1基于GPRS無線數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設計

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1、基于GPRS無線數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設計 摘要 摘要：GPRS（通用分組無線電業(yè)務）是使用包交換的概念發(fā)展來的一種無線信號的傳輸方式。GPRS信號不但擁有信號覆蓋范圍較廣、信號傳輸數(shù)據(jù)速度較快、數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量較高、能夠?qū)崿F(xiàn)實時在線以及費用按流量計算的優(yōu)點，且每個GPRS就是一個分組性的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，同時GPRS能夠支持TCP/IP協(xié)議，因此其可以直接與Internet連通。因此，GPRS在便攜型環(huán)境檢測設備、交通道路監(jiān)控設備、移動辦公以及無線上網(wǎng)等方面都有較為廣泛的應。 本文使用的是華為公司生產(chǎn)的一款雙頻段EGSM900/GSM1800的通信模塊GTM900-C，其中嵌入了TCP/IP協(xié)議，

2、并且通過8位單片機AT89C51單片機實現(xiàn)對GTM900-C的控制，進而實現(xiàn)GPRS業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸。此系統(tǒng)的外圍電路較少，設計簡單，成本較低。 關鍵詞：數(shù)據(jù)傳輸與接收 單片機 GPRS通信系統(tǒng) Abstract Abstract：GPRS (general packet radio service) is to use the concept of packet switching the development of a wireless transmission. GPRS nets not only has to cover range, data transmiss

3、ion speed, high quality, and always online communication according to flow billing, and a bit, and its itself is a group 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

4、 monitoring, mobile office, and other industries. GPRS is used in portable environmental testing equipment, traffic monitoring equipment, mobile office and wireless Internet access, and other aspects.What is used in this paper is a communication module the Huawei produced GTM900-C dual-band EGSM900

5、/GSM1800 which embedded TCP / IP protocol.GTM900-C are controlled by the 8-bit microcontroller AT89C51 microcontroller, thus achieving GPRS services data transmission. This system is less peripheral circuits, simple design and low cost. Keywords：Data transmission and reception Single-chip, microcom

6、puter, GPRS communication system 目錄 1.引言 1 1.1課題研究背景 1 1.2課題研究的目的和意義 1 2系統(tǒng)設計構想 2 2.1系統(tǒng)總體結構 2 2.2 單片機 2 2.3 GPRS系統(tǒng) 2 2.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 3 3 系統(tǒng)硬件設計 4 3.1 AT89C51單片機 4 3.2單片機最小系統(tǒng)電路 6 3.2.1晶振電路 6 3.2.2復位電路 6 3.3信號處理電路 6 3.4數(shù)據(jù)采集電路 7 3.5 GPRS通信系統(tǒng) 8 3.5.1通信系統(tǒng)硬件設計方案 8 3.5.2 GTM900-CGPRS模塊簡介 9 4系

7、統(tǒng)軟件設計 10 4.1軟件開發(fā)環(huán)境 10 4.1.1 Keil uVision2簡介 10 4.1.2 Proteus 7簡介 10 4.2采集系統(tǒng)流程圖 10 4.3傳輸系統(tǒng)流程圖 11 4.4 GPRS通信系統(tǒng)的軟件設計方案 12 4.4.1 連接的建立 12 4.4.2 數(shù)據(jù)處理 13 5實際應用 14 5.1礦井風壓測量系統(tǒng)與GPRS傳輸 14 5.2風壓測量器與GPRS報警 14 6結論與展望 15 6.1主要結論 15 6.2優(yōu)勢 15 6.2.1功能優(yōu)勢 15 6.2.2成本優(yōu)勢 15 6.3前景展望 15 致謝 16 參考文獻 17

8、 附錄1 系統(tǒng)程序 18 1.引言 1.1課題研究背景 目前，無線通信已經(jīng)深入到尋常百姓家，在中國移動通訊通訊網(wǎng)絡覆蓋率已超過90%。針對通信網(wǎng)絡的可靠性，數(shù)據(jù)傳輸速率，GPRS通信業(yè)務是移動通信網(wǎng)絡中無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€更好的選擇?；贕PRS無線數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的研究在當前工廠生產(chǎn)控制和安全預防等方面有著相當實用的應用意義。 在這個信息傳輸飛速傳輸時代，數(shù)據(jù)的交換與傳輸是各種信息交流的重要方法。數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N技術也應運而生，尤其是Internet的飛速發(fā)展讓我們將信息的傳遞速度提升到前所未有的高度，為人們的信息交流打下了堅實的基礎。但是因為各種地理條件限制和線路安裝的困難

