基于单片机GPRS通信系统的毕业设计 好!

基于单片机基于单片机 GPRSGPRS 通信系统的设计通信系统的设计 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 I 摘要摘要 GPRS 通用分组无线电业务 是利用包交换的概念发展的一套无 线传输方式 GPRS 网络是基于现有的 GSM 全球移动通信系统 网 络实现的 在现有的 GSM 网络中需要增加一些节点 如 GGSN GPRS 网关支持节点 和 SGSN GPRS 服务支持节点 SGSN 的主要作用是记录移动终端的当前位置信息 并且在移动终端 与 GGSN 之间完成移动分组数据的发送和接受 GGSN 主要起网关作 用 可以与多种不同的数据网络连接 如 ISDM 综合业务数字网 PSPDN 包交换公用数据网 和 LAN 局域网 等 GGSN 可以把 GSM 网中的 GPRS 分组数据包进行协议转换 从而把这些分组数据包 传送到远端的 TCP IP 或 X 25 网络 GPRS 网不但具有覆盖范围广 数据传输速度快 通信质量高 永远在线和按流量计费等有点 而且 其本身就是一个分组性数据网 支持 TCP IP 协议 可以直接与 Internet 互通 因此 GPRS 在无线上网 环境监测便携型 交通监控 移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势 关键词 关键词 数据传输与接收 单片机 GPRS 通信系统 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 II AbstractAbstract GPRS general packet radio service is to use the concept of packet switching the development of a wireless transmission a GPRS network is based on existing GSM global system for mobile communications network realization in the existing GSM network of some nodes need to increase such as GGSN GPRS gateway support node and SGSN GPRS service support node The main Function is to record SGSN mobile terminal current position information and in the mobile terminal and GGSN completed of mobile group data to send and receive GGSN main up gateway function and can be with a variety of different data network such as ISDM integrated services digital network PSPDN packet switching public data networks and LAN local area network etc GGSN can put the GSM network packets of GPRS group for protocol conversion So the group sent packets to a remote TCP IP or X 25 network GPRS nets not only has to cover range data transmission speed high quality and always online communication according to flow billing and a bit and its itself is a group sex data networks support the TCP IP protocol can be directly and Internet communication Therefore GPRS is in wireless Internet and environmental monitoring portable type traffic monitoring mobile office and other industries with an unmatched price advantage Keywords Data transmission and reception Single chip microcomputer GPRS communication system 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 III 目录目录 摘要 I Abstract II 目录 III 前言 1 1 GPRS 通信 2 1 1 GPRS 通信 2 1 2 课题研究的意义 3 2 GPRS 通信无线网络的介绍 5 2 1 GPRS 无线通讯网络 5 2 2 GPRS 的网络结构 5 2 2 1 GPRS 协议栈 6 2 2 2 基于 GPRS 的 TCP IP 协议 7 2 2 4 GPRS 的优点 8 2 2 5 GPRS 开创新时代 9 3 GPRS 通信系统的整体设计方案 10 3 1 GPRS 通信系统的方案论证 10 3 1 1 系统总体功能概述 