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学校代码学校代码 10128 学学 号号 010203058 本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书 题题 目 目 基 于 GPRS 车 载 系 统 的 数 据 传 输 学 生 姓 名 学 生 姓 名 侯 婷 所 在 学 院 所 在 学 院 信 息 工 程 学 院 学 科 专 业 学 科 专 业 电 子 信 息 工 程 指 导 教 师 指 导 教 师 杨 宏 业 教 授 二 零 零 五 年 六 月二 零 零 五 年 六 月 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 I 摘 要 本文针对目前利用公网进行数据通信的需要 即远程遥测遥控系统的需求 设计 实现了 GPRS 无线数据传输终端 本文详细介绍了该 GPRS 无线数据传输终端的设计过 程及该终端在车辆监控系统设计方案中的应用 文章主要分为以下几个部分 第一 针对目前对无线数据传输通道的需求 分析了目前主要的几种无线数据传 输通道设计方案的特点 论证了设计 GPRS 无线数据传输终端的必要性 第二 根据设计要求 分析了多种 GPRS 无线数据传输终端的硬件设计方案 并 最终选择WAVECOM公司的内置TCP IP协议软件包的Q2406B作为无线通信模块 ATMEL 公司的 AT89C51 作为系统 MCU 同时针对 GPRS 无线数据传输终端使用的特殊性 详 细分析了其在使用过程中可能出现的几种主要组网方案 并根据自身的特点选择由 GPRS 无线数据传输终端与固定 IP 通信的组网方案 第三 详细介绍了基于 AT89C51 的 GPRS 无线数据传输终端硬件设计思路 并给 出主要硬件单元电路设计的原理图 同时也详细给出其硬件调试过程 第四 根据所选组网方案及该 GPRS 无线数据传输终端的特点编写其软件系统 并说明了该软件系统的设计思路及特点 最后给出并详细介绍了主要模块的流程图 最后 给出了 GPRS 无线数据传输终端在设计过程中出现的问题 以及相应的解 决方法 该无线传输终端稍做改动就可应用于车辆监控 无线抄表等远程遥测遥控系统 中 关键字 GPRS 模块 RS232 串口 AT89C51 单片机 AT 命令 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 II Abstract Aiming at the demand for the wireless data transmission using the public mobile network that is to say the need of the remote control system the GPRS General Package Radio System wireless data transmission terminal is designed The design procedure and the application method of the GPRS wireless data transmission terminal are introduced in this paper in detail This paper is divided into several main parts as follow Firstly according to the demands for the wireless channel the method using the GPRS network is selected as the solution for the design of the wireless data transmission terminal by comparing the characteristics of primary wireless data transmission methods Secondly based on the necessary functions of the GPRS wireless data transmission terminal the hardware solution used Q2406B with embedded TCP IP software kit is determined by the careful analysis of some hardware solutions And then the network topology structure with the GPRS wireless data transmission terminal which communicates with server with fixed IP is also selected as the network construct scheme of the GPRS wireless data transmission terminal after comparing with other schemes Thirdly GPRS wireless data transmission terminal