9、，使無線數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)更加受到人們的青睞。 隨著Internet網(wǎng)絡的在人們生活中的逐漸普及，網(wǎng)絡在我們的生產(chǎn)生活中占有越來越重要的地位，而且網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)是我們生活中不可缺少的一部分。因此當我們越來越離不開網(wǎng)絡的時候，我們就非常希望通過網(wǎng)絡來實現(xiàn)方便的、快捷的信息傳遞交流和長距離設備控制。這些想法已經(jīng)在我們生活的一些領域中得到了實現(xiàn)，例如網(wǎng)絡會議等。 當今生產(chǎn)生活中有越來越多的應用系統(tǒng)，采用的是微控制器或者單片機系統(tǒng)對其進行控制，因此我們把這樣的系統(tǒng)統(tǒng)一稱之為嵌入式系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有體積小、開發(fā)方便、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點，在生活中的很多領域得到了廣泛的應用，但是這種系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)功能非常

10、有線。以單片機作為控制核心，與一些傳感器等一些設備結合從而實現(xiàn)一些功能。 1.2課題研究的目的和意義 目前，我國在水利、電力、天然氣和石油等的監(jiān)測中還沒有經(jīng)濟實用的自動化數(shù)據(jù)采集和傳輸設備，尤其是在偏遠的鄉(xiāng)村、山區(qū)以及其他惡劣環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸更加的困難，不能滿足工業(yè)現(xiàn)代化、自動化的要求。GPRS通信系統(tǒng)是現(xiàn)代測控的基礎，用于獲取各種采集到的數(shù)據(jù)，因為GPRS通信系統(tǒng)作為獲取信息的重要工具，正廣泛應用于生產(chǎn)、科研的各個領域。隨著通信事業(yè)的發(fā)展，我國已建成了覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，GSM網(wǎng)絡中重要發(fā)展的GPRS網(wǎng)絡也已經(jīng)投入使用。本課題提出并設計了基于單片機的GPRS通信系統(tǒng)的設計

11、，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的傳輸，使得數(shù)據(jù)傳輸更加的靈活，并且大大降低了成本，為一些監(jiān)控系統(tǒng)后的傳輸數(shù)據(jù)帶來了方便快捷。 2系統(tǒng)設計構想 2.1系統(tǒng)總體結構 這個系統(tǒng)主要由兩個部分組成，由AT89C51單片機組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終端與GSM900-C構成的無線數(shù)據(jù)的傳輸終端所組成的。數(shù)據(jù)采集終端對外界變化數(shù)據(jù)進行采集和處理，而無線傳輸終端將我們采集到的數(shù)據(jù)無線傳輸出去。 主程序由子函數(shù)組成。系統(tǒng)的主程序流程大如下：首先要對單片機中需要測量的變量進行初始化，通常情況下將對應的變量設置為0，同時，我們還要對單片機的相應單元的進行初始化的配置，例如設定每一個端口的輸入輸出方向、設置各個中斷的優(yōu)先級別及需

12、要有用到的定時器計數(shù)器進行初始化配置等，然后我們要通過單片機控制GTM900-C芯片的電源的通斷，來決定是否需要將其上電開啟，待開機成功后，通過一系列的代碼來查詢GPRS模塊的網(wǎng)絡是否已經(jīng)注冊成功，如果注冊成功，便可以建立GPRS模塊與PC端服務器的連接，并進行數(shù)據(jù)扽傳輸與短信息的處理，另外我們還可以根據(jù)用戶的個性化需要來發(fā)送具有特定格式的信息。 2.2 單片機 單片機是由集成電路所構成的芯片，采用的是超大規(guī)模技術，單片機的微處理器(CPU)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)與輸入輸出的電路(I/O口)集成到了一個電路芯片上，也有一些單片機包含特有的定時器，計數(shù)器，數(shù)

13、據(jù)通信接口口，顯示驅(qū)動電路，脈寬調(diào)制電路(PWM)以及模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等，這些由各單個的功能所構成的模塊組成了一個小巧而全面的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。 單片機如果按照它用途通?？梢苑譃闉閮纱箢悇e： 1. 通用型單片機 2. 專用型單片機 通常專用型單片機一般是指那些使用過程中用途比較單一，這種單片機在出廠時，單片機里面的程序就已經(jīng)固化好，而其內(nèi)部的程序已經(jīng)不能夠再被修改的單片機。它的生產(chǎn)成本很低。 而通用型單片機就擁有較為廣泛的用途，根據(jù)實際情況，用戶可以使用各種不同的接口及編寫不同的程序下載到單片機中，使得單片

14、機完成不同的功能。 2.3 GPRS系統(tǒng) GPRS是General Packer Radio Service的英文縮寫，中文譯為通用無線分組業(yè)務，詳細來說，GPRS是高速數(shù)據(jù)處理的技術，是一個通過新的用戶分組數(shù)據(jù)的傳輸所承載數(shù)據(jù)傳輸技術，主要是通過GPRS的網(wǎng)絡給每一個分組的所有用戶進行數(shù)據(jù)的傳輸。相對原有的電路交換數(shù)據(jù)的傳送方式，GPRS具有“實時在線”、“按量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”的優(yōu)點。因此，GPRS技術可以使人們使用手機互聯(lián)網(wǎng)的更加快速，便捷，價格低廉。 GPRS 通訊的達成要基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡進行，選用與GSM 相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結構、無線調(diào)

