2022年基于ARM的GPRS无线数据终端设计.docx
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1、精品学习资源山 东 科 技 大 学本科毕业设计论文题 目 基于 ARM 地 GPRS无线数据终端设计学 院 名 称山东科技高校专 业 班 级 气工程及其自动化 10-4 班学 生 姓 名学号202103202114时间: 2021 年 6 月 5 日欢迎下载精品学习资源摘要随着嵌入式系统和 GPRS无线网络地进展, GPRS无线数据终端为工业生产中地远距离数据传输带来了更佳地传输途径,摆脱了有线数据传输地局 限性,极大地节约了后期爱护费用,降低了成本,满意了日益增长地工业 需求.GPRS 无线数据终端地争论具有广泛地意义和良好地商业前景.本文主要设计并实现基于ARM 地GPRS无线数据终端 .
2、该系统以ARM7 系列微处理器为核心,通过 AT指令掌握自带有完整 TCP/IP协议栈地无线数据模块 .结合GPRS通信网络地特点分析无线数据传输嵌入式系统地设计过程,给出系统地详细实现方案,提出硬件、软件系统地设计流程、开发要点和实现过程 .本系统经过几个月地设计制作,较好地完成了无线数据终端地各项功能.关键词: GPRS;嵌入式; ARM ;AT 指令; TCP/IP 协议欢迎下载精品学习资源ABSTRACTWith the development of embedded systems and GPRS wireless network, GPRS wireless data termi
3、nals has brought a better way of transmission for long- range data transmission in industrial production, getting rid of the limitations of wired data transmission, saving significantly in the later maintenance costs , reducing costs and meeting the growing industrial demand. The research of the GPR
4、S wireless data terminal has broad meanings and good business prospects.The paper mainly designs and implements the GPRS wireless data terminal based on ARM. The system depending on ARM7 family microprocessor can control wireless data module with a complete TCP / IP protocol stack throughAT commands
5、. Make an analysis of the design process of the embedded system for wireless data transmission, combined with GPRS communication network characteristics and givea specificsystem implementationincluding:the hardwareandsoftwaredesignprocess,developmentpointsandthe implementation process.Thedesign isco
6、mpleted forseveral months, implementingvarious functions of the wireless data terminal.Key words: GPRS; Embedded; ARM ; AT command; TCP / IPprotocol欢迎下载精品学习资源目录1 绪论01.1 争论背景0欢迎下载精品学习资源1.2 通讯方式地现状11.3 争论详细任务和目地22 系统总体方案设计32.1 系统功能要求32.2 系统组成42.3 系统主要器件选型52.2.1 主控器件地挑选52.2.2 无线模块地挑选62.3 软硬件开发工具挑选72.4
7、系统语言与模块化结构82.4.1 AT指令集82.4.2 C 语言程序模块化设计93 硬件电路设计93.1 电源电路设计93.1.1 电源芯片挑选93.1.2 电源电路详细设计103.2 主控外围电路123.3 串口通信电路133.4 电平转换电路和部分指示电路153.5 无线模块外围电路设计163.5.1 无线模块插板电路163.5.2 SIM 卡电路173.6 储备模块电路设计184 软件程序设计194.1 软件总体设计主流程194.2 系统初始化204.2.1 系统中断初始化204.2.2 主频配置224.2.3 UART 初始化234.2.4 定时器初始化244.2.5 I2C 初始化
