摘 要：隨著數(shù)字技術的發(fā)展，無線通信技術迅速發(fā)展起來。GPRS（General Packet Radio Service ）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，它是第2.5代移動通信系統(tǒng)，是在GSM的基礎上發(fā)展起來的一種新技術。GPRS采用分組交換技術，其核心網(wǎng)絡層采用IP技術，底層可使用多種傳輸技術，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的連接。GPRS的應用范圍很廣，可以用于開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)、移動性管理以及無線監(jiān)控等方面。本文主要針對GPRS在無線監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸方面的應用，提出了一種基于新興的GPRS技術在嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方案。方案利用GPRS的Internet接入功能，在Internet上設置一個中心服務器，負責與GPRS終端設備的通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。 關鍵詞：GPRS；無線監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集；嵌入式系統(tǒng) 　　遠程監(jiān)控技術的出現(xiàn)，是計算機網(wǎng)絡技術與故障監(jiān)控技術相結合的必然結果。早期遠程監(jiān)控技術是非實時非在線監(jiān)控方式，而現(xiàn)代遠程監(jiān)控技術是實時在線監(jiān)控方式，借助于計算機、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術，操作者可以依靠安裝在現(xiàn)場的各種傳感器及音視頻設備，便可隨時了解現(xiàn)場的情況，對現(xiàn)場進行監(jiān)控、診斷與控制。遠程監(jiān)控技術的模式是與通信技術的發(fā)展密不可分的，伴隨著通信技術的發(fā)展，出現(xiàn)了三種遠程監(jiān)控模式：（1）人工遠程監(jiān)控。這種方式無法實現(xiàn)實時在線監(jiān)控，存在很多弊端，這是比較原始的方式。（2）有線網(wǎng)絡遠程監(jiān)控。這是現(xiàn)代一種遠程監(jiān)控模式，它將現(xiàn)場各個采樣點通過通信線連成網(wǎng)，但這種方式在網(wǎng)絡鋪設上投資巨大，而且受距離限制，各數(shù)據(jù)點之間的距離越遠鋪網(wǎng)的投資就要上升，主要是由于需要增設路由器。（3）無線網(wǎng)絡遠程監(jiān)控。這類監(jiān)控的通信方式是依托遍布全球的GSM網(wǎng)，它的最大特點是打破了距離的限制，從而可以實現(xiàn)全國乃至全球漫游監(jiān)控。這類監(jiān)控主要是利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務通過Internet進行通信。利用GPRS進行遠程監(jiān)控，通信速度快，建設和運行成本低，因而具有廣闊的前景。 1、GPRS簡介 　　GPRS（General Packet Radio Service ）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，它是第2.5代移動通信系統(tǒng)，是在GSM的基礎上發(fā)展起來的一種技術。GPRS采用分組交換技術，其核心網(wǎng)絡層采用IP技術，底層可使用多種傳輸技術，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的連接。GPRS是GSM Phase 2+ 引入的非常重要的內容之一，利用GPRS進行數(shù)據(jù)傳輸具有：“永遠在線”、“按流量計費”、“快捷登陸”、“自如切換”等優(yōu)點。圖1是GPRS系統(tǒng)原理圖。 [align=center] 圖1 GPRS系統(tǒng)原理圖[/align] 　　（其中：SGSN：GPRS業(yè)務支持節(jié)點;PCU：分組控制單元;GGSN：GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點;PDN：分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。） 　　GPRS采用與GSM相同的頻段、相同的頻帶寬度、相同的突發(fā)結構、相同的無線調制標準、相同的跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結構。因此，在GSM基礎上構建GPRS系統(tǒng)時GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要做硬件改動，只需作軟件升級。構建GPRS系統(tǒng)的方法是：（1）在GSM系統(tǒng)中引入三個主要組件，這三個主要組件是SGSN、GGSN和PCU，SGSN、GGSN又合稱GSN（GPRS支持節(jié)點）。（2）對GSM系統(tǒng)中的相關部件進行升級。 2、嵌入式系統(tǒng)概述 　　嵌入式系統(tǒng)被定義為以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件相結合，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，目前已經(jīng)有大量的8，16，32位嵌入式微控制器在應用中，成為提高生產效率和產品質量、減少人力資源的主要途徑，如制藥工業(yè)過程控制、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)等。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和應用的多樣性，對嵌入式軟件的要求也發(fā)生了相應的變化，主要有以下幾點：1）操作系統(tǒng)的支持;2）多任務且具有實時性;3）強大的聯(lián)網(wǎng)功能;4）窗口交互功能。 　　隨著計算機技術的不斷擴大，許多新型應用的不斷涌現(xiàn)，汽車、電視、電話及游戲機的芯片都需要操作系統(tǒng)和應用程序，這為嵌入式系統(tǒng)提供了更廣闊的發(fā)展舞臺。嵌入式系統(tǒng)在辦公設備，建筑物設計，制造和流程設計，醫(yī)療，監(jiān)視，衛(wèi)生設備，交通運輸，通信，金融銀行等系統(tǒng)中也有著廣泛的應用。 