基于GPRS的無(wú)線數(shù)傳模塊的設(shè)計(jì)論文

1、1緒論1.1 引言GPRS是一種基于第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))的無(wú)線分組交換技術(shù)，特別適用于間斷、突發(fā)性或頻繁、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)有的中國(guó)移動(dòng)BSS(基站子系統(tǒng))提供全面的GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋 ， GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而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)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。將GPRS與嵌入系統(tǒng)、Internet網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，組建無(wú)線數(shù)字測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。它充分利用已有公共網(wǎng)絡(luò)資源，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及維護(hù)成本，而且GPRS按流量收費(fèi)，適合于智能終端的數(shù)據(jù)傳輸，降低了系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本，使系統(tǒng)在具有一定實(shí)時(shí)性前提下可

2、以保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。1.2 研究背景在過(guò)去的幾年中，GSM被證明是最成功的商用移動(dòng)系統(tǒng)，截至2010年3月，全球GSM用戶數(shù)已突破30億。隨著市場(chǎng)需求的增加和技術(shù)的成熟，移動(dòng)通信必然要朝著3G方向發(fā)展，以向人們提供高速豐富的數(shù)據(jù)多媒體業(yè)務(wù)，在GSM中增加了相應(yīng)部分，即GPRS系統(tǒng)，也就是通常所說(shuō)的2.5G系統(tǒng)。近年來(lái)，大量的無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)運(yùn)而生，像車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)房無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、智能家居等。這類業(yè)務(wù)往往是在一個(gè)主要的控制中心管理下，多個(gè)終端設(shè)備以無(wú)線方式與控制中心進(jìn)行信息交互，終端設(shè)備除了具有無(wú)線接入之外，還要求有比較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，比如數(shù)據(jù)采集、輸出處理、判斷警告等。隨著通信技術(shù)、

3、電子技術(shù)飛速進(jìn)步，智能化建設(shè)不斷發(fā)展，越來(lái)越多的設(shè)備都有了聯(lián)網(wǎng)的需求，并且有大量的數(shù)據(jù)需要即時(shí)傳輸，很多場(chǎng)合需要有線連接的方式已不能滿足人們的需要，而GPRS無(wú)線數(shù)傳模塊為無(wú)線接入產(chǎn)品提供了一個(gè)廣闊的平臺(tái)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上針對(duì)此類的應(yīng)用已推出了一些，但這些產(chǎn)品往往功能比較單一，比如資料的透?jìng)鲀H僅把終端作為一個(gè)無(wú)線通信設(shè)備來(lái)使用，而不考慮其他數(shù)據(jù)處理功能，將所有資料運(yùn)算功能全部放在上端的監(jiān)控處理系統(tǒng)里面進(jìn)行，這樣就造成了數(shù)據(jù)通信量的增加和上位機(jī)軟件的繁忙。真對(duì)這種低端產(chǎn)品的不足，我們希望能夠研究出一種更能更加豐富和強(qiáng)大的產(chǎn)品，比如對(duì)資料進(jìn)行計(jì)算提取最終值進(jìn)行傳送，對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷并具有超限報(bào)警功

4、能，形成一個(gè)無(wú)人看守的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，是終端系統(tǒng)具備通用性及可擴(kuò)展性。1.3 GPRS簡(jiǎn)介1.發(fā)展移動(dòng)通信通常分為三代，第一代是模擬的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，第二代是數(shù)字通信，包括GSM、CDMA等，第三代是分組型的移動(dòng)業(yè)務(wù)，成為3G。GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的英文簡(jiǎn)稱，是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，目前通過(guò)升級(jí)GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，GPRS與GSM的最根本區(qū)別是GSM為一種電路交換系統(tǒng)，而GPRS是一種分組交換系統(tǒng)。GPRS網(wǎng)絡(luò)提供了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)之間的接口，這樣子就可以把GPRS網(wǎng)絡(luò)看成是一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)，移動(dòng)終端就像GPRS子網(wǎng)中的一臺(tái)

