GPRS數據傳送服務(wù)的無(wú)線(xiàn)通信控制器設計

摘要：GPRS數據傳送服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò )的一種新業(yè)務(wù)，已得到越來(lái)越多的系統運營(yíng)商和系統開(kāi)發(fā)商的重視。以GSM網(wǎng)絡(luò )作為數據無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )，可以開(kāi)發(fā)出多種前景極其樂(lè )觀(guān)的各類(lèi)應用。本文提出一個(gè)基于GPRS數據傳送服務(wù)的通信控制器的設計，并詳細闡述該控制器的實(shí)現原理。

引言

能用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)GPRS（General Packet Radio Service）是在現有的GSM系統上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶(hù)提供分組形式的數據業(yè)務(wù)�；�于這種業(yè)務(wù)的各種應用也蓬勃發(fā)展起來(lái)。以GSM網(wǎng)絡(luò )作為數據無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )，可以開(kāi)發(fā)出多種前景極其樂(lè )觀(guān)的各類(lèi)應用，如無(wú)線(xiàn)數據的雙向傳送、無(wú)線(xiàn)遠程檢測和控制等。典型的應用有：工業(yè)控制、環(huán)境保護、道路交通、商務(wù)金融、移動(dòng)辦公、零售服務(wù)等等。

GPRS允許用戶(hù)在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數據，需不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò )資源；從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線(xiàn)分組數據業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。

本文設計的GPRS無(wú)線(xiàn)通信控制器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)控制器），內嵌了TCP/IP協(xié)議棧，采用工業(yè)級的GPRS模塊；適用于主機沒(méi)有TCP/IP協(xié)議棧，但使用串口通信的情況，例如單片機數據采集傳輸系統。

1 GPRS網(wǎng)絡(luò )數據的收發(fā)

終端設備通過(guò)串行方式接到控制器上并與GSM基站通道，但與電路交換或數據呼叫不同。GPRS數據分組是從基站發(fā)送到SGSN節點(diǎn)，而不是通過(guò)移動(dòng)交換中心MSC連接到語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )上。SGSN與網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)GGSM進(jìn)行通信。GGSN對分組數據進(jìn)行相應的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò )，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò )，見(jiàn)圖1。來(lái)自Internet、標識有移動(dòng)臺地址的IP包，由GGSN接收，再轉發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動(dòng)臺上。

控制器工作時(shí)，用戶(hù)上位系統向控制器發(fā)送工作指令和數據，數據由IP模塊進(jìn)行了TCP/IP協(xié)議轉換，打成IP數據包，再由MC35模塊以GPRS數據包的形式發(fā)送到SGSN。

由于GPRS網(wǎng)絡(luò )工作方式是以IP地址導址為基礎的，所以目標服務(wù)器端并非接入控制器與終端設備進(jìn)行連接，只需要簡(jiǎn)單接入Internet，并具備公網(wǎng)分配的IP地址即可。同時(shí)，因為GPRS終端產(chǎn)品本身由網(wǎng)絡(luò )提供商動(dòng)態(tài)地分配IP地址，在未進(jìn)入連接待機狀態(tài)時(shí)，其本身是不具備IP地址的（在連接中，模塊的IP地址為移動(dòng)骨干網(wǎng)內局域網(wǎng)IP，無(wú)法被公網(wǎng)服務(wù)器解析，動(dòng)態(tài)分配的制度使獲取比IP地址無(wú)意義）。因此在服務(wù)器與終端尚未建立連接前，目標服務(wù)器難以（可將短信轉換為命令內容）對終端設備及控制器進(jìn)行控制。必須先將控制器進(jìn)行相應初始化，并由設備終端主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)送數據，進(jìn)行連接。

2 控制器內部的硬件實(shí)現

控制器內部由四部分構成：嵌入TCP/IP的單片機系統、MC35模塊、電源部分和外部接口部分。

在設計時(shí)，考慮到雙串口性能和高速的全靜態(tài)CMOS設計，嵌入式單片機系統選用臺灣Winbond的W77E58芯片作為MCU模塊的處理器芯片。它是高速的、與MCS-51指令兼容的、沒(méi)有多余指令周期的微控制器，在相同時(shí)鐘頻率下，運行同樣的指令要比傳統的8051快1.5～3.0倍。它完全是靜態(tài)CMOS設計，工作電壓為4.5V～5.5V，有32KB的片內程序ROM，內部有1KB SRAM，最高時(shí)鐘頻率可達40MHz；有雙指針、雙串口，13個(gè)中斷源，3個(gè)16位定時(shí)器。單片機W77E58通過(guò)串口1直接與MC35模塊相連接，完成對MC35模塊的初始化和基于GPRS業(yè)務(wù)的數據收發(fā)功能；同時(shí)串口2擴展MAX232標準串口與其它嵌入式系統或PC機進(jìn)行數據交換。圖2是系統的硬件框圖。

MC35模塊是西門(mén)子公司生產(chǎn)的GSM雙頻GSM900/GSM1800無(wú)線(xiàn)模塊。它支持2種操作模式：一種是電路交換數據模式CSD，支持語(yǔ)音、數據、SMS和FAX業(yè)務(wù)；一種是分組交換模式GPRS，采用多時(shí)隙，支持CS1-CS4編碼。兩者最大的區別是，GPRS傳輸數據時(shí)不需要再撥號。2種模式的選擇通過(guò)AT指令來(lái)實(shí)現。MC35模塊提供40線(xiàn)的ZIF接口方式。

電源部分為單片機系統和GPRS模塊提供合適的電源。外部接口部分包括一個(gè)8腳數據接口、SMA（射頻同軸連接器）天線(xiàn)接口、SIM（Subscriber Identity Module，用戶(hù)識別）卡座接口。表1是各引腳的詳細說(shuō)明。

表1 外部接口引腳說(shuō)明

功能 名稱(chēng) 引腳號 I/O 信號電平 注 釋 強制復位RST1I/O當模塊處于空閑或數據傳輸狀態(tài)時(shí)，該引腳下拉至0.45V以下（需至少0.1mA的下拉能力），持續3.5s可使系統復位。該引腳同時(shí)還作為系統看門(mén)狗信號輸出，可據此監視系統工作狀態(tài)fout,min=0.16Hz fout,max=1.53Hz正常情況下，該引腳處于看門(mén)狗信號輸出狀態(tài)并且輸出電流很微弱（0.01mA），因此必須使其處于高阻狀態(tài)；不得有外部上下拉電路RS232 RXD 2 I 該組引腳系標準RS232電平信號，可直接與PC機連接 如果連接PC機上Internet網(wǎng)，則需要使用CTS和RTS，其它通信方式示不需要這兩個(gè)引腳 TxD 3 O CTS 4 O RTS 5

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