3、基于GPRS嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得過硬件總體設計方案 　　系統(tǒng)由微控制器W77E58，GPRS模塊電路，電源模塊，時鐘電路和RS232電平轉化電路組成。系統(tǒng)硬件結構如圖2所示。微控制器通過串口0擴展232標準串口與采集設備、PC機或含有232接口的傳感器模塊進行通訊。串口1直接與GPRS模塊相連，完成對Q2406B的初始化以及與GPRS網(wǎng)絡的協(xié)商。 [align=center] 圖2 系統(tǒng)硬件結構[/align] 　　SIM300C是英國SIMCOM公司生產的一款具備GSM/GPRS 900/1800/1900MHz功能的芯片。它以小尺寸和低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，內嵌TCP/IP協(xié)議。用戶可通過AT指令對模塊進行操作，依次完成檢測GPRS信號強度，注冊GPRS網(wǎng)絡，建立數(shù)據(jù)傳輸透明通道等。它廣泛應用在無線公話、商話、GSM汽車防盜、電力抄表、水務、油田、POS機、航運等行業(yè)中。 　　W77E58是增強型MCS-51系列單片機，它與標準的MCS-51系列單片機的指令和基本功能均兼容，并且擴充了很多新的功能。它的工作時鐘頻率最大可達40MHz，片內有32KB可多次擦除的ROM和1KB RAM，不用擴展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，整個芯片采用靜態(tài)CMOS設計。 　　時鐘電路：W77E58的時鐘可采用無源晶振，W77E58提供了二個時鐘管腳XTAL1和XTAL2，XTAL1又稱CLKIN，是一個輸入管腳，而XTAL2是一個輸出管腳。我們可以使用4腳臥式晶振，此時XTAL2腳懸空，晶振輸出送入XTAL1腳，如圖3所示： [align=center] 圖3 W77E58時鐘電路原理圖[/align] 　　電源模塊：由于W77E58要求用3.3V供電，我們采用了TI公司TPS7XXX系列電源轉換芯片中的TPS7333，將電路板外接的+5V轉換成+3.3V。同時，TPS7333提供系統(tǒng)復位信號，實現(xiàn)電壓監(jiān)控。TPS7333內部帶有一個比較器監(jiān)視輸出電平，對外實現(xiàn)RESET輸出信號，該信號在輸出電壓出現(xiàn)欠電壓時輸出低電平，當欠電壓狀態(tài)結束后，RESET信號經(jīng)過一個約200ms 的延時后變?yōu)楦唠娖?。電源電路如圖4所示： [align=center] 圖4 W77E58電源電路[/align] 　　為了方便手工復位，在電路中使用了復位開頭SW1。當SW1接通后，輸出電壓將出現(xiàn)欠電壓狀態(tài)，TPS7333監(jiān)視到這上變化后將在RESET端輸出一個寬度大于200ms 的低電平，迫使W77E58復位。 　　RS232轉換電路：由于從W77E58產生的串口信號電平為非TTL的，所以與標準的RS232串口連接前還就應作電平轉換，典型的轉換芯片有MAX232等。我們采用如圖5所示的轉換電路： [align=center] 圖5 RS232轉換電路[/align] 　　通過以上接口電路，將W77E58的串行口轉換成為標準RS232口，然后與PC機的COM1口通過DB9的插頭進行互連。 4、系統(tǒng)軟件流程 　　系統(tǒng)軟件流程如圖6所示。 [align=center] 圖6 系統(tǒng)軟件流程圖[/align] 　　上電啟動后，首先初始化各項參數(shù)，然后開始檢測串口0是否收到數(shù)據(jù)，如果收到數(shù)據(jù)再檢測是否是預先所定義好的采集信息的數(shù)據(jù)格式，如果是，開始通過串口1啟動GPRS連接，建立透明通道之后，把從串口0收到的數(shù)據(jù)通過串口1發(fā)送到GPRS模塊，然后通過GPRS網(wǎng)絡傳送到所預定的目的IP地址上去。如果持續(xù)不斷從串口0接收采集信息數(shù)據(jù)，那么就不斷執(zhí)行轉發(fā)程序，發(fā)送數(shù)據(jù)到GPRS網(wǎng)絡，如果超過3分鐘串口0還是沒有數(shù)據(jù)，就執(zhí)行斷開程序，斷開GPRS連接，讓系統(tǒng)進入節(jié)電模式以降低能耗。GPRS進行數(shù)據(jù)傳送是軟件設計的關鍵，GPRS通過以下過程完成數(shù)據(jù)傳輸設置：1、通過AT +CGATT命令與GPRS網(wǎng)絡附著。2、通過AT #GPRSMODE 命令讓模塊切換到GPRS模式。3、設置網(wǎng)絡的接入點名稱為CMNET。4、分別輸入APN的用戶名和密碼。5、通過AT #CONNECTIONSTART開始連接。6、設置TCP連接的服務器地址和端口號。7、打開TCP連接。 5、結 論 　　本系統(tǒng)的硬件設計本著低成本、低功耗、小體積和實時性的設計思想，采用了微控制器W77E58，實現(xiàn)了USB通信、GPRS通信等一些嵌入式應用技術，使系統(tǒng)的整體性能上有了很大的提高。同時，GPRS模塊采用了SIM300C，它以小尺寸和低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，內嵌TCP/IP協(xié)議的芯片。軟件按照分模塊設計，使軟件系統(tǒng)在實際運行中更加高效、可靠。該系統(tǒng)的功能比較完善，適用性更強，可以廣泛應用于水利、監(jiān)控、POS、銀行等場合。經(jīng)實際應用證明，該系統(tǒng)運行良好，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 　　本文作者的創(chuàng)新點：本系統(tǒng)比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積更小、功耗更低、成本更低。系統(tǒng)采用了英國SIMCOM公司新出的一款GPRS模塊SIM300C芯片，使得整個系統(tǒng)更加高效、可靠性和實時性強。該系統(tǒng)的功能比較完善，適用性更強。經(jīng)實際應用證明，該系統(tǒng)運行良好，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 參考文獻： 　　[1] 韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡優(yōu)化[M].北京機械工業(yè)出版社,2003. 　　[2] 胥靜. 嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)實例詳解[M].北京: 北京航空航天大學出版社, 2005 　　[3] Low Cost. 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