15、制標準、跳頻規(guī)律和一樣的TDMA 幀結構。現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)從一開始就可提供全面的GPRS 覆蓋。當然如果你想要了解GPRS的技術，也必須要從現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡結構上面開始了解。 現(xiàn)在社會的GPRS技術已經(jīng)被應用在很多方面，例如：工業(yè)的生產(chǎn)過程中、公安與交通、生活中移動車輛的監(jiān)控與調(diào)度等方面。在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中，多用于城市配電網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸自動化系統(tǒng)；抽油管道實時監(jiān)測；水管，閘門，泵站和水質(zhì)監(jiān)測：天然氣的管道、閥門的檢測與加壓站情況的監(jiān)測；水文、氣象等的信息采集、監(jiān)測與信息傳輸?shù)确矫妗Ｔ诠步煌?，公安移動?shù)據(jù)（ID，查詢檔案）；交警移動性數(shù)據(jù)（車輛、司機檔案等）查詢；公安、110 、交警車輛監(jiān)控

16、調(diào)度；城市各個路口的交通指揮的指示牌上的信息發(fā)布；城市路況信息的指示信息；公共運輸車輛如公交車出租車等的調(diào)度，可以使用GPRS通信技術來進行信息的傳遞。而在移動車輛監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)里，銀行運鈔車、郵政運輸車監(jiān)控調(diào)度；城市出租車的管理，物流、公司集團的車輛監(jiān)控調(diào)度當然也可以基于GPRS技術來實現(xiàn)。 2.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由一個內(nèi)置TCP/IP協(xié)議的單片機系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)對各個傳感器系統(tǒng)所傳出的數(shù)字信號進行采集和處理，并且通過GPRS網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)的交換。單片機系統(tǒng)與用戶之間是通過RS-232這個接口與用戶的設備進行參數(shù)的設置與數(shù)據(jù)讀取的。 3 系統(tǒng)硬件設計

17、3.1 AT89C51單片機 本設計使用的單片機是AT89C51單片機，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS 的8位單片機，片內(nèi)含4K的可編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳，它集Flash程序存儲器既可在線編程(ISP)，也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片機芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制的領域。AT89C51單片機中主要是通過中央處理器（CPU）、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、

18、定時/計數(shù)器、多功能可編程I/O接口等各種計算機所需要的基本功能元件都集成在一塊大規(guī)模的集成電路中，這些部件經(jīng)高速片內(nèi)總線連接在一起，在軟件和控制邏輯的作用下構成一個有機的整體。 AT89C51的引腳如圖2所示： 圖1 AT89C51 1.引腳20:此引腳為接地腳。 2.引腳40:此引腳為接電源腳，在AT89C51單片機正常工作或者是片內(nèi)EPROM讀寫程序的情況下，此引腳應該接+5V電源。 3.引腳19:這個引腳是時鐘XTAL1腳，是AT89C51單片機片里振蕩電路的輸入端。 4.引腳18:這個引腳是時鐘XTAL2腳，是AT89C51單片機片里振蕩電路的輸出端。 5.輸入輸出(I

19、/O)引腳： 引腳39-引腳32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，引腳1-引腳8為P1.0-P1.7輸入輸出腳，引腳21-引腳28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，引腳10-引腳17為P3.0-P3.7輸入輸出腳。 引腳9（RST/VPD）：此引腳為復位/備用的電源腳，在AT89C51單片機通上電之后，單片機上面的時鐘電路從這時就開始工作了，然而在單片機的正常的工作過程中，如果在RST的引腳上面連續(xù)的出現(xiàn)了超過單片機上的兩個機器周期的高電平情況下，系統(tǒng)就能夠進行系統(tǒng)初始化的復位操作。完成系統(tǒng)的初始化復位操作后，AT89C51單片機的程序中計數(shù)器PC就會指向了地址0000H，堆棧指針被寫入到地址

20、07H，而P0-P3輸出口也將全部被置為高電平，AT89C51單片機中的其它的專用的寄存器會被清為“0”。而當RST引腳上的電平由高電平變?yōu)榈碗娖街螅到y(tǒng)也就會從0000H地址開始執(zhí)行事先所編寫好的程序。然而，系統(tǒng)的初始化復位操作并不會改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，AT89C51單片機的復位狀態(tài)表，如表1所示: 寄存器 復位狀態(tài) 寄存器 復位狀態(tài) PC 0000H B 00H A 00H SP 07H PSW 00H TH0 00H DPTR 0000H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0xx

