通過(guò)熱敏電阻阻值與溫度之間的關(guān)系計(jì)算出當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫 度。要得到準(zhǔn)確的溫度值需要耗費(fèi)大量的單片機(jī)資源，且實(shí)際操作起來(lái)不易實(shí)現(xiàn)，所以本課題不采用此方案。 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 整個(gè)基于 GPRS 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分包括 C8051F120 的最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊和 GPRS 模塊幾個(gè)部分電路。 單片機(jī) C 8 0 5 1 F 1 2 0 溫度采集電路 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 電平轉(zhuǎn)換模塊 G P R S 模塊 電源電路 圖 31 系統(tǒng)硬件電路框圖 單片機(jī) C8051F120 最小系統(tǒng) 單片機(jī)是數(shù)據(jù)采集部分和 GPRS 控制電路的控制核心。本系統(tǒng)采用了 Silicon Lab 公司生產(chǎn)的 C8051F120 單片機(jī)。用于工業(yè)控制可以提高系統(tǒng)的性能。 在運(yùn)行速度方面， C8051F120單片機(jī)是擁有流水線結(jié)構(gòu)的高速 CIP51內(nèi)核，與8051內(nèi)核完全兼容，其流水線結(jié)構(gòu)使得該單片機(jī)的指令周期與時(shí)鐘周期相同。 在系統(tǒng)調(diào)試方面， C8051F120擁有 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口，其 JTAG接口使得其可以在系統(tǒng)調(diào)試，與傳統(tǒng)的 8051單片機(jī)通過(guò)不斷燒寫(xiě)程序調(diào)試系統(tǒng)的方式相比具有很大的優(yōu)勢(shì)。 在集成片內(nèi)資源方面， C8051F120單片機(jī)在片內(nèi)集成了一個(gè) ADC0電壓轉(zhuǎn)換單元， ADC0具有真正 12位工作速度為 100KHz的高速 A/D轉(zhuǎn)換器，并且含有增益放大器和一個(gè) 8路通道模擬多路開(kāi)關(guān)，這使得單片機(jī)可以測(cè)得 8路不通模擬輸入電壓。 在存儲(chǔ)空間方面， C8051F120單片機(jī)含有 128KB的可在系統(tǒng)編程的 FLASH存儲(chǔ)器和 8448（ 8K+256）字節(jié)的片內(nèi) RAM。 另外， C8051F120 單片機(jī)還增加了一些其他的功能和一些關(guān)鍵性的改進(jìn)。允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。 C8051F120 還有多達(dá) 7 個(gè)中斷源，且內(nèi)部有一個(gè)基頻為 MHz 的振蕩器，可以使單片機(jī)在沒(méi)有外部時(shí)鐘的情況下也可以正常工作。雖然 C8051F120單片機(jī)集成了一個(gè)基頻為 ，但是 波特率。 5 這個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)就是依靠單片機(jī)的外部時(shí)鐘電路實(shí)現(xiàn)的。外部振蕩器電路可以驅(qū)動(dòng)外部晶體、陶瓷諧振器、電容或 RC網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于晶體和陶瓷諧振器配置，晶體 /陶瓷諧振器必須并接到 XTAL1和 XTAL2引腳。引線應(yīng)盡可能地短并用地平面屏蔽，防止從其它引線引入噪聲或干擾。其中，電容的作用是幫助晶體起振，其典型值為 33pF。由于單片機(jī)系統(tǒng)與PC 機(jī)系統(tǒng)的電平定義有很大的差別，若想實(shí)現(xiàn)它們之間的通信必須要經(jīng)過(guò)一定的協(xié)議實(shí)現(xiàn)它們之間的電平轉(zhuǎn)換。然而本系統(tǒng)所使用的單片機(jī) C8051F120 的工作電源是 ，而 MAX232 的工作電源是 5V，所以本系統(tǒng)選用工作電壓為 到 的 SP3223E。它可以在+ 到 + 內(nèi)的某個(gè)電壓下發(fā)送符 合 RS232 的信號(hào)。電平轉(zhuǎn)換電路的電路圖如圖 所示。 GPRS 的工作原理 GPRS 是在 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，采用與 GSM 相同的無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)，同樣的頻帶，同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)，同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的 TDMA 幀 結(jié)構(gòu)，因此 GPRS 網(wǎng)絡(luò)是在 GSM 電話網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加以下功能實(shí)體構(gòu)成的： SGSN(服務(wù) GPRS 支持節(jié)點(diǎn) )、 GGSN(網(wǎng)關(guān) GPRS 支持節(jié)點(diǎn) )， PTMSC(點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)服務(wù)中心 )；共用 GSM 基站，但基站要進(jìn)行軟件更新；采用新的 GPRS 移動(dòng)臺(tái)； GPRS 要增加新的移動(dòng)性管理程序；通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn) GPRS 骨干網(wǎng)互聯(lián)； GSM 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要進(jìn)行軟件更新和增加新的 MAP 信令和 GPRS 信令等。那么怎樣才能發(fā)起連接，然后得到一個(gè) IP地址呢？要和 GPRS 建立連接，就必須遵守有關(guān)協(xié)議。 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(gè)監(jiān)聽(tīng)端口，配合上位機(jī)軟件就可以通過(guò) GPRS 模塊向服務(wù)器發(fā)出連接申請(qǐng)就可以建立 TCP 連接。 7 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸單元的工作流程 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸單元（簡(jiǎn)稱(chēng) 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(hào)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）。