- 相關(guān)推薦
基于GPRS的無(wú)線(xiàn)通信模塊的原理及設計論文
一、引言
如今通信技術(shù)、電子技術(shù)飛速進(jìn)步，智能化建設不斷發(fā)展，越來(lái)越多的設備都有了聯(lián)網(wǎng)的需求。并且有大量的數據需要即時(shí)傳輸，很多場(chǎng)合有線(xiàn)連接的方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的需要，而無(wú)線(xiàn)接入方式具有方便、快捷和廉價(jià)的特點(diǎn)。彌補了有線(xiàn)方式的不足。GPRS網(wǎng)絡(luò )以其覆蓋面廣泛，可持續利用和開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，為無(wú)線(xiàn)接入產(chǎn)品提供了一個(gè)廣闊的平臺。
GPRS(GeneralPacketRadioService)，也叫通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)，是在現有的GSM移動(dòng)通信系統基礎之上發(fā)展起來(lái)的一種移動(dòng)分組數據業(yè)務(wù)。GPRS通過(guò)在GSM數字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中引入分組交換功能實(shí)體，以支持采用分組方式進(jìn)行的數據傳輸。GPRS系統可以看作是對原有的GSM電路交換系統進(jìn)行的業(yè)務(wù)擴充，以滿(mǎn)足用戶(hù)利用移動(dòng)終端接入Internet或其它分組數據網(wǎng)絡(luò )的需求。
如下內容給出了一種基GPRS的無(wú)線(xiàn)通信模塊的設計方案，該模塊變傳統的串口通訊為GPRS無(wú)線(xiàn)接入。實(shí)現串口設備的快速無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)，可以方便地使采集設備與控制設備或計算機連接，完成數據的GSM網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)接入和Internet傳輸。為需要無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )的設備提供了一個(gè)解決方案。
二、模塊工作原理
1.GPRS網(wǎng)絡(luò )原理
GSM—GPRS通過(guò)在原GSM網(wǎng)絡(luò )基礎上增加一系列功能實(shí)體來(lái)實(shí)現對分組數據的傳輸。新增功能實(shí)體和軟件升級后的原GSM功能實(shí)體組成GSM-GPRS網(wǎng)絡(luò )，作為獨立的網(wǎng)絡(luò )實(shí)體完成GPRS數據業(yè)務(wù)，原GSM網(wǎng)絡(luò )則完成電路業(yè)務(wù)。GPRS網(wǎng)絡(luò )與GSM原網(wǎng)絡(luò )通過(guò)一系列的接口協(xié)議共同完成對移動(dòng)臺的移動(dòng)性管理功能。
GPRS新增如下功能實(shí)體：
服務(wù)GPRS支持節點(diǎn)(SGSN.ServingGPRSSupportNode)其功能為處理話(huà)務(wù)、路由尋址、手機移動(dòng)性管理、鑒權和加密、計費和統計。
網(wǎng)關(guān)GPRS支持節點(diǎn)(GGSNGatewayGPRSSupportNode)，其功能為GPRS話(huà)務(wù)處理、與外部IP數據網(wǎng)絡(luò )的接口、安全策略計費和統計。
此外還有點(diǎn)對多點(diǎn)數據服務(wù)中心等。同時(shí)，對原有的一系列功能實(shí)體進(jìn)行軟件升級。
GPRS的特點(diǎn)：可利用成熟的GSM網(wǎng)絡(luò )平滑過(guò)渡投資��；靈活的計費方式可按流量時(shí)間服務(wù)等級等；與現有的GSM網(wǎng)絡(luò )并存互不干擾；快速接入；利用IP與外部分組數據網(wǎng)互聯(lián)。
2.無(wú)線(xiàn)通信模塊工作原理
無(wú)線(xiàn)通信模塊要與Internet交互的數據先通過(guò)GPRS模塊與當地GSM基站中的GPRS業(yè)務(wù)節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，并進(jìn)入GPRS網(wǎng)絡(luò )。然后通過(guò)GPRS網(wǎng)關(guān)與Internet進(jìn)行數據交互。
三、模塊的硬件設計
無(wú)線(xiàn)模塊主要由微控制器(MCU)和GPRS模塊組成。MCU選用意法半導體(ST)公司的STM32系列微控制器中的STM32F103VET6。GPRS模塊選用SKYWORKS公司的ZTG20l，通過(guò)RS232串口與微控制器連接。
1.微控制器STM32F1O3VET6
意法半導體(ST)公司的STM32系列32位閃存微控制器使用Cortex—M3內核。Cortex—M3在系統結構上的增強。讓STM32受益無(wú)窮Thumb-2指令集帶來(lái)了更高的指令效率和更強的性能；通過(guò)緊耦合的嵌套矢量中斷控制器。對中斷事件的響應比以往更迅速，所有這些又都融入了業(yè)界領(lǐng)先的低耗水準。