21、00000B TL1 00H TMOD 00H TCON 00H SCON 00H SBUF xxxxxxxxB P0-P3 1111111B PCON 0xxx0000B 表1 AT89C51單片機的復位狀態(tài)表 引腳30: 此引腳為ALE/（地址鎖存允許/編程線）。ALE引腳所輸出的時鐘信號為的頻率是AT89C51單片機時鐘信號頻率的1/6,在STC89C511單片機訪問片外的程序或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE引腳所輸出的脈沖信號的下降通常沿用于鎖存P0口所輸出的低8位的地址線，和P2口輸出的信號，結合形成了16位地址總線；在單片機不訪問外部的程序或數(shù)據(jù)的存儲器時，

22、ALE引腳依舊會通過不變的頻率來周期性的向外部輸出脈沖信號，因此，ALE端口既被用作為對外輸出的時鐘，也可以別用做來實現(xiàn)定時的功能，但在實際應用的時候，有一點需要我們特別的注意，當AT89C51單片機訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器的時候，系統(tǒng)就會跳空一個ALE脈沖，在這種情況下，ALE端口就不應該被作為一個時鐘的輸出端口來使用。 8.引腳29: 此引腳為（片外程序存儲器讀選通信號輸出端）。當單片機需要從外部的其他程序存儲器中讀取常數(shù)或者是指令的時候，這個引腳所輸出的信號就會在每一個機器周期內(nèi)會出現(xiàn)兩次的有效電平，在有效的電平時，單片機可以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回常數(shù)或指令。但是，在訪問單片機外的數(shù)據(jù)存儲

23、器的時候，這種電平信號就不會出現(xiàn)。 9.引腳31:此引腳為(片外程序存儲器選用端)。在該引腳是高電平的時侯，單片機就會訪問系統(tǒng)內(nèi)部的程序存儲器，當單片機的程序計數(shù)器內(nèi)的值超過了片內(nèi)的程序存儲器的空間時，單片機就會自動的轉(zhuǎn)向外部的程序存儲器，訪問其所存儲的程序。當該引腳為低電平時，單片機就只會訪問外部的程序存儲器，不管單片機是否擁有內(nèi)部程序存儲器。 3.2單片機最小系統(tǒng)電路 3.2.1晶振電路 晶振電路為單片機AT89C51工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或

24、陶瓷諧振蕩器一起構成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖所示。由于外接電容C1、C2的容量大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為30pF10pF；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為40pF10pF。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為30pF。 3.2.2復位電路 復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分合過程中引起的抖動而影

25、響復位。單片機在啟動時都需要復位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89C51的復位信號是從REST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果REST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。 圖2 復位電路 3.3信號處理電路 由于傳感器所輸出的模擬信號較為微弱，并且含有少量干擾信號，所以信號處理系統(tǒng)需要將傳感器輸出信號進行濾波和放大。同時對于傳感器所輸出的模擬信號，一般都要用運算放大器對其進行調(diào)理或放大，來滿足A/D轉(zhuǎn)換器對傳感器輸入的模擬量幅值及極性的要求。采樣時

26、，把相對應的模擬電壓信號送進LM324A進行信號放大處理后，輸出送入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中。 圖3 信號處理電路 3.4數(shù)據(jù)采集電路 本設計中的A/D使用的是通用8位芯片ADC0809，芯片的幾個重要管腳功能如下：ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。START為轉(zhuǎn)換啟動信號，當START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結束信號。當EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈

27、高阻狀態(tài)。 由于本設計中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是ADC0809，其工作的時鐘信號為500KHz，因其內(nèi)部沒有時鐘電路，時鐘信號由外部AT89C51提供。系統(tǒng)AT89C51與ADC0809接口電路如圖所示。當AT89C51不訪問外部存儲器時，AT89C51以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此晶振設定為12MKz，單片機便可向ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出500KHz的時鐘信號。 圖4 AT89C51與ADC0809接口圖 3.5 GPRS通信系統(tǒng) 3.5.1通信系統(tǒng)硬件設計方案 在這個系統(tǒng)中我們的電路中使用的GPRS通信系統(tǒng)模塊是由華為公司所生產(chǎn)的GTM900-C，這個芯片內(nèi)部嵌

28、入了所需TCP/IP協(xié)議棧，因此使用非常方便，另外我們所使用的控制芯片為AT89C51單片機進行控制，這兩種芯片都能提供支持RS-232這個通信標準的串行的通信接口。因此，本設計的核心部分是編寫單片機AT89C51對GTM900-C的GPRS模塊控制的程序代碼。AT89C51單片機有一個通用的異步串行接口，使單片機與GTM900-C模塊的相對應引腳進行連接，用于單片機對GPRS模塊進行數(shù)據(jù)和AT命令的傳輸，另外GTM900-C模塊的外部需要安裝一個天線。 圖5 通信系統(tǒng)硬件框圖 3.5.2 GTM900-CGPRS模塊簡介 AT89C51單片機用于控制GTM900-C模塊的數(shù)據(jù)的收發(fā)