5、主機(jī)，通過(guò)移動(dòng)IP來(lái)識(shí)別。2.GPRS基于以太網(wǎng)的無(wú)線通訊系統(tǒng)的架構(gòu)：基站子系統(tǒng) GPRS主干網(wǎng)移動(dòng)終端Internet圖1-1 無(wú)線通訊系統(tǒng)的架構(gòu)Fig. 1-1 Wireless communication system structureGPRS網(wǎng)絡(luò)是以GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的，為了實(shí)現(xiàn)GPRS需要在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)增加一些節(jié)點(diǎn)，其中兩個(gè)重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是：SGSN和GGSN。SGSN是服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（Serving GPRS Support Node），其功能為處理話務(wù)、路由尋址、手機(jī)移動(dòng)性管理、鑒權(quán)和加密、計(jì)費(fèi)和統(tǒng)計(jì)，對(duì)邏輯鏈路進(jìn)行建立、維護(hù)和釋放，對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行管理，完成分組

6、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，地址翻譯等功能；GGSN是網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（Gateway GPRS Support Node），其功能為GPRS話務(wù)處理、與外部IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口、安全策略、計(jì)費(fèi)和統(tǒng)計(jì)，它提供GPRS和公共分組數(shù)據(jù)網(wǎng)以X.25互聯(lián)。GGSN和SGSN一起完成GPRS的路由功能，以IP協(xié)議接入Internet。3.GPRS的優(yōu)點(diǎn):·資源利用率高，多個(gè)用戶可共享同一信道； ·傳輸速率快，可達(dá)171.2Kb/S；·接入時(shí)間短，少于1秒；·支持Internet上應(yīng)用最廣泛的X.25協(xié)議和IP協(xié)議；·永遠(yuǎn)在線。1.4 GPRS應(yīng)用由于通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)

7、行數(shù)據(jù)傳輸，具有成本低、組網(wǎng)迅速靈活、范圍廣、專業(yè)隊(duì)伍維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，GPRS當(dāng)前應(yīng)用廣泛的行業(yè)有無(wú)線電力抄表、管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、氣象采集、金融業(yè)務(wù)、電力、油田、工業(yè)控制、運(yùn)輸、證券、商業(yè)、公共安全業(yè)、交通信息實(shí)時(shí)發(fā)布等，它們都能備與數(shù)據(jù)服務(wù)器之間通訊， 應(yīng)用特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量小，發(fā)送時(shí)間間隔大，或不定時(shí)發(fā)送。本文由閏土服務(wù)機(jī)械外文文獻(xiàn)翻譯成品淘寶店整理2無(wú)線數(shù)傳模塊總體方案設(shè)計(jì)2.1 模塊功能介紹該無(wú)線數(shù)傳模塊具有以下功能：·溫度數(shù)據(jù)采集功能，采集范圍-200800；·4路模擬量輸入，4路開(kāi)關(guān)量輸入，4路開(kāi)關(guān)量輸出；·10位A/D轉(zhuǎn)換；·智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組建；·無(wú)

8、線數(shù)據(jù)接收和發(fā)送；·自我修復(fù)功能。 InternetGPRS網(wǎng)絡(luò)2.2 系統(tǒng)總體方案4路模擬量輸入 4路開(kāi)關(guān)量輸入客戶機(jī)GPRS模塊單片機(jī)4路開(kāi)關(guān)量輸出圖2-1 結(jié)構(gòu)框圖 Fig. 2-1 Structure frame diagram工作原理：無(wú)線數(shù)傳模塊采用微控制器和GPRS模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)所需工藝變量（溫度、濕度、流量、壓力、液位等）數(shù)據(jù)的測(cè)量與控制，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS發(fā)送到Internet上的數(shù)據(jù)衷心服務(wù)器上，利用Internet實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的通信，再通過(guò)相關(guān)軟件的配合，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的合理控制。因無(wú)線數(shù)傳模塊使用SIM卡，所以只要有手機(jī)信號(hào)和Inter

9、net的地方就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝變量的測(cè)量和控制。2.3 硬件原理框圖繼電器微控制器MCU串口電源模塊GPRS模塊 傳感器圖2-2下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig. 2-2 The lowercomputer hardware structure 下位機(jī)MCU可根據(jù)需求選擇，上位機(jī)硬件由一臺(tái)連接Internet的PC機(jī)構(gòu)成。2.4 軟件設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括下位機(jī)控制軟件和上位機(jī)遠(yuǎn)程檢測(cè)軟件。·下位機(jī)軟件完成微控制器以及GPRS模塊的初始化，網(wǎng)絡(luò)建立，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和傳送；·上位機(jī)檢測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、分析、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、監(jiān)測(cè)報(bào)警等功能。3無(wú)線數(shù)傳模塊硬件設(shè)計(jì)3.1 電