STM32F103VET6的工作頻率為72MHz。片上集成了高速存儲器(Flash為512KB，SRAM為64KB)和通過(guò)APB總線(xiàn)連接的豐富和增強的外設和I/O。所有的設備都提供標準的通信接口(兩個(gè)I2C接口，3個(gè)SPI接口和5個(gè)USART接口)。片上還帶有兩個(gè)l2位的ADC、一個(gè)12位的雙通道DAC、11個(gè)16位計時(shí)器。
2.GPRS模塊ZTG2O1
SKYWORKS公司的ZTG201采用SKYWORKS的射頻解決方案(RF)，接收器靈敏度：-108dBm，支持CMUX、支持SMS收發(fā)和GPRS同時(shí)在線(xiàn)，內置TCP/IP協(xié)議棧，能夠滿(mǎn)足GPRS模塊的要求。
四、模塊的軟件設計
1.模塊協(xié)議體系結構
無(wú)線(xiàn)通信模塊的協(xié)議體系結構
物理層：在對GPRS模塊進(jìn)行參數設置后，微控制器利用AT指令通過(guò)GPRS模塊撥號，AT指令格式表示從串口發(fā)送的所有數據都發(fā)送給了GPRS模塊。正確反饋及應答后，一條物理通道即GPRS信道就在GPRS模塊和GPRS網(wǎng)絡(luò )之間建立起來(lái)。數據鏈路層：PPP幀格式表示從串口發(fā)送的所有數據都透明的發(fā)送給了GGSN。PPP協(xié)議將原始的GPRS物理層連接改造成無(wú)差錯的數據鏈路，模塊將遠程登錄Internet，并得到GPRS網(wǎng)關(guān)分配的IP地址。網(wǎng)絡(luò )層：利用IP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議，經(jīng)過(guò)IP路由選擇，可以實(shí)現模塊與連在Internet的終端進(jìn)行數據交換。傳輸層：選擇TCP作為傳輸層協(xié)議，為數據傳輸提供可靠的面向連接服務(wù)。
2.微控制器(MCU)主控程序
微控制器(MCU)主控程序主要向GPRS模塊發(fā)送AT指令和等待GPRS模塊的反饋信息，從而完成對GPRS模塊的設置和測試以及GPRS模塊的撥號操作。
首先通過(guò)AT指令接口函數測試GPRS模塊是否正常，進(jìn)行必要的初始化設置；接著(zhù)對接入的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)提供商進(jìn)行連接信息配置：然后進(jìn)行連接，若能收到對方返回的連接成功信號，MCU就發(fā)送一個(gè)鏈路控制協(xié)議(LCP)的請求幀，以進(jìn)入PPP協(xié)議協(xié)商階段，協(xié)商完成后，撥號就成功了。此后，數據的發(fā)送和接收都是PPP幀，GPRS工作模式進(jìn)入無(wú)線(xiàn)連接狀態(tài)，不再響應AT命令，直到斷開(kāi)連接為止。
3.網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議程序
網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議主要是基于GPRS通信PPP協(xié)議和精簡(jiǎn)TCP/IP協(xié)議應用程序。PPP用于在串行鏈路上封裝IP數據包，IP是Internet互連的基礎，兩者都是必須的。TCP是網(wǎng)絡(luò )數據運輸層協(xié)議，具有較高可靠性和成熟的流量控制。
PPP協(xié)議：PPP協(xié)商過(guò)程是系統接入Internet的關(guān)鍵，由于PPP協(xié)商屬于request-answer的方式，即用戶(hù)終端ISP發(fā)起請求(request)，ISP按照請求內容作回應(answer)。
TCP/IP協(xié)議棧：模塊TCP協(xié)議的所有操作都是基于Socket套接字來(lái)完成，當需要建立一個(gè)新的連接時(shí)，初始化一個(gè)新的Socket，連接成功則保存Socket，否則釋放Socket。請求、建立和關(guān)閉等過(guò)程的進(jìn)行由套接字Socket中的函數指針調用來(lái)實(shí)現。
五、總結
本文設計的基于STM32與GPRS的無(wú)線(xiàn)通信模塊、主要是通過(guò)MCU與GPRS模塊進(jìn)行通信。通過(guò)GPR模塊使嵌入式系統接人Internet，從而進(jìn)行網(wǎng)上數據交換。目前這種技術(shù)被廣泛的應用無(wú)線(xiàn)數據采集，遠程監控等領(lǐng)域，具有較高的實(shí)際應用價(jià)值。
【基于GPRS的無(wú)線(xiàn)通信模塊的原理及設計論文】相關(guān)文章：
工程機械GPRS無(wú)線(xiàn)通信的運用論文07-10
基于GPRS遠程電機監控系統的設計06-08
GPRS無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在測繪工程中的應用探究論文07-25
基于GPS&GPRS的遠程監控系統設計07-19
基于無(wú)線(xiàn)通信芯片Si4438抄表模塊的研究09-08
基于GPRS的城市供水遠程監控系統的設計與實(shí)現09-18