29、，在軟件中采用串口通信來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。 GTM900-C是華為公司生產(chǎn)的一款雙頻段EGSM900/GSM1800的通信模塊，它在EGSM900 Class4頻段下的最大發(fā)射功率為2W，而在GSM1800 Class1頻段時的最大發(fā)射功率為1W，它擁有較大的工作溫度范圍為-20℃～+70℃，芯片平均的帶電電流為3.5mA，它支持GSM/GPRS Phase2/2+協(xié)議以及華為自己的GT800協(xié)議。在這些協(xié)議的基礎上，用戶可進行GPRS網(wǎng)段的數(shù)據(jù)傳輸，同時芯片也支持短消息服務等功能，采用3.8V電壓供電，外圍可擁有多種連接接口，如天線接口、模擬音頻接口、異步串行接口、SIM卡接口等，另外 還

30、可以支持12C通信，其芯片的內(nèi)部嵌入了TCP/IP協(xié)議棧，支持多個鏈接，可以提供ACK應答，并且提供大容量的緩存，因此我們采用此芯片能夠大大降低微控制器的編程難度。實物如圖所示： 圖6 GTM900-C 4系統(tǒng)軟件設計 4.1軟件開發(fā)環(huán)境 4.1.1 Keil uVision2簡介 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語言而采用C語言進行程序設計。因為C語言的描述由函數(shù)組成，是一種結構化的程序設計語言，所以更容易實現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細控制指令。數(shù)據(jù)結構方面，可以使用結構體和數(shù)組，能夠處理復雜的數(shù)據(jù)，可用于實時處理系統(tǒng)。 本系統(tǒng)

31、的軟件編程使用的是美國Keil Software公司出品的Keil uVision2，是51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil uVision2軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具。另外重要的一點， Keil uVision2生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 4.1.2 Proteus 7簡介 Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。

32、雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil

33、和MPLAB等多種編譯。 4.2采集系統(tǒng)流程圖 外界數(shù)據(jù)的采集是采集系統(tǒng)中的重要組成部分。系統(tǒng)設計時對通過傳感器對外界變化進行采集、判斷的方法。每次我們采集到數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)存入單片機的寄存器，然后在由單片機的判斷程序，把我們通過傳感器采集到的數(shù)據(jù)與設定的數(shù)值范圍進行對比，從而判定是否需要向外傳輸報警信息。 開始 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)處理 是否超出預設范圍 發(fā)送報警信號 結束 N Y 圖7 采集系統(tǒng)流程圖 4.3傳輸系統(tǒng)流程圖 主程序由子函數(shù)組成。系統(tǒng)的主程序流程大如下：首先我們對單片機中需要用到的變量進行初始化，通常情況下我們會將相應的變量設置為0，同時，還需要進行

34、單片機相對應的單元的初始化設置，比如設定各個端口的輸入輸出方向、設置不同中斷的優(yōu)先級別以及所有需要用到的定時器計數(shù)器的初始化配置等，然后再通過單片機控制GTM900-C芯片的電源的通斷，來決定是否需要將其上電開啟，待開機成功后，通過一系列的代碼來查詢GPRS模塊的網(wǎng)絡是否已經(jīng)注冊成功，如果注冊成功，便可建立GPRS模塊與PC端服務器的連接，并且進行采集數(shù)據(jù)的傳輸和短信息處理，另外我們可以根據(jù)用戶的個性化需要發(fā)送具有特定格式的消息。 開始 串口初始化 GRPS初始化 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)傳輸 結束 圖8傳輸系統(tǒng)流程圖 4.4 GPRS通信系統(tǒng)的軟件設計方案 這個系統(tǒng)的軟件部分的

35、程序代碼是使用C語言進行編寫，并在IAR軟件中進行編譯。由于這個系統(tǒng)是使用在遠程終端其中的一個模塊，因此在程序代碼的編寫過程中我們必須要遵守一定的協(xié)議，才能保證數(shù)據(jù)通信的正確性。在編寫程序代碼的核心任務是如何通過AT89C51對GTM900-C進行初始設置以及控制GTM900-C的AT命令和如何對接收到的信息數(shù)據(jù)進行處理。這個程序在總體上分為以下兩個部分，第一部分是需要進行CPRS連接的初始化設置，第二則是進行數(shù)據(jù)的接收以及發(fā)送。 4.4.1 連接的建立 在實驗中，利用終端助手，實現(xiàn)將系統(tǒng)中的GTM900-C連接到Internet和GPRS網(wǎng)絡的具體步驟如下所示： a） 使用單片機對GP

36、RS模塊通電，并且等到GPRS模塊的正常啟動。 b）通過使用單片機AT89C1與GTM900-C模塊連接在一起的串口通信模塊，在上位機上通過串口通信助手來向GTM900-C模塊中寫入相應的AT命令，并且對GPRS模塊來進行相應的初始化設置，使得GPRS模塊能夠成功的連接到GPRS的網(wǎng)絡中，并切能夠獲得移動網(wǎng)絡運行商所分配到的動態(tài)IP地址，通過這樣來實現(xiàn)與目的終端的連接建立。 下面介紹一下在GPRS模塊中，經(jīng)常使用的指令及其相應的功能： AT+CSQ：查詢GPRS所連接的網(wǎng)絡的質(zhì)量； AT+CPIN?：查詢GPRS模塊里的SIM卡是否已經(jīng)準備完成； AT+CGREG? ：查詢GPRS模