10、源模塊此電源模塊電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分構(gòu)成，提供直流±12 V、+5 V穩(wěn)定電壓，正5 V為單片機(jī)STC12C5A60S2和TC35I供電，經(jīng)過(guò)ADR02得到高精度基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源+5v為溫度采集電路供電，±12 V為運(yùn)算放大器OP07雙電源供電。如下圖所示：圖3-1 整流、濾波、穩(wěn)壓電路Fig. 3-1 Rectifier, filtering, voltage circuit圖3-2 LM358-UAFig. 3-2 LM358-UA 圖3-3 LM358-UBFig. 3-3 LM358-UB3.2 溫度采樣及調(diào)理電路圖3-4 溫度采集電路Fig.

11、 3-4 Temperature acquisition circuit溫度測(cè)控系統(tǒng)在工業(yè)農(nóng)業(yè)很多場(chǎng)合都需要用到。我們?cè)O(shè)計(jì)的這一系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，還能在一定程度上實(shí)現(xiàn)溫度的控制。其中溫度的測(cè)定值可以無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。而無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控這一方式特別適合于一些人不適宜或者難以到達(dá)的地方，減輕了對(duì)人的要求。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)STC12C5A60S2和GPRS模塊TC35I為核心，配合溫度采樣及信號(hào)調(diào)理電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路、開(kāi)關(guān)量輸出電路構(gòu)成遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)。該溫度測(cè)控系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)+單片機(jī)的上下位機(jī)結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)架構(gòu)。上位計(jì)算機(jī)作為遠(yuǎn)程溫度測(cè)控系統(tǒng)的控制中心，用于接收下位機(jī)通過(guò)GPRS

12、無(wú)線通信方式傳送的（測(cè)量溫度、設(shè)定溫度和轉(zhuǎn)速）數(shù)據(jù)，并對(duì)下位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程溫度的控制。同時(shí)，上位機(jī)還可以通過(guò)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器與客戶機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)只要有Internet的地方，都能對(duì)我們的溫度測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行溫度的測(cè)控。下位機(jī)則由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)來(lái)完成現(xiàn)場(chǎng)溫度的采樣和處理，在本地顯示或送遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，并通過(guò)一定的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的控制。溫度的測(cè)量采用熱敏電阻PT100來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)熱敏電阻的特性可知其電阻值隨溫度線性變化。通過(guò)外接電阻網(wǎng)絡(luò)，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。概括地說(shuō)，該系統(tǒng)是根據(jù)遠(yuǎn)程工藝量的要求設(shè)計(jì)出的一種基于GPRS通信技術(shù)的無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)下位機(jī)以單片機(jī)為核心控制部件，可采用多種變送器對(duì)

13、所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、處理，然后通過(guò)GPRS模塊將數(shù)據(jù)經(jīng)Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、監(jiān)測(cè)報(bào)警等功能。該電路輸出的05V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)流入單片機(jī)的P1.1口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此外，該電路還有一下幾點(diǎn)說(shuō)明：電路設(shè)計(jì)：該溫度采集電路用由電阻/電壓轉(zhuǎn)換橋路和電壓放大電路組成，采用5V高精度基準(zhǔn)電源；PT100作為感溫元件，采用熱電阻三線制接法，以減小或消除引線電阻隨環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)量的影響；還有考慮流過(guò)熱電阻的電流限制在1mA一下，防止電流熱效應(yīng)帶來(lái)的附加誤差。R10、R11、R12應(yīng)該選用電阻溫度系數(shù)很小的金屬膜電阻，由于各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的電阻具有一定的

14、分散性，在電路設(shè)計(jì)中要設(shè)置調(diào)整元件，例如將用一個(gè)滑動(dòng)變阻器與R10相串聯(lián)，在輸入0對(duì)應(yīng)的電阻時(shí)調(diào)整電位器使得橋路輸出0.00 V。信號(hào)流程：感溫元件的感溫信號(hào)后經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后獲得與0-800 相對(duì)應(yīng)的05 V的電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)STC12C5A60S2進(jìn)行分析、處理，測(cè)得的溫度經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心和上位機(jī)顯示。如果測(cè)得的溫度與設(shè)定溫度之間的差值達(dá)到一定值時(shí)，可以經(jīng)開(kāi)光量輸出電路控制電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇降溫。電路分析：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸入信號(hào)調(diào)理電路在輸入0 時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻（PT100為100 ）時(shí)輸出應(yīng)為0.00V的電壓，輸入800 時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻（PT100為375.5