hardware design method including the main part schematic circuit is given as well as the detailed hardware debugging at last Fourthly according to the chosen network structure GPRS wireless data transmission terminal s software is programmed and the design method also is described The main software module flow charts are presented at the end of that chapter Finally some problems occurred in the debug procedure and respective solutions are given This design about GPRS wireless data transmission terminal changed only a little can be used in the data transmission systems of remote measure and remote control such as GPS vehicle carried terminal and automatic reading meter system Key word GPRS Modem RS232 Series Interface AT89C51 Microchip AT Command PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 III 目 录 第一章 引 言 1 1 1 课题的背景及意义 1 1 2 总体方案选择 2 第二章 GPRS网络介绍与组网方案选择 4 2 1 GPRS 网络及通信模块的研究 4 2 1 1 GPRS 网络简介 4 2 1 2 GPRS 通信模块的研究与分析 4 2 2 组网方案选择 5 2 2 1 方案一 5 2 2 2 方案二 6 第三章 GPRS终端的硬件设计 6 3 1 GPRS 终端硬件设计的总体结钩 6 3 2 GPRS 终端硬件资源介绍 8 3 2 1 AT89C51 微处理器主要性能 8 3 2 2 WAVECOM Q2406B 通信模块介绍 9 3 2 3 液晶显示模块介绍 10 3 2 4 电平转换电路介绍 11 3 3 GPRS 终端硬件电路设计 11 第四章 GPRS终端的软件设计 12 4 1 GPRS 常用 AT 指令 12 4 2 系统软件开发环境 14 4 2 1 程序编译环境 Wave Keil uVision2 14 4 2 2 接收端使用软件 TCP UDP Server V3 30 15 4 3 系统软件设计思路 16 4 4 各模块软件设计 16 4 4 1 初始化模块 16 4 4 2 链路连接模块 18 4 4 3 数据传输模块 19 4 4 4 断开连接模块 20 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 IV 第五章 系统设计过程中出现的问题及解决办法 21 5 1 排除仿真终端上出现乱码的方法 21 5 2 排除错误提示信息 ERROR 38016 的方法 21 5 3 避免程序陷入 死循环 的方法 21 5 4 区别接收返回值与传输数据的方法 22 总 结 23 参考文献 24 致 谢 25 附录一 英文AT指令错误提示代码详解 26 附录二 电 路 图 27 附录三 程 序 清 单 28 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 1 第一章 引 言 1 1 课题的背景及意义 随着我国信息化进程的全面推进 各行业对信息化也提出了较高的要求 对信息 化的认识也从单纯的数字化提升到数字化与网络化 无线化统一的高度 针对目前的 信息化要求 原有的有线系统虽完成数字化与网络化 但复杂的布线 高昂的维护成 本使得网络节点的分布范围受到了很大的限制 这在很大程度上阻碍了信息化的深入 和普及 因此 信息化对无线数据传输的需求日益剧增 不仅新建信息化系统需要无 线数据传输接口或通道 有线系统也需要增加无线接口和无线通道在原有的基础上扩 展更广泛的信息化网络 因此 研制单独的无线通道不仅是对原有设备改造增加无线 接口和无线数据传输通道 还是对新设备的功能扩展都具有很重要的意义 作为中国移动通信领域首屈一指的运营商 中国移动通信有限公司的 GSM 网络己 经覆盖了中国 99 的县 其用户数已经超过了两亿 在一些大城市 人手一个手机 几乎成为现实 随着 SMS 以及 SAT 业务的蓬勃发展 随着中国移动 GPRS 网络的逐步 完善 移动通信正逐步由语音通信占主导 转向数据通信和语音通信并驾齐驱 通信 专家预测 在今年 2005 年 数据通信的业务量 包括 SMS 及 SAT 将首次超过语音通 信 成为移动通信的主角 以工业应用为目的的数据通信构成了整个数据通信中非常 重要和发展迅速的一个分支 本文的研究对象正是工业领域中 移动数据通信的终端技术 下面列举部分使用移动 