37、塊是否已經(jīng)注冊完畢； 一般使用上面的三個指令來確定當前的網(wǎng)絡狀態(tài)和GPRS模塊的狀態(tài)。 AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET”：設置GPRS模塊里面的APN無線接入點； AT%ETCPIP=””，”” ：對GPRS模塊進行PPP撥號； AT%ETCPIP? ：查詢獲得的GPRS模塊IP地址，和DNS服務器的地址； AT%IPSEND=””：使用GPRS模塊發(fā)送數(shù)據(jù)； AT%IPOPEN? ：查詢GPRS模塊的鏈路狀態(tài) AT%IPCLOSE ：關閉GPRS模塊的連接 4.4.2 數(shù)據(jù)處理 GPRS網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)中心服務器和GPRS服務器之間的信息傳輸都是基于I

38、P數(shù)據(jù)包的，但是IP數(shù)據(jù)包不能夠通過明文進行傳輸，因此應該選用點對點協(xié)議進行服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)是通過GPRS模塊和英特網(wǎng)網(wǎng)絡之間的透明傳輸來完成的。GTM900-C內(nèi)部嵌入了TCP/IP協(xié)議棧，所以用戶在控制模塊AT89C51單片機中編寫代碼程序時就不需要對IP協(xié)議相關的程序進行編寫了，各個用戶可以直接通過GTM900-C內(nèi)嵌的協(xié)議棧進行傳遞數(shù)據(jù)。 5實際應用 5.1礦井風壓測量系統(tǒng)與GPRS傳輸 中國在改革和發(fā)展過程中，國內(nèi)的煤炭行業(yè)的生產(chǎn)結構調(diào)整，生產(chǎn)科學技術的進步，使礦井安全生產(chǎn)效果顯著，年產(chǎn)量達到了23噸。但是國內(nèi)各個礦井的煤礦生產(chǎn)總要受到瓦斯、水災、火災

39、、灰塵以及礦洞坍塌等種種事故的威脅，盡管我們使用了各種的措施來抑制了這些災難的發(fā)生，百萬噸煤炭生產(chǎn)中的工人死亡率雖然一直在逐年下降，但是就目前來說我們國家的煤礦生產(chǎn)的安全狀況依然面臨著非常嚴峻的挑戰(zhàn)。礦井的通風是礦井在生產(chǎn)過程中的重要組成部分，擔負著不斷的給工人供應新鮮空氣，排出開采過程中排出毒害氣體，確保了礦井的生產(chǎn)運作和工作人員的生命安全的重要使命。 “系統(tǒng)操作簡單、工作安全可靠、經(jīng)濟合理”這些條件是一般礦井的通風體系都必須要符合的。而風壓測量報警能有效的降低事故的發(fā)生可能性 5.2風壓測量器與GPRS報警 壓力傳感模塊 電源模塊 A/D轉(zhuǎn)換模塊 單片機 GPRS傳輸終端 電

40、機驅(qū)動模塊 聲光報警模塊 壓力傳感器把檢測到的外界風壓變化模擬量通過A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將其傳輸給單片機的控制器，單片機會根據(jù)這些實時測量的風壓值進行判斷決策，超出安全值范圍時，聲光報警工作，電動機被驅(qū)動開始工作，并且通過GPRS傳輸出去。如圖9： 圖9 礦井風壓報警 6結論與展望 6.1主要結論 本篇文章主要研究了基于單片機的GPRS無線數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的利弊以及實際生產(chǎn)生活中的應用，該GPRS無線數(shù)據(jù)采集終端通過單片機與能夠?qū)崟r多線程操作的系統(tǒng)基礎上實現(xiàn)的.GPRS無線數(shù)據(jù)終端經(jīng)由收集用戶終端數(shù)據(jù)信息，解釋并且處理各個用戶通過數(shù)據(jù)中心所下傳的命令，通過GPR

41、S網(wǎng)絡、英特網(wǎng)，使這些命令簡潔、迅速地向遠方的另一個數(shù)據(jù)中心傳輸消息，并且完成自動報警、采集數(shù)據(jù)收集等功能。該GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲髢?yōu)點就是，使用戶能夠以便宜、迅速、可靠的方法接入GPRS 網(wǎng)絡和Internet網(wǎng)，將采集到的訊息可以簡潔、實時地傳送，為用戶終端的穩(wěn)定運行提供了可靠的保證。 6.2優(yōu)勢 6.2.1功能優(yōu)勢 1. 利用GPRS網(wǎng)絡，無線數(shù)據(jù)傳輸，為用戶終端的數(shù)據(jù)傳輸提供了方便。 2. 分布在任何一個地方的GPRS網(wǎng)絡覆蓋的用戶，都可以通過GPRS的無線數(shù)據(jù)終端，方便、廉價、快捷的把信息與數(shù)據(jù)通過用戶數(shù)據(jù)服務中心進行傳輸，從而實現(xiàn)了實時的數(shù)據(jù)傳輸與信息處理。 6.2.