8、与铁电储备254.2.6 参数配置初始化设计284.3 TCP网络连接284.3.1 TCP/IP 简述284.3.2 TCP连接地建立、爱护与拆除284.3.3 系统 TCP 网络连接过程304.4 数据解读314.5 数据地接收缓存处理324.6 上下行数据传输335 系统调试345.1 硬件调试345.2 软件调试346 总结与展望356.1 总结356.2 展望37参考文献38致谢40附录 141附录 241欢迎下载精品学习资源1 绪论1.1 争论背景运算机与通信技术地不断进展,极大地促进了工业领域及其它领域地 自动化和信息化地进展 .以前在工业领域大多采纳由单片机构成地数据处理系统和
9、 PC 机通过串行口构成地微机系统,主要是针对于生产过程分布范畴不大、相距不远地场合,这些系统大多采纳RS-232,RS-485或有线MODEM 地通信方式,虽然经济有用,但是采纳有线地数据传输方式,在很大程度上限制了应用场合地拓展 .随着企业生产规模不断扩大,不同地生产部门可能在地域上分布极广,相距遥远,如电力、铁路、采矿和石油等,这些部门要对相距遥远地生产过程进行数据传输,假如仍是沿用有线 地传输方式,就在技术上和经济上都是不足取地.所以采纳无线地方式来进行数据传输地需求就日益突出了 .在通信领域中,移动通信 GPRS网就是这个领域中进展最积极最活跃最快地分支之一 .GPRSGeneral
10、 Packet Radio Service即 通用分组无线业务,是在现有 GSM 网络上开通地一种新型地数据传输技术,GPRS采纳分组交换方式,仅在实际传送和接收数据时才占用无线资源.GPRS理论上可供应高达 171.2kbs 地传输速率 .除了速度上地优势外, GPRS仍有“永久在线地特点,即用户可随时与网络保持联系.另外分组交换接入时间地缩 短,能供应快速即时地连接,可大幅度提高一些事务地效率.利用现有地GPRS网络资源,发挥网络掩盖率高、永久在线等优势,为现有数据传输系统供应一种便利地无线传输方式 .嵌入式系统是一门交叉学科,其支柱学科包括微电子学科、运算机学欢迎下载精品学习资源科、电子
11、技术学科和对象学科 .微电子学科是嵌入式系统进展地基础,对象学科是嵌入式系统应用地归属学科,运算机与电子技术学科是嵌入式系统 技术进展地重要保证 .美国闻名将来学家尼葛洛庞帝在2001 年访华时曾预言, 4 5 年后,嵌入式智能电脑将是继 PC 和 Internet 之后地最宏大创造 .地确,在当今社会中,嵌入式系统已经广泛应用于信息家电、移动通讯、手持通信终端、仪器外表、航空航天以及工业掌握等领域,为人们工作和生活带来了极大地便利,是当前争论最为热门地领域之一 .嵌入式系统被定义为:以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬 件可裁剪、适应应用系统对功能、牢靠性、成本、体积、功耗严格要求地 专
12、用运算机系统 .它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户地应用程序等四个部分组成 .嵌入式系统以其本身体积小,实时性高,稳固性好,支持以太网等优点,成为工控领域地新热点.如何利用嵌入式系统实现无线终端,并通过GPRS 无线网络进行数据传输是一个具有有用意义地争论 .本课题源自莱芜一家科技公司,要求设计并实现适用于工业场合地 GPRS无线数据终端设计 .该终端作为数据传输终端地载体,有宽阔地市场和良好地商业前景.1.2 通讯方式地现状随着电子、运算机及信息科学技术地进展,通信系统地进展也特别快速,目前,数据传输中主要地通信方式有以下几种:(1) 电话拨号 电话线,专线 电话拨
13、号主要有利用电话线通信和架设专线通信两种方式.电话线:就是利用现有地公用电话网为依靠,采纳调制解调器和公用电话网地交换机系统,在两个通信实体之间建立起通信通道.专线方式:通信地网络适合于传输数据量不大、实时性要求不高地场合.欢迎下载精品学习资源(2) 光纤通信 ADSL从现场运行情形来看,利用光纤通信时数据比较稳固,抗干扰才能强.这种方式在初期投资时较大,但随着光通信设备地价格不断下降,这种方式有可能成为比较有用地现场通信方式 .(3) 基于 GSM 地短消息数据传输GSM 除语音业务外,另有基于短消息数据传输业务.短消息限制每次 传送文本字符不超过 160 个,传送给移动台地短消息在用户识别
14、模块SIM 上储备 .与话音地传输建立和释放过程不同,在GSM 系统中,短消息是唯独一种不需要建立端到端地业务通道 .由于具备这个特点,即使移动台己处于电路通信状态,仍能同时实现短信息业务.(4) 基于 GPRS地分组数据传输通用分组无线业务,是一种新地 GSM 数据传输服务,它将数据以数据包地势式在 PLMN 公众陆地移动电话网 内或其他连接到 PLMN 地外部网络间传输 .主要针对突发性数据分组传送地一种新业务,与短消息业务类似,供应两类业务点到点业务和点到多点业务.多个 GPRS用户可以共享一个无线信道,而一个移动用户也可以同时利用多个信道,因而GPRS用户地实际通信速率特别敏捷,可以低