11 3 2 硬件部分设计方案 12 3 2 1 单片机 13 3 2 2 单片机 STC89C51 14 3 2 3 GPRS 模块简介及应用 15 3 2 4 CTM900 CGPRS 模块简介 16 3 3 软件设计方案 16 3 3 1 连接的建立 16 3 3 2 数据处理 23 3 3 3 主程序流程 24 结论 26 致谢 27 参考文献 28 附录 1 电路原理图 29 附录 2 系统程序 30 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 1 前言前言 近年来 通信技术和网络技术的迅速发展 特别是无线通信技术 的发展 使得电力系统的自动化程度进一步提高 GSM 网络出现后 技术人员很快把 GSM 模块嵌入到各种仪表仪器中 如多功能电能表 故障测录仪 抄表系统和用电负荷监控等 从而使这些仪表仪器具有 远程通信功能 GPRS 是在现有 GSM 系统上发展出来的一种新的数据 承载业务 支持 TCP IP 协议 可以与分组数据网 Internet 等 直接 互通 GPRS 无线传输系统的应用范围非常广泛 几乎可以涵盖所有 的中低业务和低速率的数据传输 尤其适合突发的小流量数据传输业 务 本文设计的 GPRS 无线通信模块 内嵌了 TCP IP 协议 采用工 业级的 GPRS 模块 适用于单片机据采集传输系统没有 TCP IP 协议 栈 但使用串口通信的情况 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 2 1 1 GPRSGPRS 通信通信 1 1 GPRS 通信通信 GPRS 是通用分组无线业务 General Packet Radio Service 的简 称 它突破了 GSM 网只能提供电路交换的思维方式 只通过增加相应 的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换 这种 改造的投入相对来说并不大 但得到的用户数据速率却相当可观 GPRS General Packet Radio Service 是一种以全球手机系统 GSM 为基础的数据传输技术 可说是 GSM 的延续 GPRS 和以往连续在频 道传输的方式不同 是以封包 Packet 式来传输 因此使用者所负担 的费用是以其传输资料单位计算 并非使用其整个频道 理论上较为 便宜 GPRS 经常被描述成 2 5G 也就是说这项技术位于第二代 2G 和第三代 3G 移动通讯技术之间 它通过利用 GSM 网络中 未使用的 TDMA 信道 提供中速的数据传递 GPRS 突破了 GSM 网 只能提供电路交换的思维方式 只通过增加相应的功能实体和对现有 的基站系统进行部分改造来实现分组交换 这种改造的投入相对来说 并不大 但得到的用户数据速率却相当可观 GPRS 的传输速率可提 升至 56 甚至 114Kbps 而且 因为不再需要现行无线应用所需要的中 介转换器 所以连接及传输都会更方便容易 GPRS 的特点 1 应用上的特点 目前 用手机上网还显得有些不尽人意 因此 全面的解决方法 GPRS 也就这样应运而生了 这项全新技术可以令您在任何时间 任 何地点都能快速方便地实现连接 同时费用又很合理 简单地说 速 度上去了 内容丰富了 应用增加了 而费用却更加合理 1 高速数据传输 速度 10 倍于 GSM 更可满足您的理想需求 还可以稳定地传送 大容量的高质量音频与视频文件 可谓不一般的巨大进步 2 永远在线 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 3 由于建立新的连接几乎无需任何时间 即无需为每次数据的访问 建立呼叫连接 因而您随时都可与网络保持联系 举个例子 若无 GPRS 的支持 当您正在网上漫游 而此时恰有电话接入 大部分情 况下您不得不断线后接通来电 通话完毕后重新拨号上网 这对大多 数人来说 的确是件非常令人恼火的事 而有了 GPRS 您就能轻而 易举地解决这个冲突 3 仅按数据流量计费 即根据您传输的数据量 如 网上下载信息时 来计费 而不是 按上网时间计费也就是说 只要不进行数据传输 哪怕您一直 在线 也无需付费 做个 打电话 的比方 在使用 GSM WAP 手机上网时 就好比电话接通便开始计费 而使用 GPRE WAP 上网则要合理得多 就像电话接通并不收费 只有对话时才计算费用 总之 它真正体现 了少用少付费的原则 2 1 2 课题研究的意义课题研究的意义 GPRS 通用无线分组业务 General Packet Radio Service 是利用 包交换的概念发展的一套无线传输方式 GPRS 网络是基于现有的 GSM 全球移动通信系统 网络实现的 在现有的 GSM 网络中需要 增加一些节点 如 GGSN GPRS 网关支持节点 和 SGSN GPRS 服 务支持节点 SGSN 的主要作用是记录移动终端的当前位置信息 并 且在移动终端与 GGSN 之间完成移动分组数据的发送和接受 GGSN 主要起网关作用 可以与多种不同的数据网络连接 如 ISDN 综合业 务数字网 PSPDN 包交换公用数据网 和 LAN 局域网 等 GGSN 可以把 GSM 网中的 GPRS 分组数据包进行协议转换 从而把这 些分组数据包传送到远端的 TCP IP 或 X 25 网络 GPRS 网不但具有覆盖范围广 数据传输速度快 通信质量高 永远在线和按流量计费等优点 而且其本身就是一个分组型数据网 支持 TCP IP 协议 可以直接与 Internet 互通 因此 GPRS 在无线上 网 环境监测便携型 交通监控 移动办公等行业中具有无可比拟的 性价比优势 目前 我国在水利 