无线 数据通信的行业实例 1 某大型运输公司 旗下拥有众多的运输车辆 在总部的调度控制中心 值班人 员要求能够随时获得任何一部卡车的地理位置和车况 并可以随时下达指令 在这个 应用中 需要传递的数据有 卡车的 GPS 信息 车况信息和下过的指令 2 电力公司往往会在居民小区或是一些工厂企业安装总电表 电力公司的管理人 员要求能够随时获得电表的读数以及电表的运行状况 在这个应用中 需要传递的数 据为 电表的读数 电表的其他信息 3 环境监测人员把一些环境监测设备放置在他们所需要监测的场所 这些场所散 布在各个角落 有些甚至是人迹罕至的地方 但是只要有网络覆盖 监测者仍然可以 随时了解所需要的环境参数 在这个应用中 需要传递的数据是 环境参数 4 某大型快递公司 他们为所有的包裹贴上条形码 从接收某件包裹起 每位经 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 2 手过这件包裹的员工都会使用手中的条形码扫描仪获取包裹的编码信息 几乎在同 时 通过无线网络 条形码数据和处理这件包裹的人员信息通过无线网络传递给服务 器 包裹的主人可以通过互联网随时了解包裹的位置 状态 这个应用中需要传递的 数据包括 条形码数据 处理人员的信息 从上面的实例我们可以发现 工业应用中数据通信往往具有以下的特点 1 数据传递的时刻带有随机性 但只要有数据就要求马上传输 2 对数据的传达时间有一定的实时性要求 3 数据传输量并不是很大 客观的讲 使用短消息 SMS 的方式 基本上也能够满足上述三点要求 目前的 工业用数据通信终端中基于 SMS 方式的占大多数 但与 SMS 技术相比 GPRS 与生俱 有更多的优点 按流量收费 永远在线 传输速率相对较高 这些优点使得这项技术 在诸如 远程工业控制和遥测遥感 集群管理等工业领域具有更大的发展空间和潜力 但是 相对于 SMS 技术的便于实现 GPRS 技术在工业领域的应用却遇到了开发 难度相对过高的技术瓶颈 需要使用无线数据通信的工业客户往往只对本行业应用非 常熟悉 他们对 GPRS 技术在终端的实现毫无头绪 工业应用迫切需要得到 GPRS 终端 设计方面的技术指导 本文的大部分篇幅 正是试图从硬件和软件两个方面 提供一 种适合工业用途的 GPRS 数据通信终端的最迅速和相对的最佳解决方案 1 2 总体方案选择 目前的无线通道的数据传输方案主要分为两种 一种是通过专网进行数据传输 如 RF Radio Frequency 射频 数传电台和无线局域网 WLAN 一种是通过公共无线 通信网络 如 GSM GPRS CDMA 网络 利用专网的优点是组网方便 使用简单 但缺 点是传输距离有限 为了实现远程无线数据传输 必须采用基于公网的无线传输方案 鉴于 GSM GPRS 网络的成熟度较高 覆盖面较广 因而 GSM GPRS 网络被选为该无线通 道总体方案的通信基础 而基于 GSM GPRS 网络的数据传输通常有四种方式 一种是 基于短消息的数据传输 第二种是基于 Data 方式 注 一种以电路交换为基础的传输 方式 的数据传输 第三种是通过语音方式进行数据传输 最后就是通过 IP Internet Protocol 因特网协议 方式的数据传输 下面对四种基于 GSM GPRS 网络的无线数据 传输方式的各自特点作简单介绍 基于短消息的数据传输是通过短消息作为数据传输 的载体 利用 AT 指令对通信模块控制 然后将数据按照短消息的格式发送给目标机 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 3 目标机接收到短消息后 利用 AT 指令将短消息读出并将信息还原 这样就完成一次 数据通信 基于短消息的数据传输方式的特点是资费较低 1 角 条 组网 使用方便 但实时性较差 数据容量较低 140 字节 短消息数据传输方式适合小数据量 中 低采集频率的无线采集系统使用 基于 Data 方式的数据传输是利用 GSM 的 Data 与传真同 传输方式 通过 AT 指 令来进行数据拨号 等待数据连接建立后 只需将 ASCII 码数据送入通信模块即可 通信模块会按照设定好的通信协议 默认为 V 32bis 将数据传出 目标机接到数据呼 叫后 送出应答信号 然后便可按照相同的协议接收 ASCII 码信息 基于 Data 的数 据传输方式数据传输安全 实时性好 数据传输量大 但成本较高 适合于可靠 少 次 海量数据传输 通过语音方式进行数据传输 主要是利用话音通道将数据调制到话音频率传输出 去 目标机将数据解调出来 该方案还可以通过语音通道传 TMF Double Time Multiple Frequency 双音多频 编码进行数据传输 通信方式与语音方式一样 该 方案主要的优点是可以用来传输音频模拟数据 实时性很好 电路交换方式 但由于 GSM 系统的语音编码方式的局限 对数据的压缩 还原会造成数据的失真 该方案基 本不被采用 但可以作为备选方案用于无线安防系统中 基于 IP 的数据传输方式是 GPRS 系统独有的 因为 GPRS 是在 GSM 网络基础之上 新增两个节点 SGSN 和 GGSN 而形成的移动分组数据网络 由于 GPRS 数据传输的基 础是 TCP IP 协议 因此基于 IP 的数据传输方式最核心的内容是 TCP IP 协议的转换 基于 IP 的数据传输方式的优点是数据传输的成本比较低 