15、于l00kbps,也可以高于 100kbps.在实际地远程数据传输地通信中,如交通治理、电力系统、无线抄表等,可以采用 GSM 短消息、光纤接入等方式 .GSM 短消息方式可以实现主动上报;缺点是按条收费,运行费用高,而且在节假日短消息中心服务器繁忙时延时 相当长 .光纤通信稳固牢靠,但是施工成本投入大、扩展性差、设备爱护方面不便利 .而 GPRS通信就防止了以上问题 .1.3 争论详细任务和目地GPRS无线数据传输系统包括以下几部分:欢迎下载精品学习资源(1) 数据采集单元由 816 位单片机功能电路承担,完成数据采集 针对不同地应用场合,采集地数据有所不同 ,一般通过 RS232485 接
16、口向下位机供应数据 .(2) 下位机主要负责监测并接收数据采集单元供应地数据,经过处理,通过加密隧道向上位机传输数据;同时接收上位机下发命令,掌握数据采集单元.应智能化需求,该功能单元由 32 位微掌握器承担 .这是该系统掌握功能地核心单元.(3) 加密隧道或透亮传输数据传输地通道 .传统为有线方式,对 GPRS 无线数据传输系统而言,就是 GPRS无线传输隧道 .加密是为了保证数据安全,不加密时为透亮传输.(4) 上位机由 PC 承担,负责完成数据分析、处理、打印等工作;同时实现远程掌握下位机完成指定任务 .该功能模块由通用运算机系统来完成,可以不归结为嵌入式系统地范畴 .本文关注地是下位机
17、无线数据传输功能模块地实现.通过 GPRS网络登录已知公网 IP,建立网络连接实现数据无线透亮传输.2 系统总体方案设计2.1 系统功能要求GPRS无线数据终端功能有:系统可以在7V- 40V 宽电压范畴供电,也可 5V 供电;具有 232、485 两种通信接口;系统上电初始能够通过欢迎下载精品学习资源串口对 IP 地址、网络端口号等登陆参数进行配置且掉电参数非易失;自动登陆网络建立 TCP 连接;能够对下行数据进行解读处理完成数据地透亮传输;支持心跳包发送,保持永久在线 .2.2 系统组成依据系统功能要求系统大体分为五部分:电源部分、储备部分、串口 通信部分、系统主控部分、无线通信部分 .电
18、源部分为各功能模块部分供应电源支持,主控部分与储备部分为主从模式,储备主要地参数和相关数据. 通过串口通信部分完成参数配置和下位机数据交换地任务.主控部分完成数据地接受、发送、校验、解读等处理,通过和无线模块地通信完成数据地电源部分储备部分主控部分串口部分无线模块图 3.1系统框图无线透亮传输 .系统框图如图 3.1 所示.欢迎下载精品学习资源2.3 系统主要器件选型由于 GPRS无线数据终端应用于工业场合,所以对系统中用到地器件提出了比较苛刻地要求 .由于工业环境一般比较恶劣,噪声较多,对温度范畴要求较宽,要使无线数据终端能够在工业现场稳固牢靠地运行,所选器 件必需考虑上述要求 .2.2.1
19、 主控器件地挑选作为系统掌握核心地微掌握器应当挑选工业级器件,同时要具有低成 本、高牢靠、敏捷地扩展接口等特点 .如今, ARM 微处理器及技术地应用几乎已经深化到各个领域 .采纳 ARM 技术地微处理器现在已经遍及各类电子产品、汽车、消费消遣和无线等市场,特殊是工业掌握领域.从应用地广泛度考虑,硬件平台地核心挑选采纳ARM 微处理器微掌握器系列 .这样,不仅可以获得良好地技术支持,降低研发风险,而且可以缩短上市时 间,增强产品竞争力 .本文挑选了 NXP 公司地 LPC2132 作为系统地主控芯片 .NXP 公司地ARM 内核主控芯片在业界是特别杰出地 .LPC2132 是基于一个支持实时仿
20、真和嵌入式跟踪地 32/16 位 ARM7 TDMI-STM CPU地微掌握器,并带有64kB 地高速 Flash储备器.128 位宽度地储备器接口和特殊地加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行 .对代码规模有严格掌握地应用可使用16 位 Thumb 模式将代码规模降低超过30%,而性能地缺失却很小 .较小地封装和极低地功耗使 LPC2132 可抱负地用于小型系统中 .宽范畴地串行通信接口和片内 16kB 地 SRAM 使 LPC2132 特别适用于通信网关、协议转换器、软 modem、声音辨别和低端成像,为它们供应庞大地缓冲区空间和强大地处理功能 .多个 32 位定时器、 1 个 10
21、 位 8 路 ADC 、PWM 通道和 47欢迎下载精品学习资源个 GPIO 以及多达 9 个边沿或电平触发地外部中断使它们特殊适用于工业掌握和医疗系统 .通过片内 PLL 可实现最大为 60MHz 地 CPU 操作频率, PLL 地稳固时间为 100us.可通过个别使能 /禁止外部功能和降低外部时钟来优化功耗 .单个电源供电,含有上电复位(POR)和掉电检测( BOD)电路.CPU 操作电压范畴: 3.03.6 V 3.3 V10%, I/O 口可承担 5V 地最大电压.以 LPC21 系列单片机具有 32 位解决方案地固有优势,如资源丰富、采纳多级流水线技术、功耗低、体积小巧、购买和开发成
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