15、）時(shí)輸出5.00V的電壓。設(shè)橋路輸出電壓為U01， 則：（3-1） 取R10=R12=5.1K，R11=R0=100，Rt=R0+Rt ；當(dāng)所測(cè)溫度為0 時(shí)，Rt=0，Rt=100.00 ，所以U01=0 V；當(dāng)所測(cè)溫度為800 時(shí)，Rt=375.50 ，帶入計(jì)算： 0.25V 設(shè)電壓放大電路輸出電壓為UO，根據(jù)“虛短、虛斷”分析：（3-2） 根據(jù)以上計(jì)算，當(dāng)所測(cè)溫度為0 時(shí)，U01=0 V，UO=0 V；當(dāng)所測(cè)溫度為800 時(shí)，U01=0 .25 V，要求UO=5 V，所以需要放大20倍，故取R13=R14=10 k，R15=R16+RW2=200 k ：（3-3） 3.3 開(kāi)關(guān)量輸入及輸出

16、電路1. 開(kāi)關(guān)量輸入電路開(kāi)關(guān)量，就是一對(duì)觸點(diǎn)，這一對(duì)觸點(diǎn)之間有2個(gè)狀態(tài)，要么是連通的，要么是閉合狀態(tài)，這對(duì)觸點(diǎn)傳達(dá)的信息就是一個(gè)開(kāi)關(guān)量。開(kāi)關(guān)量輸入現(xiàn)場(chǎng)的以開(kāi)關(guān)量為輸出形式的檢測(cè)元件（如操作控制按鈕）的連接通道，它把反映生產(chǎn)過(guò)程的有關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU單元所能接收的數(shù)字信號(hào)，本模塊設(shè)計(jì)為8路開(kāi)關(guān)量輸入到單片機(jī)的P0.0P0.7口。為了防止各種干擾和高電壓竄入CPU內(nèi)部而影響CPU工作的可靠性，必須采取電氣隔離與抗干擾措施。本電路采用光電耦合電路：圖3-5 開(kāi)關(guān)量輸入電路Fig. 3-5 Switch input circuit2.開(kāi)關(guān)量輸出電路本電路用來(lái)控制繼電器的動(dòng)作，從而控制降溫裝置（如風(fēng)扇、

17、冷水）的啟動(dòng)，控制信號(hào)從P2.0輸出。此外，本電路共有8路開(kāi)關(guān)量輸出功能，分別從P2.0P2.7口輸出，另外7路開(kāi)關(guān)量輸出口來(lái)控制其他繼電器動(dòng)作。同樣采用光電耦合電路提高抗干擾能力：圖3-6 開(kāi)關(guān)量輸出電路Fig. 3-6 Switch output circuit3.4 微控制器3.4.1 STC12C5A60S2系列芯片簡(jiǎn)介STC12C5A60S2是由宏晶科技生產(chǎn)的一款超強(qiáng)抗干擾、高速、高性能、高可靠的單片機(jī)。其主要功能特性如下：·高速：1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051內(nèi)核，比普通8051快812倍；·寬電壓：3.35.5V；·外部掉電檢測(cè)電路（P4.6），

18、可在掉電時(shí)及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM，正常工作時(shí)無(wú)需操作RRPROM；·低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）；·工作頻率：035MHz；·時(shí)鐘：外部高精度晶體時(shí)鐘；·60K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上；·1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；·芯片內(nèi)EEPROM功能，擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上；·8通道，10位高速ADC，速度可達(dá)25萬(wàn)次/秒，2路PWM還可當(dāng)作2路D/A使用；·4個(gè)16位定時(shí)器，兼容普通8051的定時(shí)器T0/T1；·可編程時(shí)鐘輸出功能，P3.4/T0輸出,P3

19、.5/T1輸出；·硬件看門(mén)狗（WDT）；·通用全雙工異步串行口（UART），兼容普通8051串口；·雙串口：RXD/P1.2，TXD/P1.3；·指令：兼容8051指令集；·通用I/O口，36個(gè)；·外部中斷I/O口7路，傳統(tǒng)下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷；·工作溫度：-40+85；·封裝：PDIP40；3.4.2 STC12C5A60S2引腳配置圖3-7 芯片STC12C5A60S2Fig. 3-7 Chip STC12C5A60S2引腳說(shuō)明：·40腳接5V電源，20腳接地，P4.7，復(fù)位腳；·18