0 03 元 kbyte 实时性较 好 但缺点是 GPRS 终端开发成本高 使用复杂度较高 因为涉及复杂的组网方案 该方案的组网方案灵活性更好 数据传输的速率更高 数据量更大 适合各种对实时 性要求不太高的远程无线数据传输系统 根据目前大部分系统的需求并综合以上方案的优缺点 我选择基于 GPRS 网络的 IP 数据传输方式作为我的本科毕业设计课题 无线数据传输终端设计的解决方案 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 4 第二章 GPRS 网络介绍与组网方案选择 2 1 GPRS 网络及通信模块的研究 2 1 1 GPRS 网络简介 GPRS 是按 GSM 标准定义的封包交换协议 可快速接入数据网络 它在移动终端 和网络之间实现了 永远在线 的连接 网络容量只有在实际进行传输时才被占用 GPRS 的实际速度比理论速度慢的多 介乎 14 4kbps 43 2kbps 上下行非对称速度 左右 GPRS 将是第一个实现移动互联网及时接入的标准 也是迈向 3G UMTS 的过渡 技术 GPRS 是 GSM 系统中有关分组数据所规定的标准 它可以提供高达 115kbps 的 空中接口传输速度 GPRS 使若干移动用户能够同时共享一个无线信道 一个移动用 户也可以使用多个无线信道 实际不发送或接收数据包的用户仅占很小一部分网络资 源 有了 GPRS 用户的呼叫建立时间大为缩短 几乎可以做到 永远在线 此外 GPRS 采用信道捆绑和增强数据速率改进实现告诉接入 目前 GPRS 的设计可以在一个 载频或 8 个信道中实现捆绑 将每个信道的传输速率提高到 14 4kbps 因此 GPRS 方 式最高速率是 8 14 4kbps 115 2kbps GPRS 发展的第一步是通过增强数据速率将 每个信道的速率提高到 48kbps 因此第二代的 GPRS 设计速率为 384kbps 2 1 2 GPRS 通信模块的研究与分析 GPRS 模块在车载终端中主要用来传输数据 与监控调度中心进行通讯 所谓的 GPRS 模块实际上就是我们常说的手机模块 只不过这种模块是在原来的 GSM 技术上 添加了 GPRS 传输功能 通信模块它只是用来传送网络协议格式化的数据包 所以在车辆监控等远程监控 系统中我们必须通过 CPU 把相关数据打包以后发送给通信模块 继而传送到网络上 去 让网络中心获取数据 进行监控 所以对于通信模块 我们一般是让 CPU 通过它的通信端口使用一定的操作命令来 传送我们的监控数据 这样 我们就要了解通信模块的通信命令以及通讯协议的使用 方式和方法 我们所选用的 WAVECOM Q2406B GPRS 模块是使用串口进行命令控制 所以我们就 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 5 可以让 MCU 通过串口对 GPRS 模块进行操作控制 WAVECOM 通信模块是使用的 AT V9 0 版本的命令 有关 AT 指令将在第四章软件设计部分介绍 2 2 组网方案选择 由于 GPRS 无线数据终端与其他无线数据传输模块的使用不同 它是基于 TCP IP 协议进行数据传输 并且上位机 数据中心 通常是连接在公网 Internet 上的一台普 通计算机 具有动态的或固定的公网 IP 地址 或者是利用 GPRS Modem 接入 GPRS 网 络或从中国移动中获取的数据专线接入 而具有动态的或固定的移动子网 通常称为 移动梦网 IP 地址 根据用户的不同需要 及采用的组网技术 方案的不同 产 生了以下几种常用的组网方案 2 2 1 方案一 使用固定 IP 地址或向中国移动申请数据专线作为上位机 数据中心 实现多点 对一点的数据 如图 2 1 所示 数据采集设备与 GPRS 终端通过 RS485 或 RS232 相连 GPRS 终端自动拨号登陆 GPRS 网络 获得移动子网 IP 地址后 主动与接入 Internet 的上位机建立 Socket 连接并保持 然后将 GPRS 终端的 ID 号及子网 IP 地址通过 TCP IP 协议发送至上位机 这样上位机在 Socket 连接保持的情况下 就可以实现与 GPRS 终端 也就是数据采集设备的通信 该方案具有组网简单 性能稳定 可靠性 高 用户的使用难度低 使用的灵活性强等优点 适合大用户使用 图 2 1 使用固定 IP 的网络拓扑 但是该方案的缺点和不足是上位机 数据中心 必须拥有固定 IP 地址 或公网 IP PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 6 地址或移动子网 IP 地址 数据专线 2 2 2 方案二 图 2 2 通过 DNS 的网络拓扑 该方案是 GPRS 终端通过使用域名解析 DNS Domain Name Serves 的方法获取上 位机 数据中心 IP 地址 从而与上位机 数据中心 建立连接并互相传输数据 该方 案的优点在于其上位机 数据中心 不必拥有固定 IP 地址 而是通过域名解析服务提 供商获取域名 GPRS 终端通过域名解析得到上位机 数据中心 的 IP 地址 从而与上 位机建立连接 其网络拓扑结构如图 2 2 所示 但该方案虽然降低了使用固定 IP 地址的成本 但是由于采用域名解析服务 提 高了用户的使用成本 而且关于链路维护等使用的运营成本仍然没有降低 