电力和天然气 石油等资源的监测中还没有 经济实用的自动化数据采集和传输设备 尤其是在偏远的乡村 山区 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 4 以及其他恶劣环境下的数据传输更加的困难 不能满足工业现代化 自动化的要求 GPRS 通信系统是现代测控的基础 用于获取各种采 集到的数据 因为作为获取信息的重要工具 GPRS 通信系统正广泛 应用于生产 科研的各个领域 随着通信事业的发展 我国已建成了 覆盖全国的 GSM 数字蜂窝移动通信网 GSM 网络中重要发展的 GPRS 网络也已经投入使用 所以 本课题提出并设计了基于单片机 的 GPRS 通信系统的设计 实现远程数据传输系统 使得数据传输更 加的灵活 并且大大降低了成本 为一些监控系统后的传输数据带来 了方便快捷 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 5 2 2 GPRSGPRS 通信无线网络的介绍通信无线网络的介绍 2 1 GPRS 无线通讯网络无线通讯网络 GPRS 是通用分组无线业务 General Packet Radio Service 的英 文简称 是一种新的分组数据承载业务 相对原来 GSM 的拨号方式的 电路交换数据传送方式 GPRS 是分组交换技术 具有 实时在线 按量计费 快捷登录 高速传输 自如切换 的优点 GPRS 是 General Packer Radio Service 的英文缩写 中文译为通用 无线分组业务 具体来讲 GPRS 是一项高速数据处理的科技 即以 分组的 形式 把数据传送到用户手上 因此 GPRS 技术可以令手 机上网省时 省力 省花费 打个比方 GSM 是猫上普通固定电话线 网的话 那么 GPRS 就是手机的 ADSL 相对于 GSM 的 9 6kbps 的访问速度而言 GPRS 拥有 171 2kbps 的 访问速度 在连接建立时间方面 GSM 需要 10 30 秒 而 GPRS 只 需要极短的时间就可以访问到相关请求 而对于费用而言 GSM 是按 连接时间计费的 而 GPRS 只需要按数据流量计费 GPRS 对于网络 资源的利用率而相对远远高于 GSM 2 2 GPRS 的网络结构的网络结构 GPRS 网络结构基于 GSM 系统实现 话音部分人采用原先的基本 处理单元 而对与数据本分则新增了一些数据处理单元和接口 GPRS 系统中新增的数据单元包括一下几个部分 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 6 图 2 1 GPRS 网络单元 1 PCU Packet Control Unit 分组处理单元 它是 BSC Basc Station Controller 基站控制器 的一部分 可以独立设置 或者与 BSC 合并设置 它与 BSC 之间的接口不开放 2 SGSN Service GPRS Support Node GPRS 服务支持节点 功能和作用与 MSC Mobile Switching Center 移动交换中心 具有相 同点 进行分组移动用户的状态管理 计费管理等并负责到 HLR Home Location Register 小区位置存储器 的用户数据信息的 传送 3 GGSN Gateway GPRS Support Node GPRS 网关支持节 点 负责和外部数据网络的接口 进行数据包转发 具有路由器的部 分功能 2 2 1 GPRS 协议栈协议栈 GPRS 协议规程体现了无线和网络相结合的特征 其实既包含类 似局域网技术中的逻辑链路控制 LLC 子层和媒体接入控制 MAC 子层 又包含 RLC 和 BSSGP 等新引入的特定规程 由 GPRS 网络系统的端 到端之间的应用协议结构可知 GPRS 网络是存在于应用层之下的承 载网络 它用以承载 IP 或 X 25 等数据业务 由于 GPRS 本身采用 IP 数据网络结构 所以基于 GPRS 网络的 IP 应用规程结构可理解为两层 IP 结构 即应用级的 IP 协议以及采用 IP 协议的 GPRS 本身 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 7 2 2 2 基于基于 GPRS 的的 TCP IP 协议协议 TCP IP 是为协同操作计算机 分享网络资源的一套协议 该协议 成员包括 IP TCP UDP 等 TCP 确保数据的正确传送 如果对于一 个信息包来说 数量太大 TCP 则可将其分成若干组 IP 被用来为信 息包到达另一端寻找通道 每一个与网络相连接的工作站都有一个唯 一的 IP 地址 该 IP 地址为一个 32 位数 它通常被写成四个十进制数 字 每一个代表 8 位 TCP IP 是一个无连接协议 信息以分组方式进行传输 信息包的 最大容量在初始化过程中得以商定 如果信息超过其最大容量 则将 被分成若干组分别传送 信息包未得以按顺序传送甚至丢失及再次转 发的可能性是存在的 因此 TCP 必须将序号 信息来源和目的地通 道数 以及其他信息添加进数据包中 被称为 TCP 包头 接收器端将 利用该信息来监测数据包是否被正确的接收 从而加以整理 要直接 将信息包发送至正确的工作站 仅有 TCP 包头 是不允许的 一个 IP 抱头必须被加在 TCP 抱头之上 源地址和目的地址被包括在 IP 包头 里 发送信息包至目的地 计算机将首先核对其自身的路由列表 如 果目的地在自己的网络内 它将直接发送信息包 否则 它将发送信 息包至网关 每一个网关都有一个路由列表 信息包将通过几个单独 的路由节点到达目的地址 GPRS 网提供网络功能将 IP 