20、、19腳接外部12MHz晶振；·P1.0P1.7，DAC轉(zhuǎn)換通道，取P1.0口作為基準(zhǔn)參考電壓輸入，以此計(jì)算其他幾路A/D轉(zhuǎn)換通道的電壓，P1.1口作為溫度變送電路輸出電壓入口，其他口可作為其他模擬量輸入口；·P3.0串行數(shù)據(jù)接收口，P3.1串行數(shù)據(jù)發(fā)送口，可用作燒寫(xiě)程序接口和與TC35I通信接口；·P0.0P0.7，可作8路開(kāi)關(guān)量輸入口；·P4.5為GPRS模塊TC35I啟動(dòng)信號(hào)；·P2.0P2.7，8路開(kāi)關(guān)量輸出接口，其中P2.0作為降溫裝置風(fēng)扇控制口，其他口可作為其他信號(hào)控制口。3.5 GPRS模塊3.5.1 TC35I簡(jiǎn)介1. TC35

21、I是德國(guó)SIEMENS（西門(mén)子）公司的一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊。在GSM網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天，TC35I秉承了西門(mén)子一貫的優(yōu)秀品質(zhì)，易于集成，在遠(yuǎn)程監(jiān)控和無(wú)線公話以及無(wú)線POS終端等領(lǐng)域您都能看到TC35I無(wú)線模塊在發(fā)揮作用，這些產(chǎn)品可以很容易向GPRS領(lǐng)域過(guò)度，并能保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能。TC35I性能指標(biāo)如下：·信息傳送內(nèi)容：語(yǔ)音和數(shù)據(jù)； ·電源：?jiǎn)坞娫?.3V 5.5V；·頻段：雙頻，GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+)； ·發(fā)射功率：2W（900MHz），1W（1800MHz）； ·SI

22、M卡連接方式：外接；·溫度范圍：工作溫度-20°C to +55°C，儲(chǔ)存溫度-30°C+85°C； ·工作電流損耗：通話模式300mA (典型值.)，空閑模式3.0mA (最大值)；·語(yǔ)音解碼標(biāo)準(zhǔn)：三種速率，半速 (ETS 06.20)，全速(ETS 06.10)，增強(qiáng)型全速速 (ETS 06.50/06.60/06.80)； ·短信息：Text和PDU模式； ·外型尺寸：54.5 x 36 x 3.6mm； ·音頻接口：模擬信號(hào)（麥克風(fēng)，耳麥； ·通訊接口：RS232（指令和數(shù)據(jù)的

23、雙向傳送）； ·SIM卡操作電壓：3V/1.8V； ·電話薄功能：存儲(chǔ)于SIM卡中； ·模塊復(fù)位：采用AT指令或掉電復(fù)位； ·串口通訊波特率：300bps115kbps； ·自動(dòng)波特率范圍：4.8kbps115kbps； ·軟件下載功能：通過(guò)RS232或SIM接口； ·實(shí)時(shí)時(shí)鐘：可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘頻率32.768KHz； ·定器功能：可用AT命令編程；3.5.2 GPRS模塊電路原理圖圖3-8 ZIF-40 接口Fig. 3-8 ZIF-40 Interface圖3-9 SIM 卡Fig. 3-9 SIM card3.5.

24、3 TC35I使用說(shuō)明1. 引腳說(shuō)明TC35I模塊有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。這40 個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。 TC35I的第15引腳是正電源輸入腳，第610引腳是電源地。11、12 為充電引腳，可以外接鋰電池，13 為對(duì)外輸出電壓(供外電路使用)，14 為ACCU-TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護(hù)控制。 TC35I使用外接式SIM卡， 2429為SIM卡引腳，分別為CCIN、CCR

25、ST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。ZIF連接器上有6個(gè)引腳做為SIM卡的接口，SIM卡上也有6個(gè)引腳分別與它相對(duì)應(yīng)， SIM卡同TC35i是這樣連接的：SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過(guò)SIM卡閱讀器與TC35i的同名端直接相連，ZIF連接座的CCIN引腳用來(lái)檢測(cè)SIM卡是否插好，如果連接正確，則CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平。 3340為語(yǔ)音接口，可以直接接駐極體話筒和揚(yáng)聲器用來(lái)采集聲音或者放音。 15、30、31、32腳為控制腳，其中15腳是啟動(dòng)腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài),必須給IGT加一個(gè)大