并且域名 解析服务的使用 无形中提高了对用户使用的要求 根据以上分析和实际应用考虑 我们选择与固定 IP 通信 方案一 作为组网方 案 利用 AT89C51 及 WAVECOM 的 Q2406B 无线通信模块作为核心设计了 GPRS 数传终 端 第三章 GPRS 终端的硬件设计 3 1 GPRS 终端硬件设计的总体结钩 根据选定的设计方案 参考 AT89C51 的使用手册等资料 GPRS 终端的硬件电路 整个硬件设计的总体结构如图 3 1 所示 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 7 图 3 1 终端的硬件设计框图 GPRS 终端硬件主要有以下 6 部分组成 1 中央控制部分采用 Atmel 公司的高性能 CMOS8 位微处理器芯片 AT89C51 作为微 处理器 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 与标准 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 2 GPRS 模块选用工业级双频 GPRS 模块 WAVECOM 公司生产的 Q2406B 无线通信模块 Q2406B 该模块支持标准的 AT 指令集和标准的 3V SIM 卡 具有良好的温度特 性和稳定的工作性能 其串口 3 3V 接口电平 与 AT89C51 的串口以标准的 9 线 方式 3 3V 接口电平 相连 3 液晶显示屏 RT12864M 型号 RT12864M 汉字图形点阵液晶显示模块 可显示汉 字及图形 内置 8192 个中文汉字 16X16 点阵 128 个字符 8X16 点阵 及 64X256 点阵显示 RAM GDRAM 4 I O 接口部分采用 Maxim 系列芯片进行电平转换 同时提供音频接口 用于紧 急话音通信和远程开关控制 5 天线接口部分是无线通信模块与外部天线 500 的接口 6 键盘采用 4 6 矩阵键盘 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 8 3 2 GPRS 终端硬件资源介绍 GPRS 终端主要由 AT89C51 MCU 和 GSM GPRS 通信模块构成 为便于理解 GPRS 终 端的电路设计 下面对二者的性能作简单介绍 3 2 1 AT89C51 微处理器主要性能 AT89C51 是一个低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器 PEROM 和 128 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术生 产 兼容标准 MCS 51 指令系统 片内置通用 8 位中 央处理器和 Flash 存储单元 内置功能强大的微型计 算机的 AT89C51 提供了高性价比的解决方案 图 3 2 AT89C51 管脚示意图 AT89C51 是一个低功耗高性能单片机 40 个引脚 32 个外部双向输入 输出 I O 端口 同时内含 2 个外中断口 2 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行 通信口 AT89C51 可以按照常规方法进行编程 也可以在线编程 其将通用的微处理 器和 Flash 存储器结合在一起 特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发 成本 AT89C51 的主要特性 与 MCS 51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命 1000 写 擦循环 数据保留时间 10 年 全静态工作 0Hz 24Hz 三级程序存储器锁定 128 8 位内部 RAM 32 可编程 I O 线 两个 16 位定时器 计数器 5 个中断源 可编程串行通道 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 9 低功耗的内置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 3 2 2 WAVECOM Q2406B 通信模块介绍 该设计中 GPRS 模块采 用的是 WAVECOM Q2406B 无 线通信模块 该模块是由 WAVE公司推出的GSM GPRS 无线双频通信模块 在业 内被广泛应用 受到大多 数 工 业 用 户 的 推 崇 WAVECOM Q24 系列支持常 用的功能和常用的接口 常用接口包括 电源接口 第一串口 SIM 卡接口 模 拟音频接口 电池接口 模块开关机管理接口以及 图 3 3 Q2406B 外观图 实时时钟备份接口 执行 ETSI GSM Phase 2 的标准 类别 4 2W 900MHz 类别 1 1W 1800 1900MHz 外部 3V 5V SIM 提供 RS232C 串口线 通过AT指令控制 波 特率从 300 到 115 200 bits s 自动速率从 2 400 到 19 200 bits s 另外 Q24 系列首先提出了在模块中实现 GPIO 和 A D 转换的概念 详述如下 a GPIO 是通用 I O 口 General Purpose I 0 的简称 传统无线模块仅使用串 口与外接的 MCU 