信息包从移动用户点传送至外部网络 GPRS 可以为 IP 地址提供多重选择 包括公共地址 专用地址以及客 户代理地址 指定 IP 地址选择权的 GPRS 机制被称为接入点域名 APN 因为 IP 地址的整体供应受到限制 一个 GPRS 网络提供商通常使 用专用的 可动态分配的地址 然而 公用网址选择可由专门的客户 提供 专用网址则无法越过公共网进行操作 为连接公共网络 专用 网址被转换成公共网址 该转换通过一个节点发生 该节点是专用的 网络地址转换 NAT 多重专用地址可被映射成一个公共地址 对于 急于 IP 协议的应用 和有限网络一样 在无线网络中他们以相同的方 式工作 当 GPRS 对话启动是 大多数服务提供商也将监控数据的传 输流量 如果在特定的一段时间内没有数据传输 其连接将被断开 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 8 因为 TCP IP 信息包是通过 GSM 网络传输的 所以 必须考虑 TCP IP 协议栈的一些参数配置 基于 GPRS 的 TCP 应当支持适当的窗 口尺寸以利于优化端对端连接的宽带延迟 默认接受和发送缓冲器比 例应当增加到容纳足够大的窗口 被衔接层支持的 IP 数据包的最大值 是最大传输单元 MTU 在高误码率的连接上 较小的 MTU 尺寸增 加了成功传输的机会 默认 IP 最大传输单元值为 576 字节 一句链路 条件和 ARQ 的配置 它有可能增加 MTU 大到一个较大的值 一个较 大的 MTU 允许 TCP 更快的增加拥挤窗口 对于急于 GPRS 的 TCP IP 协议的设计 必须考虑这些 2 2 4 GPRS 的优点的优点 相对原来的 GSM 的拨号方式的电路交换数据传送方式 GPRS 的 分组交换技术 具有 实时在线 按量计费 快捷登录 高速 传输 自如切换 的优点 1 实时在线 实时在线 即用户随时与网络保持联系 举个例子 用户访问 互联网时 手机就在无线信道上发送和接受数据 就算没有数据传送 手机还一直与网络保持联接 不但可以由用户侧发起数据传输 还可 以从网络侧随时启动 push 类业务 不像普通拨号上网那样断线后还得 重新拨号才能上网冲浪 2 按量计费 用户可以一直在线 按照用户接收和发送数据包的数量来收取费 用 没有数据流量传递时 用户即使挂在网上也是不收费的 形象地 讲 休眠发呆都是免费的 3 快捷登录 GPRS 的用户一开机 就始终附着在 GPRS 网络上 每次使用时 只需一个激活的过程 一般只需 1 3 秒的时间马上就能登录至互联网 而固定拨号方式接入互联网需要拨号 验证用户名密码 登录服务器 等过程 至少需要 8 10 秒甚至更长的时间 4 高速传输 GPRS 采用分组交换的技术 数据传输速率最高理论值能达 171 2kb s 但实际速度受到编码的限制和手机终端的限制 可能会有 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 9 所不同 电路交换数据业务 速率为每秒 9 6K 比特 因此电路交换数 据业务 简称 CSD 与 GPRS 的关系就像是 9 6K Modem 和 33 6K 56K 的 Modem 的区别一样 5 自如切换 GPRS 还具有数据传输与话音传输可同时进行或切换进行的优势 也就是说用户在用移动电话上网冲浪的同时 可以接收语音电话 举 个例子 原来的电话拨号上网 接入之后就不能再打电话 也不能接 电话 而 GPRS 就类似于固定电话的 ISDN 的概念 电话上网两不误 相对原来 GSM 的拨号方式的电路交换数据传送方式 GPRS 是分组交 换技术 具有 高速 和 永远在线 的优点 2 2 5 GPRS 开创新时代开创新时代 对于用手机上网的用户来说 最让人讨厌的就是上网速度慢 经 常掉线 不过随着中国移动先进的 GPRS 网络建设完成 全球通手机 用户很快就不会再有这些麻烦了 而且下载文件的速率还会比现在提 高近 10 倍 GPRS 网络启动后 手机上网的计费方式还要从现在的按 时间收费 改变成按下载字节计费 新一代的 GPRS 网络 由于引进 了数据通信技术 尤其是互联网技术 使数据传输速率大大提高 掉 线率大大降低 GPRS 是通用分组无线业务 General Packet Radio Service 的英 文简称 是在现有的第二代移动通信 GSM 系统上发展出来的分组交换 系统 提供端到端的 广域的无线 IP 连接 GPRS 是作为现有 GSM 网络向第三代移动通信演变的过渡技术 发展 GPRS 技术十分经济 因为只须沿用现有的 GSM 网络来发展即可 虽然是介于第二代和第三 代这间的一种网络技术 2 5 代 但是它在许多方面都具有显著的优 势 也是目前国内最先进的商用网络技术 GPRS 网络中 无线信道可以根据需要 自行进行分配 而在 CSD 环境下 WAP 用户只能使用指定的信道来传输数据 如果操作不 结束 这条信道就会一直被占用 例如 当 4 个用户同时上网时 就 必须占用 4 个数据信道 而 gprs 技术就不存在这个问题 可以在同一 个信道中同时支持 4 个用户 而且不会对性能有任何大的影响 如果 流量过大 还会自动启用其它信道 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 10 3 3 GPRSGPRS 通信系统的整体设计方案通信系统的整体设计方案 3 1 GPRS 通信系统的方案论证通信系统的方案论证 方案一 基于 GPRS 网络的医疗监护系统 近年来 在家庭修养的病人由于不能得到及时看护和抢救 死亡 的人数大量提高 而随着老年化的加剧 老年人在家中的健康状况也 得到了更高的重视 