26、于100ms的低脈沖,電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過(guò)1ms。30為RTC backup，31為Power Down，32 為SYNC。 1623為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0 和DCD0。TC35I模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300bps115kbps之間可選，硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。 TC35

27、I的SYNC引腳有兩種工作模式，一種是指示發(fā)射狀態(tài)時(shí)的功率增長(zhǎng)情況，另一種是指示TC35I的工作狀態(tài)，可用AT命令A(yù)T+SYNC進(jìn)行切換，本模塊使用的是后一種。當(dāng)LED熄滅時(shí),表明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當(dāng)LED為600 ms亮/600ms熄時(shí)，表明SIM卡沒(méi)有插入或TC35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄；當(dāng)LED為75 ms亮/3 s熄時(shí)，表明TC35I已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，處于待機(jī)狀態(tài)。 2.具體說(shuō)明：·關(guān)于VDD端TC35正常工作時(shí)，VDD引腳輸出信號(hào)的幅度（大約在開(kāi)機(jī)后60ms產(chǎn)生）：2.9V/70mA，可作為外部應(yīng)用。 ·關(guān)于VBATT+

28、端TC35的工作電壓輸入端VBATT+，電壓幅度為 3.3V-5.5V，Vtyp = 4.2V，最大電流Imax 2 A 。必須注意的是，最低工作電壓不能低于3.3V，否則電壓將會(huì)跌落，從而導(dǎo)致TC35停止工作。由于VBATT+引腳的峰值電流為 2A ，一個(gè)GSM發(fā)射脈沖可能引起相當(dāng)大的電壓跌落，此外由于外部電源的扁平柔性連線的內(nèi)在固有阻抗也可能損失一部分。因此，在任何時(shí)候必須保證VBATT+的電壓不能低于 3.3V，而且電壓跌落差值不能超過(guò)400 mV，另外，為了保證TC35在發(fā)射脈沖區(qū)間的電壓跌落值處于最低值，采用盡可能短的連接模塊和ZIF座的扁平柔性FFC電纜，長(zhǎng)度不得超過(guò)200mm，和

29、低輸出阻抗（low-impedance）的電源。 ·關(guān)于POWER端TC35的充電電壓正端POWER，如果通過(guò)外部的電源（如充電器）供電，應(yīng)保證Imax = 500 mA，Vin=5.5-8V。 ·關(guān)于/IGT(Ignition)端 TC35的觸發(fā)點(diǎn)火信號(hào)端/IGT，用OC門(mén)或者一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)拉低該端電平來(lái)開(kāi)啟模塊，低電平有效。對(duì)于點(diǎn)火信號(hào)IGT的處理，需要首先拉低該腳電平到地，并至少維持100ms。 注意，如果通過(guò)充電器回路（接到POWER引腳）供電，或者通過(guò)電池供電（接到VBATT+引腳），那么IGT信號(hào)必須維持至少1秒。·關(guān)于PD（Power down）TC

30、35的關(guān)閉電源端/PD，關(guān)機(jī)信號(hào)脈沖，信號(hào)波形為|_| ，拉低到低電平，至少維持3.5秒方為有效，可用OC門(mén)或者一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)關(guān)機(jī)信號(hào)端可以關(guān)閉TC35。而在IGT引腳施加一個(gè)低電平脈沖信號(hào)可以重新開(kāi)啟模塊及系統(tǒng)。另外，關(guān)機(jī)信號(hào)端/PD也可用來(lái)實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗信號(hào)輸出。3.TC35的開(kāi)機(jī)操作時(shí)序 當(dāng)開(kāi)始應(yīng)用時(shí)，TC35的加電過(guò)程必須按照以下步驟進(jìn)行： 直到VBATT+腳的電平超過(guò)3.0V時(shí)方可對(duì)IGT信號(hào)電平變換。 VBATT+腳的電平上升達(dá)到3.0V后維持10毫秒，方可拉低IGT線的信號(hào)電平。IGT線的電平跌落時(shí)間（下降時(shí)間）必須不超過(guò)1ms。 另外，該IGT線的低電平信號(hào)必須維持最少1