进行通信 而采集数据和进行控制的工作都交给 MCU 来完成 而 WAVECOM 的 Q24 系列较早地提出了模块直接支持 GPIO 的概念 在 Q24 系列中 使用 AT 命令可以驱动 3 个通用 I 0 口 3 个单向的输出口和 1 个通用输入口 这些 I O 口可以用来驱动一些简单的 LCD LED 或读取一些简单的数字信号 为用户设计提 供了另一种选择 b Q24 系列模块提供了一个 10 位 0 到 28V 模 数转换接口 使用 AT 指令 AT ADC 可以方便地将引脚 AUXVO 上的数据转化为数字量 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 10 3 2 3 液晶显示模块介绍 主要技术参数和显示特性 电源 VDD 3 3V 5V 内置升压电路 无需负压 显示内容 128 列 64 行 显示颜色 黄绿 显示角度 6 00 钟直视 LCD 类型 STN 与 MCU 接口 8 位或 4 位并行 3 位串行 配置 LED 背光 多种软件功能 光标显示 画面移位 自定义字符 睡眠模式等 模块引脚说明 图 3 4 LCD 液晶显示硬件图 引脚号 引脚名称 方向 功能说明 1 VSS 模块的电源地 2 VDD 模块的电源正端 3 V0 LCD 驱动电压输入端 4 RS CS H L 并行的指令 数据选择信号 串行的片选信号 5 R W SID H L 并行的读写选择信号 串行的数据口 6 E CLK H L 并行的使能信号 串行的同步时钟 7 DB0 H L 数据 0 8 DB1 H L 数据 1 9 DB2 H L 数据 2 10 DB3 H L 数据 3 11 DB4 H L 数据 4 12 DB5 H L 数据 5 13 DB6 H L 数据 6 14 DB7 H L 数据 7 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 11 15 PSB H L 并 串行接口选择 H 并行 L 串行 16 NC 空脚 17 RET H L 复位 低电平有效 18 NC 空脚 19 LED 背光源正极 LED 5V 20 LED 背光源负极 LED OV 3 2 4 电平转换电路介绍 虽然整个系统设计主要按照 3 3V 接口进行设计 然而像 RS485 电路的输入 输 出需要 5V 电平 同时 GPRS 终端需要向用户提供 TTL 电平的串口输出 因此需要进行 5V 3 3V 或者 3 3V 5V 的电平转换 我们选用 MAX202 电平转换电路实现了电平的 相互转换 如图 3 5 所示 图 3 5 电平转换电路 可直接运用该电路将 MCU AT89C51 与无线通信模块连接 实现两者间的通信 3 3 GPRS 终端硬件电路设计 整个系统硬件设计要求通过电平转换电路及必要的连接器件将 MCU AT89C51 无线通信模块 液晶显示模块 按键电路连接实现系统功能 系统硬件电路设计详图 附录三 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 12 第四章 GPRS 终端的软件设计 4 1 GPRS 常用 AT 指令 系统软件的核心部分是单片机与 GPRS 无线摸块的通信 技术难点是 AT 命令的设 置和使用 AT 命令是调制解调器的控制指令 无线信道的建立 数据传输等操作都 是通过它来完成的 在大多数基于GSM GPRS 的数传应用中 是将MCU 与无线模块相连 二者依托串 口通信 需电平转换 程控MCU 以一定的协议对模块发送AT 指令 接收模块执行 指令后的返回值 并执行相应校验 MCU 串口实质上是以位为单位完成收发 由协议 预定义的起始位 校验位 停止位决定数据帧的封装格式 字符格式的AT 指令需按 照ASCII 编码转化为二进制数后才可存储在MCU 的ROM 中 进而通过串口收发 但AT 指令及其返回字符串中混有不可打印字符 如AT指令通常的控制字符 短信发送 的指令符 所有的AT 指令返回值并非以可打印字符起始 它们如何在指令 中表示 在返回字符的何处出现 为实现某一功能 需发送多条有连贯意义的AT 指 令时 能否连发 之间的间隔又该多大 上述问题是用MCU 控制无线模块的关键 透彻解决它们的第一步是准确掌握AT 指令的格式 在系统设计过程中可利用超级终端 串口检测软件对串口进行检测 确 定AT指令的具体格式 本系统设计借助PortSpyV11串口调试软件对AT指令格式进行探究 以发送AT返回 OK为例 调试界面如图4 1 发送 AT 返回值 0D 0A 4F 4B 0D 0A PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 13 图4 1 串口调试界面 分析上述串口侦听过程可知 AT 指令实质是以字节发送 回车符代表指令的结 束 模块接收到回车符后开始执行指令 指令发送过程中 字节间允许有任意间隔 模块接收到指令字节后 会立即答复以相应的握手信号 模块执行指令后的一切返回 值 无论指令执行后的OK 还是报错信息 都是以不可打印字符 0D 0A 开始和结束 为了保证通信的可靠性 默认情况下模块回复收到字符的握手信号又称为回显 Echo 握手机制能确保指令收发的可靠性 但在实际的设计中 通过MCU 实现对 模块的控制 需接收执行AT指令的返回值 并需进行必须的字符校验 