本文研究的医疗服务系统可以极大的降低运送病 人的时间和成本 并能及时的看护老年人的健康状况 对提高我国全 民的健康水平有着重要作用 本论文提出了一种基于 GPRS 网络的家 庭医疗服务系统 本系统采用了最新的 GPRS 传输技术和比较人性化 的菜单式人机接口 实现了医院对家庭病人的实时监测 该系统工作原理 该系统由人体健康参数检测模块 GPRS 网络和远程计算机监控 中心组成 人体健康参数检测模块由人体生命参数采集传感器 传感 器组是适配板 GPRS 网络 MPU 及辅助电路构成 传感器进行对人体健康参数的采集 当传感器采集的信号是数字 量 则信号直接传送给 MPU 当传感器采集的信号是模拟量则需要通过 传感器组适配板进行信号放大滤波处理 再传送给 MPU 通过 MPU 处 理的信号在 LCD 上显示和存储 MPU 对数据进行相应的协议封装然 后传送给 GPRS 无线通讯模块 该模块将数据传送上 GPRS 公众网 通过 Internet 传输方式将数据传送到远程计算机监控中心 该中心对 接收到的数据进行整理存储 以达到监测病人的目的 方案二 基于 GPRS 的城市供水报警监控系统的设计 城市供水系统是保证城市居民能够稳定 安全 可靠饮水的重要 保障 其中城市报警系统是组成该系统重要的一部分 目前 大多数 城市报警系统的自动化水平还比较低 当泵站出现故障时不能及时地 发现 只有人员到了泵房才能发现 甚至直到严重影响到居民生活用 水才知道 一般要延迟很长时间 针对这种情况本文设计了一种城市 供水报警监控系统 当有故障发生时就会报警 利用 GPRS 短信模块 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 11 通过发短信能及时准确地告知维修人员 同时 工作人员利用趋势曲 线可以进行数据的分析以及利用报表进行数据的统计和总结 这样可 以降低故障率 为居民提供稳定的生活用水 该系统大大提高了城市 供水报警系统的智能化和信息化 系统的工作原理 压力传感器和温度传感器负责将泵房里稳压罐的入口压力 出口 压力和泵房温度的采集 并通过 4 20mA 标准信号传送给数据采集模 块的 AI 通道 红外传感器和地面水位传感器分别将泵房的火灾和漏水 情况的数据采集 以及变频器异常情况通过开关量 24V 传送给数据采 集模块的 DI 通道 数据采集模块将 AI 通道里的数据和 DI 通道里的数 据进行处理 然后通过 RS 485 接口把处理过的数据传给 GPRS 模块 三相智能电力仪表对电压 电流进行测量 并通过 RS 485 接口把测量 的数据传至 GPRS 模块 GPRS 模块通过 GPRS 网络和因特网相连 把数据传送至监控中心 方案三 基于 GPRS 的数据传输 GPRS 的通信系统 近年来 通信技术和网络技术的迅速发展 特别是无线通信技术 的发展 使得电力系统的自动化程度进一步提高 GSM 网络出现后 技术人员很快把 GSM 模块嵌入到各种仪表仪器中 如多功能电能表 故障测录仪 抄表系统和用电负荷监控等 从而使这些仪表仪器具有 远程通信功能 系统设计的原理 系统采用华为公司的内部嵌有 TCP IP 协议栈的 GPRS 通信模块 GTM900 C 和 STC89C51 单片机 二者的串口均支持 RS 232 通信标准 核心设计在于单片机与 CTM900 C 的连接和软件的编写 STC89C51 单片机具有一个 USBRT 通用异步串行接口 其中一个与 CTM900 C 模块相连 进行数据和 AT 命令的传输 另一个与终端芯片的串口 相连 与终端进行通信 三个方案进行比较后 我选择地三个方案 能更快捷的做出实物 并且能用在多方面的系统当中去 3 1 1 系统总体功能概述系统总体功能概述 利用单片机控制的 GPRS 通信网络 终端和主台的所有交换信息 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 12 通过中国移动的数据通信服务中心 在移动的数据服务中心和供电局 配电中心之间申请 VPN 专网 并在电力局配电中心建立中心主站 所 有终端设备通过 GPRS 网络及移动数据中心连至该中心主站 实现终 端和主站的实时在线连接 该系统的主要功能 全自动数据抄收 故障信息主动上报 实时巡检表计参数 自动电量平衡分析 及时发现表计被非法侵入及窃电行为 当然这个通信系统就会是这些方案实现的基础和核心 3 2 硬件部分设计方案硬件部分设计方案 系统采用华为公司的内部嵌有 TCP IP 协议栈的 GPRS 通信模块 GTM900 C 和 STC89C51 单片机 二者的串口均支持 RS 232 通信标准 核心设计在于单片机与 GTM900 C 的连接和软件的编写 STC89C51 单片机具有一个 USBRT 通用异步串行接口 其中一个与 GTM900 C 模块相连 进行数据和 AT 命令的传输 另一个与终端芯片的串口 相连 与终端进行通信 CTM900 C 模块外部需要安装天线 如图 1 所示 STC89C51 单片机控制 CTM900 C 模块发送和接受数据 在软件 中采用串行口的中断来实现收发数据和转发数据 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 13 图 3 2 系统硬件框图 3 2 1 单片机单片机 单片机又称单片微控制器 它不是完成某一个逻辑功能的芯片 而是把一个计算机系统集成到一个芯片上 概括的讲 一块芯片就成 了一台计算机 它的体积小 质量轻 价格便宜 为学习 应用和开 发提供了便利条件 同时 学习使用单片机了解计算机原理与结构的 最佳选择 可以说 二十世纪跨越了三个 电 的时代 即电气时代 电子 时代和现已进入的电脑时代 不过 这种电脑 