42、2成本優(yōu)勢 GPRS的無線數(shù)據(jù)采集終端，采用了高性能的單片機GTM900-C，經(jīng)過簡易的嵌入式TCP/IP協(xié)議，把我們采集到的數(shù)據(jù)快速，廉價的傳輸出去，降低了生產(chǎn)成本。同時，由于利用的是便宜的網(wǎng)絡資源進行信息的傳遞，使信息采集與傳輸成本大大的下降了。 6.3前景展望 GPRS無線數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)廣泛的應用于下面幾個方面: 1.公共事業(yè)領域。公共事業(yè)主指水、電、燃氣等行業(yè)，由于應用覆蓋的地理區(qū)域大 ，要讓數(shù)據(jù)能夠及時的傳輸，通常要涉及到大規(guī)模的線路建設。但通過GPRS無線數(shù)據(jù)終端實現(xiàn)無線抄表監(jiān)控，不僅安裝方便，而且合理的收費。 2.交通物流領域。GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸終端的出現(xiàn)，使信

43、息傳輸在信息交流領域?qū)崿F(xiàn)了移動采集與發(fā)送，同時因為它的“實時”的優(yōu)勢保證了信息傳輸?shù)膶崟r性良好 3.工廠的遙控通信、遙控測量等遠程控制領域。如天氣數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)的檢測、石油采集的檢測數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的采集與傳輸 。 隨著GPRS網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展與完善，信息的傳輸速度和能力將大幅度的提高，通信成本將會進一步降低，因此使用GPRS無線數(shù)據(jù)終端的應用將會迅速普及，到時需求量會有非常大的增加，通過GPRS的無線應用前景必定十分廣闊。 致謝 參考文獻 [1] 耿長清.單片機應用技術[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，200

44、9. [2] 張毅剛，彭喜源. MCS-51單片機應用設計[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000. [3] 邊春遠.MSC-51單片機應用開發(fā)實用子程序.北京：人民郵電出版社，2005. [4] 李劍鋒.串行A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與89C51的接口設計[J]. 現(xiàn)代電子技術，2008.3 . [5] 鮑宏亞，李月華. MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計及實用技術[M]. 北京：中國宇航出版社，2005. [6] FreescaleSemiconductor，Inc．MPXY8000DataSheet．2004. [7] 張靖武.單片機系統(tǒng)的protues設計與

45、仿真.北京：電子工業(yè)出版社，2007. [8] 謝維城．單片機原理與應用[M].北京：清華大學出版社，2008. [9] 康華光.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2004.1. [10] 付華科，任子暉，李偉濼.單片機的礦井瓦斯?jié)舛燃皽囟缺O(jiān)測系統(tǒng)設計[A]，2010.7 [11] 張培仁.基于C語言編程的MCS-51單片機原理與應用[M]. 北京：清華大學出版社，2009.4. [12] 潘新民，王艷芳.微型計算機與傳感器.[M]北京：人民郵電出版社，2010. [13] Motorola，Inc.．MC33493/DTechnicalData．20

46、02. 附錄1 系統(tǒng)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 #define GPRS_APN_flag 2 #d

47、efine 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; uchar i_receive; uchar TC35_MAX; uchar TC35_CON; uchar TC35_RE[500]; uchar TC_ATF

48、[]={"AT&F"}; //格式化命令。 uchar GPRS_QD1[]={"AT+CGDCONT=1"}; //設置APN無線接入點 uchar GPRS_QD2[]={"IP"}; //設置APN無線接入點 uchar GPRS_QD3[]={"CMNET"}; //設置APN無線接入點 uchar GPRS_PPP_CMD[]={"AT%ETCPIP="}; //進行PPP撥號 //-------------------------- uchar GPRS_IP

49、_DNS_CMD[]={"AT%ETCPIP?"}; //查詢本地ＩＰ啟用ＤＮＳ服務器 //========DTU連接============================= uchar GPRS_TCP1[]={"AT%IPOPEN="}; //連接服務器 uchar GPRS_TCP2[]={"TCP"}; //連接服務器 uchar GPRS_TCP3[]={"118.119.161.192"}; //該IP為動態(tài)分配IP經(jīng)網(wǎng)絡查詢 uchar GPRS_TCP4[]={"1234"}; //服務器端口號 uchar