每发送一字节 指令后模块所返回的握手信号须程控滤除 频繁的开关串口中断 降低了程序的可靠 性 为简化这一过程 需屏蔽模块回显 以下AT指令可取消回显 ATE0 OK ATE1 开启回显 OK 在指令后加 TMOD 0 x20 PCON 0 x80 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 18 TH1 0 xf3 TL1 0 xf3 IE 0 x00 TR1 1 4 4 2 链路连接模块 为了方便程序设计 增强程序可读性 将建立连接所需的 AT 命令以字符串形式 存放于 AT 命令缓存区 在建立连接时通过循环调用字符串发送函数将这些 AT 命令发 送 相邻 AT 命令间要有 2 到 3 秒钟的延时 所以每发送完一条 AT 命令都要调用一个 3 秒钟的延时子程序 然后通过串口中断接收函数接收 AT 命令返回值来判断连接是 否成功 需要注意的是 AT 命令均以回车符作为结束标志 并以字符串形式传送 所 以 在定义 AT 命令缓存区时一定要注意转义字符的使用 缓存区定义和连接子程序 如下 AT 命令缓存区内容 unsigned char AT 12 AT APNSERV CMNET r AT CGATT 1 r AT TCPPORT 6800 r AT TCPSERV 202 207 28 43 r AT CONNECTIONSTART r AT OTCP r AT CONNECTIONSTOP r AT CGATT 0 r 建立连接函数 void Send AT void unsigned int i for i 0 i 5 i PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 19 Send string AT i Delay 3 IE 0 x90 Send string AT 5 Delay 3 4 4 3 数据传输模块 在与上位机连接成功后 通过字符串发送函数就可将数据缓存区中欲发送的数 据发送 发送数据的原理与建立连接时的基本相同 但数据的接收是通过串口中断接 收函数完成的 同时将接收到的数据必须先放入接收缓存区以便做显示处理 需要指 出的是串口中断程序既要接收指令返回值又要接收上位机传来的数据 这两种接收信 息的处理方式不同 所以在中断函数中应通过设置两个不同的标志来解决这一问题 接收中断函数如下 void serial void interrupt 4 using 3 unsigned char a if RI RI 0 a SBUF if m 0 判断接收指令返回值与接收数据的标志 初值为 0 进入数传状 态后置 1 if isprint a 判断接收到的字符是否为可打印字符 是则放入接收缓存区 re cont a cont if cont 22 判断连接指令返回值是否接收完整 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 20 flag 1 AT 命令返回值接收完标志 cont 0 else if a 0 x0D 判断该次数据是否接收完 re cont a cont 将接收数据放入接收缓存区 else d 1 数据接收完标志 n cont 接收数据个数 cont 0 4 4 4 断开连接模块 数据链路的释放可通过发送数传结束标志 实现 但必须延时一定时间后再 发送断开连接指令 AT CONNECTIONST AT CGATT 0 断开连接函数如下 Void Disconnection void for i 9 i 12 i send string in i Delay 300 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 21 第五章 系统设计过程中出现的问题及解决办法 5 1 排除仿真终端上出现乱码的方法 设计初期需在超级终端等串口调试软件中进行 AT 指令的调试 但经常会遇到 不能与 GPRS MODEM 进行正常通信或总是在仿真终端上出现乱码 此时检查您的串口 是否保证正常连接 计算机的串口引线与 GPRS MODEM 的串口引线应是一一对应的 GPRS MODEM 与仿真终端应设置相同的通信速率 当您初次使用 GPRS MODEM 时 请在 仿真终端上设置为通信速率 115200bps 8 位数据位 无较验位 1 位停止位 5 2 排除错误提示信息 ERROR 38016 的方法 在通过指令 AT OTCP 与上位机建立连接时 经常出现错误提示信息 ERROR 38016 此提示信息表示与上位机建立连接失败 出现该错误的原因通常是移动网关接入点名 称设置不正确或与上位机的通信端口设置不一致 首先应检查上位机对应端口是否打 开 其次要同过 AT APNSERV 指令来检查移动网关接入点名称是否设置正确 通常设为 AT APNSERV CMNET 5 3 避免程序陷入 死循环 的方法 在程序对通信模块进行操作 初始化或拨号 时 由于每条 AT 指令的返回时间不 一致 程序需要等待返回值的时间也不一样 因此无法使用 看门狗 来防止程序陷 入 死循环 而由于模块本身的原因 模块不一定会响应每条 AT 指令 或者不一定 会在特定的时间内响应 AT 指令 或者出现其他意外 因此程序很有可能陷入 死循 环 死等某个返回值 为了避免程序陷入 死循环 在设计 GPRS 