通常是指个人计算机 简称 PC 机 它由主机 键盘 显示器等组成 还有一类计算机 大 多数人却不怎么熟悉 这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机 亦称微控制器 顾名思义 这种计算机的最小系统只用了一片集成 电路 即可进行简单运算和控制 因为它体积小 通常都藏在被控机 械的 肚子 里 它在整个装置中 起着有如人类头脑的作用 它出 了毛病 整个装置就瘫痪了 现在 这种单片机的使用领域已十分广 泛 如智能仪表 实时工控 通讯设备 导航系统 家用电器等 各 种产品一旦用上了单片机 就能起到使产品升级换代的功效 常在产 品名称前冠以形容词 智能型 如智能型洗衣机等 现在有些工 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 14 厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品 不是电路太 复杂 就是功能太简单且极易被仿制 究其原因 可能就卡在产品未 使用单片机或其它可编程逻辑器件上 在计算机出现以前 有不少能工巧匠做出了不少精巧的机械 进 入电器时代后 人们借助电气技术实现了自动控制机械 自动生 产线 甚至自动工厂 并且大大地发展了控制理论 然而 在一些大 中型系 统中自动化结果均不理想 只有在计算机出现后 人们才见 到了希望 的曙光 如今借助计算机逐渐实现了人类的梦想 但是 计算机出现 后的相当长的时间里 计算机作为科学武器 在科学的 神圣殿堂里默 默地工作 而工业现场的测控领域并没有得到真正的 应用 只有在单 片机 Microcontroller 出现后 计算机才真正 地从科学的神圣殿堂 走入寻常百姓家 成为广大工程技术人员现代 化技术革新 技术革命 的有利武器 目前 单片机在民用和工业测 控领域得到最广泛的应用 彩电 冰箱 空调 录像机 VCD 遥 控器 游戏机 电饭煲等无处 不见单片机的影子 单片机早已深深 地溶入我们每个人的生活之中 单片机作为计算机发展的一个重要分支领域 根据目前发展情况 从不同角度单片机大致可以分为通用型 专用型 总线型 非总线型及工 控型 家电型 通用型 专用型 这是按单片机适用范围来区分的 例 如 80C51 是通用型单片机 它不是为某种专用途设计的 专用型单 片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的 例如为了满足电子 体温计的要求 在片内集成 ADC 接口等功能的温度测量控制电路 总 线型 非总线型 这是按单片机是否提供并行总线来区分的 总线型 单片机普遍设置有并行地址总线 数据总线 控制总线 这些引脚用 以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接 另外 许多单片 机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内 因此在许多情况下 可以不要并行扩展总线 大大减省封装成本和芯片体积 这类单片机 称为非总线型单片机 控制型 家电型 这是按照单片机大致应用的 领域进行区分的 一般而言 工控型寻址范围大 运算能力强 用于 家电的单片机多为专用型 通常是小封装 低价格 外围器件和外设 接口集成度高 显然 上述分类并不是惟一的和严格的 例如 80C51 类单片机既是通用型又是总线型 还可以作工控用 3 2 2 单片机单片机 STC89C51 本设计采用的是 STC89C51 系列单片机 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 15 STC89C51 系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰 高速 低功耗的单片机 是 MCS 51 系列单片机的派生产品 它们在指令系 统中 硬件系统和片内资源与标准的 8052 单片机完全兼容 DIP 40 封 装系列与 8051 为 pin to pin 兼容 指令代码是与 8051 完全兼容的单片 机 STC89C51 单片机具有增强型 12 时钟 机器周期 6 时钟机器 周期 任意选择 工作电压为 5 5V 3 4V 5V 单片机 3 8V 2 0V 5V 单片 机 工作频率范围 0 40MHZ 相当于普通 8051 的 0 80MHZ 实际 频率可达 48MHZ 用户应用程序空间为 4K 8K 13K 16K 20K 32K 64K 字节 片上集成 1280 字节 512 字节 RAM 有 32 36 个通用 I O 口 P1 P2 P3 P4 是准双向口 集成 ISP 在系统可编程 IPA 在应用可 编程 无需专用的编程器 仿真器 可通过串行口 P3 0 P3 1 直接下 载用户程序 8K 程序 3 秒就可以完成一片 具备 EEPROM 功能 工 作温度范围在 0 750 共有 3 个 16 位定时器 计数器 其中定时器 T0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用 封装形式有 DIP 40 PLCC 44 PQFP 44 等 3 2 3 GPRS 模块简介及应用模块简介及应用 基于 GPRS 的 IP 协议提供了与互联网 永远在线 的可能性 使 之成为一种节约成本的选择 为了开发基于 IP 协议的应用 系统设计 师需要同时通晓无线网络和 TCP IP 各种各样的接入技术被运用于无 线网络 在 FDMA 技术中 每个用户被分配一个频率 而 TDMA 技 术则通过实践分隔用户 在 CDMA 技术中 所有用户在痛一时间使用 同一个频段发送信号 