31、00ms。 在IGT線信號(hào)轉(zhuǎn)換區(qū)間必須保證 VBATT+ 的電壓不能低于3.0V，否則模塊不能被激活。3.6 電路連接3.6.1 電平轉(zhuǎn)換在數(shù)字電路系統(tǒng)中，一般情況下，不同種類器件接口，如TTL，RS232-C等，它們之間不能直接相連，不然就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)無(wú)效的情況，就算是同一種類器件由于電源電壓的不同也不能直接相連，不然長(zhǎng)期使用會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，這就涉及到電平轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。TL電平和RS232協(xié)議都對(duì)邏輯電平進(jìn)行了定義，但它們各自的定義有所不同：TTL電平信號(hào)被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯“1”，0V等價(jià)于邏輯“0”，這被稱做TTL（Transistor Trans

32、istor Logic 晶體管-晶體管邏輯電平）信號(hào)系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)；TTL電平信號(hào)對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號(hào)直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路；再者，計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個(gè)要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于超過(guò)10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚?duì)稱的問(wèn)

33、題，這些問(wèn)題對(duì)可靠性均有影響。 RS-232-C個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“Recommend Standard推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě)，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。通常 RS-232 接口以9個(gè)引腳 (DB-9) 或是25個(gè)引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。RS-232-C 對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。在TxD和RxD上邏輯1(MARK)=-3V-15V，邏輯0(SPACE)=+3+15V。在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控

34、制線上，信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3V+15V，信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V-15V。以上規(guī)定說(shuō)明了RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)，邏輯“1”的電平低于-3V，邏輯“0”的電平高于+3V；對(duì)于控制信號(hào)，接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平高于+3V，斷開(kāi)狀態(tài)（OFF）即信號(hào)無(wú)效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于-3+3V之間的電壓無(wú)意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無(wú)意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在±（315）V之間。 3.6.2 軟硬件調(diào)試電路首先單片與PC機(jī)相連，下載相應(yīng)調(diào)試程序進(jìn)

35、入單片機(jī)，驗(yàn)證模塊串口通信是否正常。單片機(jī)與PC機(jī)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232連接。然后單片機(jī)與TC35I連接，由于微控制器和GPRS模塊串口電平同為T(mén)TL電平，故他們可以直接相連，三根線接法為：MCU_RXD-TC35I_TXD，MCU_TXD-TC35I_RXD，MCU_GND-TC35I_GND。測(cè)試步驟：1.先把SIM卡插進(jìn)TC35I模塊插槽中，給模塊通電，電源指示燈亮，信號(hào)指示燈一亮一滅，亮與滅的時(shí)間相同，這時(shí)模塊正在搜索信號(hào)，等到信號(hào)指示燈閃一下，大約滅2-3秒，這時(shí)候說(shuō)明我們的GPRS模塊已經(jīng)注冊(cè)上信號(hào)，說(shuō)明TC35I工作正常。2.下載線連接上單片機(jī)，然后上電，電源指示燈亮，工作

36、正常下載程序后與GPRS模塊相連，給單片機(jī)復(fù)位一次后，刷新串口即可進(jìn)行調(diào)試工作，調(diào)試工作包括撥發(fā)數(shù)據(jù)。 GPRS模塊經(jīng)過(guò)測(cè)試功能正常后就可以與微控制器連接執(zhí)行命令了。主要的AT指令如下：表3-1 主要AT指令Tab. 3-1 The main AT instructions指令功能回答 AT回車 AT+CREG AT+COPS? AT+CIPCSGP AT+CIFSRAT+CIPSTART="TCP" AT+CIPSEND 握手 網(wǎng)絡(luò)注冊(cè) 服務(wù)商選擇 設(shè)置數(shù)據(jù)模式 獲取本地IP 建立連接 發(fā)送數(shù)據(jù) OK +CREG: 0,1 +COPS: 0,0,"China M

37、obile" 1；設(shè)置成GPRS模式 OK >；數(shù)據(jù)內(nèi)容4無(wú)線數(shù)傳模塊軟件設(shè)計(jì)4.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)4.1.1 模塊協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 傳輸層TCPIP網(wǎng)絡(luò)層GPRS物理層圖4-1 模塊協(xié)議體系結(jié)構(gòu)Fig. 4-1 Module agreement system structure說(shuō)明：·物理層：在對(duì)GPRS模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后，微控制器利用AT（Attention）指令通過(guò)GPRS模塊撥號(hào)，AT指令格式表示從串口發(fā)送的所有數(shù)據(jù)都發(fā)送給GPRS模塊，正確反饋應(yīng)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)了。·數(shù)據(jù)鏈路層：PPP（Poin