终端软件时 每个返回值等待或 while 循环均增加了定时器控制开关 也就是根据每个 AT 指令不同的响应时间设置不同的 等待时间 如果在特定的时间内获得返回值则正常结束等待或循环 反之 超时仍自 动结束等待或退出循环 这样 就避免了程序在运行过程中出现的 死循环 问题 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 22 5 4 区别接收返回值与传输数据的方法 在终端软件设计时 通常采用串口中断函数接收模块返回值与传输数据 但接收到的 模块返回值与接收到的传输数据对应不同的处理过程 所以在程序设计时应通过在中 断接收函数中设置两个不同的标志来解决这一问题 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 23 总 结 随着无线通信技术的不断提高 利用移动运营商提供的无线网络实现远程监控 和数据传输已被广泛应用于各个领域 特别是基于单片机的 GPRS 数据传输方案在 GPS 车载终端 自动抄表系统等远程遥测遥控系统中的应用更是倍受关注 本文在介绍 GPRS 网络基本技术及组网方案选择的基础上 为单片机实现 GPRS 的数传提供了 一种通用的解决方案 并通过以上单片机的软硬件设计 可以实时的发送和接收数据 文中所选硬件均为工业级芯片 所提供的代码都通过了实际验证 此方案稍做修改便 可移植到 GPS 车载终端 自动抄表等工程中 由于时间的原因 此系统设计还存在很多不足之处 程序设计上缺乏灵活性 对 突发性事件考虑较少 并没有完全实现 GPRS 的功能 今后将近一步拓展系统功能 增强系统的实用性 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 24 参考文献 1 李群芳 黄建著 单片微型计算机与接口技术 电子工业出版社 2 AT Commands Interface Guide Version 1 00 Wavcom company 2001 10 3 AT commands for GPRS Version 1 8 WAVECOM company 2002 5 4 Q2406 and Q2426 Product Specification 5 唐运虞 刘向东 修春波 基于 GPS GPRS GIS 的车辆监控系统的设计 计算 机系统应用 2004 10 6 杨志超 GPRS 无线数据传输终端的设计及其应用 硕士学位论文 西安 西安 理工大学 微电子学与固体电子学 2004 年 3 月 7 刘磊 GPS 车辆监控与调度系统研究 硕士学位论文 山东 山东科技大 学大地测量学与测量工程 2004 8 马忠梅 刘滨 戚军 马岩著 单片机 C 语言 Windows 环境编程宝典 北京航空航天大学出版社 9 蔡美琴 张为民 沈新群 张容娟著 MCS 51 系列单片机系统及其应用 高等教育出版社 10 谭浩强著 C 语言程序设计 清华大学出版社 11 何立民著 单片机应用系统设计 北京航空航天大学出版社 12 徐爱钧 彭秀华著 单片机高级语言 C51 应用程序设计 电子工业出版 社 13 裴岩 刘利民 单片机系统综合设计与实践 内蒙古 内蒙古大学社 14 Andrew S Tanenbaum 著 熊桂喜 王小虎等译 计算机网络 第三版 清华大学出版社 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 25 致 谢 本论文是在杨宏业老师的悉心指导下完成的 杨宏业老师渊博的科学知 识 远见卓识的科学创新和严谨的治学态度都给了我深远的影响 在设计阶段 杨老师在资料搜集 程序调试 论文写作等方面都给予我严格的要求和关键性 的指导 在此衷心感谢三个月来杨宏业老师对我的关心和指导 还要感谢杨老师的两位研究生孙作雷和赵晓伟 他们在论文开展阶段的资 料搜集 程序调试上都给予我很大帮助 感谢同组同学在设计期间的默切合作 和关键技术点上的相互交流 感谢电子系所有老师在毕业设计期间为我们提供良好的实验环境 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 26 附录一 英文 AT 指令错误提示代码详解 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 内蒙古工业大学本科毕业论文 27 附录二 电 路 图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RP4 10Kx8 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 SK1 A8 A11 A12 A13 A14 A15 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 AT 89S51 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 RD WR ALE GND GND TXD RXD CD4 100uf CD0 10uf CD1 10uf CD2 10uf CD3 10uf 10V 10V Vcc T2 O 7 T1 O 14 R2 I 8 R1 I 13 V 2 V 6 VCC 16 GND 15 C2 5 CL 1 C