分隔用户通过各自被分配到的为一代吗来实现 在 2G 系统中 数据传输主要是通过电路交换 既一个被分配给用户 的传输信道 当一个用户完成传输任务 让出信道后 该传输信道才 被提供给其他用户使用 由于促发性是数据业务的基本特征 当一个 用户不在有数据传输时 宽带就处于荒废状态中 在分组交换系统中 所有用户分享同一个信道 用户则可以实现多路复用的功能 当一个 用户没有需要传输数据的时候 信道就会被其他用户所使用 信息包 的传输方式可通过媒体存储控制 MAC 协议被编排 在互联网上的信息包传输全部基于 IP 协议 无线网络将于互联网 结合 信息包通过无线媒介传送至基于 IP 协议的网络 在传输前 为 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 16 了能直接到达指定的目的地 数据包必须根据 TCP IP 协议封装 在 GPRS 网络中就是采用 IP 协议进行传输 3 2 4 CTM900 CGPRS 模块简介模块简介 CTM900 C 是华为公司生产的一款双频段 EGSM900 GSM1800 的 通信模块 它的最大发射功率为 EGSM900 Class4 2W 和 GSM1800 Class1 1W 它正常的工作温度在 20 70 之间 平均带电电流 为 3 5mA 它支持的协议有 GSM GPRS Phase2 2 和华为 GT800 协议 在此模块的基础上 可进行 GPRS 数据传输 具有支持短消息服务等 功能 采用 3 8V 电压供电 多外可提供多种接口 如天线接口 模拟 音频接口 异步串行接口 SIM 卡接口等 也支持 12C 通信 内部集 成了 TCO IP 协议栈 支持多链接 提供 ACK 应答 提供打容量缓存 因此采用此芯片会大大降低低微控制器编程工作的难度 3 3 软件设计方案软件设计方案 系统软件采用 C 语言编写 在 IAR 环境下编译 由于本系统是远 程管理终端的一个模块 因此在程序的编写中要遵守一定的协议 这 样才能保证正确通信 程序的主题是如何控制 CTM900 C 的 AT 命令 对 CTM900 C 进行初始设置和信息数据的处理 程序总体上可以分为 以下两个模块 一是 CPRS 连接的初始设置 二就是判断数据以及发 送 主程序吧这些程序块有机的结合到一起 相互控制 3 3 1 连接的建立连接的建立 GPRS 模块连接到 Internet 和 GPRS 网络实现的过程如下 a 单片机软件控制 GPRS 模块开机 等待此模块正常启动 b 通过单片机和 GTM900 C 模块连接的串口 GTM900 C 模块写 入相应的 AT 设置命令 进行初始化 使模块成功粘附在 GPRS 网络 上 获取网络运行商分配的动态 IP 地址 与目的终端建立连接 其步骤如下 第一步 AT CSQ 查询网络质量 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 17 图 3 3 查询网络质量图 第二步 AT CPIN 查询 SIM 是否准备好 图 3 4 查询 SIM 是否准备好图 第三步 AT CGREG 查询是否注册成功 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 18 图 3 5 查询是否注册成功图 以上三步主要是确认当前网络和模块的状态 第四步 AT CGDCONT 1 IP CMNET 设置 APN 无线接 入点 图 3 6 设置 APN 无线接入点图 第五步 AT ETCPIP 进行 PPP 拨号 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 19 图 3 7 PPP 拨号图 第六步 AT ETCPIP 查询获得本地 IP 地址 以用 DNS 服务 器地址 图 3 8 查询获得本地 IP 图 第七步 AT IPOPEN TCP 221 207 252 107 1234 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 20 图 3 9 图 3 10 第八步 AT IPSEND 616263313233 发送内容为 abc123 的十 六进制数据 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 21 图 3 11 发送数据图 图 3 12 发送数据界面图 第九步 接收数据 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 22 图 3 13 接受数据界面图 图 3 14 接受数据图 第十步 AT IPOPEN 查询链路状态 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 23 图 3 15 查询链路状态图 第十一步 AT IPCLOSE 和 AT IPCLOSE 5 关闭连接 图 3 16 关闭连接图 3 3 2 数据处理数据处理 数据包在数据中心服务器和 GPRS 服务器中的传输是基于 IP 数据 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 24 包的 但明文传送 IP 包不可取 因此太多选用 PPP 点对点协议 进 行传输 实现通过 GPRS 模块的数据和 Internet 网络的透明传输 GTM900 C 内部集成了 TCP IP 协议栈 所以用户对 IP 协议相关的程 序就不必编写 可以直接通过 GTM900 C 传递数据 模块与 Internet 上 PC 机的数据传输 要求 PC 机具有公网的 IP 地 