38、t to Point Protocol，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）幀格式表示從串口發(fā)送的所有數(shù)據(jù)都透明地發(fā)送到了GGSN。PPP協(xié)議將原始的GPRS物理層連接改造成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，然后模塊將遠(yuǎn)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(Internet Protocol，因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議)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(xiàn)模塊與連在Internet的終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。·傳輸層：選擇TCP(Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議)作為傳輸層協(xié)議，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的面向連接服務(wù)。4.1.2 主控流圖1.總體主控

39、程序流圖如下圖所示：開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 服務(wù)器連接成功？ N Y數(shù)據(jù)接收上位機(jī)顯示以TCP/IP發(fā)送串口數(shù) 據(jù)？TCP/IP數(shù)據(jù)？ N N Y Y Y發(fā)送到串口模擬量（溫度）輸入、開(kāi)關(guān)量輸入或輸出圖4-2 主控程序流圖Fig. 4-2 Main procedure flow chart說(shuō)明：說(shuō)面微控制器主控程序主要向GPRS模塊發(fā)送AT指令和等待GPRS模塊的反饋信息，完成對(duì)GPRS模塊的設(shè)置和測(cè)試，以及對(duì)GPRS模塊的撥號(hào)操作。首先，通過(guò)AT指令接口函數(shù)測(cè)試GPRS模塊是否正常，進(jìn)行必要的初始化設(shè)置；接著對(duì)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(duì)方返回的連接成功信號(hào)，MC

40、U就發(fā)送一個(gè)LCP（Link Control Protocol，鏈路控制協(xié)議）的請(qǐng)求幀，以進(jìn)入PPP協(xié)議協(xié)商階段，協(xié)商完成后，撥號(hào)就成功了。此后，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是PPP幀，GPRS工作模式進(jìn)入無(wú)線連接狀態(tài)，不再響應(yīng)AT指令，直到斷開(kāi)連接為止。2. 溫度采集及處理流圖如下：溫度采集是否有溫度采集命令？設(shè)置溫度范圍初始化開(kāi)始 N Y發(fā)送溫度值 圖4-3 溫度采集及處理流圖Fig. 4-3 Temperature collection and processing flow chart3.GPRS模塊主控流圖如下：開(kāi)始初始化數(shù)據(jù)接收和發(fā)送連接成功？進(jìn)行TCP連接PPP協(xié)商成功？PPP協(xié)商撥號(hào)成功

41、？發(fā)送AT指令撥號(hào)配置連接信息 N Y N Y N Y圖4-4 GPRS模塊主控流圖Fig. 4-4 GPRS module control flow graph說(shuō)明：網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議主要是基于GPRS通信的PPP協(xié)議和精簡(jiǎn)的TCP/IP協(xié)議應(yīng)用程序。PPP用于在串行鏈路上的封裝IP數(shù)據(jù)包，IP是Internet互聯(lián)的基礎(chǔ)，兩者都是必需的。TCP是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)運(yùn)輸層協(xié)議，具有較高的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(tǒng)接入Internet的關(guān)鍵，由于PPP的協(xié)商屬于request-answer的方式，即用戶終端向ISP發(fā)起請(qǐng)求（request），ISP按照請(qǐng)求內(nèi)容作回應(yīng)（answer）。模塊的PPP協(xié)議內(nèi)容如下：·LCP協(xié)議內(nèi)容：即鏈路控制協(xié)議，PPP協(xié)議的一個(gè)子集，在PPP通信中，發(fā)送端和接收端通過(guò)發(fā)送LCP包來(lái)確定那些在數(shù)據(jù)傳輸中的必要信息。LCP檢查鏈接設(shè)備的標(biāo)識(shí)，決定是接受還是拒絕；確定傳輸中可接收的包字節(jié)數(shù)；核對(duì)雙方配置是否匹配，如果不匹配則斷開(kāi)鏈接。只有在LCP包鏈接是可用的情況下，數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。 LCP負(fù)責(zé)設(shè)備之間鏈路的創(chuàng)建，維護(hù)和終止。·PAP協(xié)議內(nèi)容：密碼認(rèn)證協(xié)議（Password Authentication Protocol，是 PPP 協(xié)議集中的一種鏈路控制協(xié)議，主要是通過(guò)使用 2 次握手提供一