50、GPRS_TCP5[]={"AT%IPOPEN?"}; uchar GPRS_SEND1[]={"AT%IPSEND="}; //向服務器發(fā)送數(shù)據(jù) 命令 uchar GPRS_SEND3[]={"12345"}; void delayX(uchar m) { uchar k,h; for(k=m;k>0;k--) for(h=0;h<255;h++); } void init_serialcom( void ) { P3SEL |= 0x30; // 選擇P3.4和P3.5做U

51、ART通信端口 ME1 |= UTXE0 + URXE0; // 使能USART0的發(fā)送和接受 UCTL0 |= CHAR; // 選擇8位字符 UTCTL0 |= SSEL0; // UCLK = ACLK UBR00 = 0x03; // 波特率9600 UBR10 = 0x00; // UMCTL0 = 0x4A; // Modulation UCTL0

52、&= ~SWRST; // 初始化UART狀態(tài)機 IE1 |= URXIE0; // 使能USART0的接收中斷 } void send_uart( uchar a_s) { while (!(IFG1 & UTXIFG0)); //等待發(fā)送寄存器為空 TXBUF0 = a_s; } void AT_RST() { uchar i; for(i=0;i

53、F[i]); } send_uart(0X0D); send_uart(0X0A); TC35_CON=RST; } /************************************************************ void GPRS_APN():AT+CGDCONT=1,”IP”,”CMNET” 設置APN無線接入點 ************************************************************/ void GPRS_APN() { uchar i; for(i=0;i

54、GPRS_QD1)-1;i++) {send_uart(GPRS_QD1[i]);} send_uart(,); send_uart(0X22);//分號 for(i=0;i

55、end_uart(0X0D);//回車 send_uart(0X0A); TC35_CON=GPRS_APN_flag; } /************************************************************ GPRS_PPP():AT%ETCPIP=””,”” 進行PPP撥號 ************************************************************/ void GPRS_PPP() { uchar i; for(i=0;i

56、 {send_uart(GPRS_PPP_CMD[i]);} send_uart(0X22);//分號 send_uart(0X22);//分號 send_uart(,); send_uart(0X22);//分號 send_uart(0X22);//分號 send_uart(0X0D);//回車 send_uart(0X0A); TC35_CON=GPRS_PPP_flag; } /************************************************************ void GPRS_IP_DNS():AT%ET

57、CPIP? 查詢獲得本地IP地址，以用DNS服務器地址 ************************************************************/ void GPRS_IP_DNS() { uchar i; for(i=0;i

58、*************************************** void GPRS_TCPIP():AT%IPOPEN=”TCP”,”221.207.252.107”,1234 進行TCPIP連接 ************************************************************/ void GPRS_TCPIP() { uchar i; for(i=0;i

59、=0;i

60、art(0X0D);//回車 send_uart(0X0A); TC35_CON=GPRS_TCPIP_flag; } void GPRS_Init(void) { long int i,m; m=1; AT_RST(); delay_ms(20); while(m) { if(TC35_CON==RST) { if((TC35_RE[7]==O)&&(TC35_RE[8]==K)) GPRS_APN(); delay_ms(

61、20); } if(TC35_CON==GPRS_APN_flag) { if((TC35_RE[39]==O)&&(TC35_RE[40]==K)) GPRS_PPP(); delay_ms(20); } if(TC35_CON==GPRS_PPP_flag) { if((TC35_RE[61]==O)&&(TC35_RE[62]==K)) GPRS_IP_DNS(); delay_ms(20);

62、 } if(TC35_CON==GPRS_IP_DNS_flag) { if((TC35_RE[138]==K)||(TC35_RE[139]==K)) GPRS_TCPIP(); delay_ms(20); } if(TC35_CON==GPRS_TCPIP_flag) { if((TC35_RE[182]==C)||(TC35_RE[183]==C)) { delay_ms(

63、100); m=0;//初始化完成 for(i=0;i<500;i++) { TC35_RE[i]=0; } i_TC35_RECE=0; } } } } /************************************************************ GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送 ********

64、****************************************************/ void GPRS_SENDDATA() { long int i; for(i=0;i

65、t(0X22);//分號 send_uart(0X0D);//回車 send_uart(0X0A); delay_ms(100); if((TC35_RE[41]==K)||(TC35_RE[42]==K)) { for(i=0;i<500;i++) { TC35_RE[i]=0; } i_TC35_RECE=0; } } void GPRS_ACTIVE() { long int i; for(i=0;i

66、 {send_uart(GPRS_TCP5[i]);} send_uart(0X0D);//回車 send_uart(0X0A); TC35_CON=GPRS_ACTIVE_flag; delay_ms(500); if((TC35_RE[60]==K)||(TC35_RE[59]==K)) { for(i=0;i<500;i++) { TC35_RE[i]=0; } i_TC35_RECE=0; } } void main( void ) { // Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /*------選擇系統(tǒng)主時鐘為8MHz-------*/ BCSCTL1 &= ~XT2OFF; //打開XT2高頻晶體振蕩器