撥號(hào)成功后， GPRS DTU 將獲得一個(gè)由移動(dòng)隨機(jī)分配的內(nèi)部 IP 地址。我們可以理解為 GPRS DTU 這時(shí)是一個(gè)移動(dòng)內(nèi)部局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)與外部Inter 公網(wǎng)的通信。 GPRS DTU 主動(dòng)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。因此，只能由 GPRS DTU 主動(dòng)連接數(shù)據(jù)中心，而不能由數(shù)據(jù)中心主動(dòng)連接 GPRS DTU。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(chǔ)在 GPRS DTU 內(nèi)，以便 GPRS DTU 一旦上電撥號(hào)成功，就可以主動(dòng)連接到數(shù)據(jù)中心。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(gè)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。對(duì)于 DTU 來(lái)說(shuō)，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(duì)簡(jiǎn)單了。反之，當(dāng) DTU 收到數(shù)據(jù)中心發(fā)來(lái)的 TCP/UDP包時(shí)，從中取出數(shù)據(jù)內(nèi)容 ，立即通過(guò)串口發(fā)送給用戶設(shè)備。這是目 前 GPRS DTU 應(yīng)用系統(tǒng)中最為常用的方式。華為 GTM900C無(wú)線模塊是一款雙頻段的 GSM/GPRS 無(wú)線模塊。提供豐富的語(yǔ)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 的邏輯框圖如圖 所示。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。 （ 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，圖 給出了本系統(tǒng) GPRS 部分的供電電源電路。只不過(guò)穩(wěn)壓芯片換用了性能更好的 LM2576。 SIM 卡外圍電路如圖 所示。下面對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。 表 31 GTM900C 信號(hào)功能表 序號(hào) 信號(hào)名稱(chēng) 功能 序號(hào) 信號(hào)名稱(chēng) 功能 1 Batt+ 供電 21 UART_RTS0 請(qǐng)求發(fā)送 2 Batt+ 供電 22 UART_DTR0 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒 3 Batt+ 供電 23 UART_DCD0 載波檢測(cè) 4 Batt+ 供電 24 SIM_CD SIM 卡在位信號(hào) 5 Batt+ 供電 25 SIM_RST SIM 卡復(fù)位信號(hào) 6 GND 工作地 26 SIM_DATA SIM 卡數(shù)據(jù)傳輸接口 7 GND 工作地 27 SIM_CLK SIM 卡時(shí)鐘信 號(hào) 8 GND 工作地 28 SIM_VCC SIM 卡供電信號(hào) 9 GND 工作地 29 SIM_GND SIM 卡的接地信號(hào) 10 GND 工作地 30 Vbackup 備份電池供電信號(hào) 11 RXD1 接受數(shù)據(jù) 31 RST 復(fù)位信號(hào) 12 TXD1 發(fā)送數(shù)據(jù) 32 LPG 指示燈狀態(tài)控制信號(hào) 13 VDD 模塊正常啟動(dòng)指示信號(hào) 33 AUXO+ 第二路音頻輸出信號(hào)＋ 10 表 31 GTM900C 信號(hào)功能表 序號(hào) 信號(hào)名稱(chēng) 功能 序號(hào) 信號(hào)名稱(chēng) 功能 14 ADC 模擬數(shù)字采樣 34 AUXO 第二路音頻輸出信號(hào)－ 15 POWN 信號(hào) 開(kāi) /關(guān)機(jī)控制信號(hào) 35 EAR+ 第一路音頻輸出信號(hào)＋ 16 UART_DSR0 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒 36 EAR 第一路音頻輸出信號(hào)－ 17 UART_RI0 振鈴指示 37 MIC+ 第一路音頻輸入信號(hào)＋ 18 UART_RXD0 接收數(shù)據(jù) 38 MIC 第一路音頻輸入信號(hào)－ 19 UART_TXD0 發(fā)送數(shù)據(jù) 39 AUXI+ 第二路音頻輸入信號(hào)＋ 20 UART_CTS0 清除發(fā)送 40 AUXI 第二路音頻輸入信號(hào)－ 根據(jù)表 31中每個(gè)信號(hào)的功能，設(shè)計(jì)出 GPRS 模塊的電路，其電路圖如圖 314所示。在空閑 /通話 /關(guān)機(jī)模式： Vout = ， Vlow,max = Iout = 10 礎(chǔ)， tlow ≥ 100ms 。 注意，如果通過(guò)充電回路（接到 POWER 引腳）供電，或者通過(guò)電 池供電（接到 VBATT+引腳），那么 IGT 信號(hào)必須維持至少 1 秒。SYNC 端通過(guò)一個(gè)三極管或門(mén)電路來(lái)控制 LED2。 LED2 的工作模式完全類(lèi)同于同步信號(hào)，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(gè)人身份未登記 /已注銷(xiāo)，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(cè)正在進(jìn)行中 （ 3） 75ms 亮 / 3s 滅，表示網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)成功（控制通道和用戶交換信息完成），無(wú)來(lái)電 (4） LED2 燈亮，依據(jù)不同的呼叫類(lèi)型：聲音呼叫，數(shù)據(jù)呼叫，在建立或者完畢時(shí)的狀態(tài)?；趩纹瑱C(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(gè)部分。 主程序流程圖 圖 41 是主程序的程序流程圖。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。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