址和开放的端口以及监视传输报文的运行软件 这样 模块与 Internet 传输数据时 报文就会显示 在模块成功连入网络后 单片机只要将 要发送的数据通过串口发给 GTM900 C GTM900 C 就会把数据发给 相应的 IP 地址的 PC 机 3 3 3 主程序流程主程序流程 主程序由模块函数组成 模块函数由基本函数嵌套组成 主程序 流程大致如下 首先进行单片机设置变量的初始化 一般均为 0 进 行单片机相应配置单元的初始化 比如设定端口方向 设置中断优先 级 定时器初始化等 然后由单片机控制 CTM900 C 的电源 以决定 是否开机 待开机成功后 查询网络是否注册成功 成功后即可建立 模块与 PC 机服务器的连接 并进行数据传输和短信息处理 根据需 要发送一定格式的信息 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 25 图 3 17 主程序流程图 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 26 结论结论 该通信系统是用嵌入式 TCP IP 协议 通过高速 8 位单片机实现 GPRS 业务的数据传输功能 具有整体电路少 操作简单 制作方便 使用更人性化 成本更低等优点 通过标准 RS232 串口和外部控制器 连接 只需按照预先规定的协议就可互相通信 通用性较强 系统软 件均使用 C 语言编写 稍加改动就可以在各种控制器上实现 可移植 性也较强 由于 GPRS 的系统也有一定的缺点 比如现在的 GPRS 网还不够 稳定 有丢包的现象 主控制器要实现 IP 协议 使用起来比较复杂 上位机基于互联网的解决方案保密性较差等 但是这些问题都能通过 我们的精密的硬件和软件设计来克服这些问题 所以 GPRS 系统在未 来的发展中有着无可比拟前途 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 27 致谢致谢 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 28 参考文献参考文献 1 周静 MSC1210 的 GPRS 无线通信系统设计 D 武汉大学 2010 2 百度文库 使用单片机实现 GPRS 通信笑系统的设计 3 江世民 单片机原理及应用 中国铁道出版社 2010 4 林伸茂 8051 单片机彻底研究基础篇 M 北京 人民邮电出版社 2004 5 北京应嘉兴业科技介绍 6 何立民 单片机高级教程 应用于设计 北京航大 2011 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 29 附录附录 1 1 电路原理图电路原理图 CTM900 C 的电路图 单片机的电路图 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 30 附录附录 2 2 系统程序系统程序 include define CPU F double 8000000 mxlk16000K define delay us x delay cycles long CPU F double x 1000000 0 define delay ms x delay cycles long CPU F double x 1000 0 define RST 1 宏定义 define GPRS APN flag 2 define GPRS PPP flag 3 define GPRS IP DNS flag 4 define GPRS TCPIP flag 5 define GPRS SEND OK flag 6 define GPRS ACTIVE flag 7 define uchar unsigned char uchar i TC35 RECE 定义无符号的字 符型变量 uchar i receive uchar TC35 MAX uchar TC35 CON uchar TC35 RE 500 uchar TC ATF AT 格式化命令 uchar GPRS QD1 AT CGDCONT 1 设置 APN 无线接 入点 uchar GPRS QD2 IP 设置 APN 无线接入点 uchar GPRS QD3 CMNET 设置 APN 无线接入 点 基于单片机 GPRS 通信系统的设计 31 uchar GPRS PPP CMD AT ETCPIP 进行 PPP 拨号 uchar GPRS IP DNS CMD AT ETCPIP 查询本地 启用 服务器 DTU 连接 uchar GPRS TCP1 AT IPOPEN 连接服务器 uchar GPRS TCP2 TCP 连接服务器 uchar GPRS TCP3 118 119 161 192 该 IP 为动态分配 IP 经网络查询 uchar GPRS TCP4 1234 服务器端口号 uchar GPRS TCP5 AT IPOPEN uchar GPRS SEND1 AT IPSEND 向服务器发送数据 命 令 uchar GPRS SEND3 12345 void delayX uchar m 延时模块 uchar k h for k m k 0 k for h 0 h 255 h void init serialcom void P3SEL 0 x30 选择 P3 4 和 P3 5 做 UART 通信端口 ME1 UTXE0 URXE0 使能 USART0 的发送和接受 UCTL0 CHAR 选择 8 位字符 UTCTL0 SSEL0 UCLK ACLK UBR00 0 x03 波特率 9600 UBR10 0 x00 U