基于单片机的GPRS无线数据终端设计.docx

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1、基于单片机的GPRS无线数据终端设计 【摘要】设计了1个基于单片机的GPRS无线数据终端，该终端以单片机微处理器为限制核心，利用无线模块SIM900实现与远程服务器的TCP连接及数据通信，进而实现远程限制LED灯的点亮和熄灭。该终端克服了智能家居、远程限制等领域一些设备工作环境受地域限制数据传输不便的问题。为远距离通信供应可能。经测试，本系统具有实时性好，接入速度快，牢靠性好，通信距离远等优点。 【关键词】单片机；TCP/IP协议；SIM900；无线数据终端；GPRS 1.前言 GPRS系统利用现有的GSM网络资源，发挥其系统传输特性好的优势，为现场数据采集供应了一种便利、实时、高速的无线数据

2、传输方式。针对单片机接入Internet，国内外厂商都进行了开发，提出的方案有：采纳专用的服务器，利用网络通信技术组成子网的单片机嵌入式系统，经过路由接入外部网络；通过专用的网关，用网络通信技术组成的子网运行TCP/IP协议；干脆在单片机上实现TCP/IP协议，通过以太网接口限制芯片接入互联网。1 以上方式都是采纳有线的方式接入，运用在一些固定的工作场所，本文探讨的是将单片机通过无线方式接入Internet的方案，在单片机上实现TCP/IP协议和PPP协议，并用单片机驱动GPRS模块实现单片机接入Internet。 2.GPRS技术 GPRS在移动用户和数据网络之间供应了一种连接，常为APN连

3、接，该连接可以给移动用户供应高速无线IP。GPRS采纳分组交换技术，每个用户可以同时占用多个无线信道，同一个信道又可以为多个用户运用，以提高无线信道的利用率。GPRS无线传输速率在理论上可以达到180Kbps，特殊适合于间断的、突发性的或常见的、少量的数据传输，也适合间或的大量数据传输。GPRS网络覆盖范围广，无空间和距离限制。运用GPRS技术实现数据分组收发，用户恒久在线，保证数据传输的实时性。GPRS网络接入速度快，且按流量计费，可以有效降低服务成本。由此可见，采纳GPRS方式是一种经济可行的单片机上网传输数据方案。2 3.系统总体设计方案 无线数据终端系统包括两个部分：主控部分和GPRS

4、无线传输部分。主控部分将对接收到的数据经过肯定的信息分析处理，如数据融合、数据加密、打包等，以串行通信的方式发送到无线传输部分。无线传输部分通过TCP/IP传输协议，将主控部分处理后的数据通过GPRS网络发送到Internet网络上，在Internet上通过查找远程服务器的IP地址和端口号，实现与远程服务器的数据通信。无线数据终端硬件框图如图1所示。 3.1 系统主控部分 单片机限制模块，它是系统的限制核心，负责驱动GPRS模块与Internet外网的连接，接收、解析并处理GPRS模块上传来的数据报，封装成要发送的数据报并传送给GPRS模块，限制与其P0.0引脚相连的LED灯的亮、灭。 3.2

5、 GPRS无线传输部分 SIM900模块是SIMCOM公司推出的于双频GSM/GPRS模块，完全采纳SMT封装形式，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。 GPRS模块是系统的通信功能模块，它是单片机与互联网交换数据报的桥梁，负责单片机与互联网的连接。对于单片机接入Internet，在软件协议上须要进行许多裁剪和简化，综合协议的协议的兼容性和协议所需的系统资源，对协议栈做如下选择3：链路层选择PPP协议。PPP协议在数据传输过程中有差错检测功能，通信双方可以协商数据报大小、认证方式、链路质量等。网络层选择协议IP

6、协议。IP协议是TCP/IP协议的核心部分，全部的上层数据报文，包括TCP、UDP、ICMP和IGMP报文都是以IP报封装传输的。传输层选择TCP协议。TCP供应了一种面对连接的牢靠的双向数据传输服务。TCP连接建立和断开有严格的步骤，报文传输过程中有超时重传机制、滑动窗口机制、TCP校验机制等。UDP供应的是一种无连接、不行靠的服务，它通过上层协议来保证连接的牢靠。UDP的实现相对简洁，传送数据也较TCP快4。本系统采纳TCP协议。由于无线模块SIM900内嵌有TCP/IP协议，所以本次系统设计重点在于单片机驱动无线模块SIM900上网的驱动程序的设计。 3.3 系统工作原理 终端连入GPR

7、S网络前，先进行TCP连接，连接胜利后，终端通过串口接收到远程服务器发送的数据后限制与其相连接的LED灯的亮和，然后向服务器发送“LEDON”和“LEDOFF”字符串，实现与远程服务器的数据通信。 4.系统硬件设计 本系统是采纳STC89C52单片机作为主控电路芯片，鉴于文章的篇幅，文中没有给出单片机的内部结构图。系统主控电路除了单片机最小系统外，还和无线模块SIM900连接，单片机和GPRS模块之间通过串口进行通信，只需将单片机的串口发送端Txd、串口接收Rxd和地Gnd信号与GPRS模块相应的相应的Rxd、Txd、Gnd引脚连接即可。 5.系统软件设计 5.1 基于的AT指令的GPRS联网

8、设置 系统的GPRS模块选用的是SIM900，该模块是采纳AT指令进行限制的，采纳AT指令可以实现模块参数的设置，实现数据的发送与接收。 串口基本设置如下：端口为COM3，波特率为9600，无校验位，数据位为8，停止位为1。然后打开串口，根据下面的步骤给SIM900模块发送AT指令，建立TCP连接。详细的设置步骤如下：第1步：ATE1设置无线模块的回显；第2步：AT+CSQ查询当前信号质量；第3步：AT+CGREG？查询模块是否有注册网络；第4步：AT+CGATT？查询模块是否附着GPRS网络；第5步：AT+CSTT设置APN连接；第6步：AT+CIICR激活移动场景；第7步：AT+CIFSR

9、获得本地IP地址；第8步：AT+CIPSTART=TCP，5000建立TCP/IP连接，此处为无线网卡的固定IP；第9步：AT+CIPSEND=37模块向服务器发送数据；第10步：服务器向模块发送数据Please send LED control data package！；第11步：AT+CIPHEAD=1。详细的GPRS联网设置流程图如图2所示。 5.2 单片机驱动程序编写 首先是串行口驱动层。它包括串口初始化、定时器初始化、接收中断、读串口函数receive_char、写串口函数send_string等函数。然后，在这些串口函数的基础上编写GPRS模块的驱动函数。微限制器通过串行口限制G

10、PRS模块，进行拨号、设置等操作。限制的方法是采纳AT吩咐。 5.3 下行数据解析算法 当单片机串口检测到RXD端有数据时，接收标记位RI置为1，进入中断函数void comminterrupt 4，进入函数后推断是否是以”OK”和“ROR”结尾的，假如是就将将发送标记位send_flag置1，利用strstr函数推断接收到的数据是以或者”+IPD，14：”开头的，然后向服务器发送：“LEDON”和“LEDOFF”，进而将远程LED灯打开和关闭。详细的算法程序如下： if）/TX_Buf为接收数据缓冲 send_flag=0； send_string；/发送gprs吩咐符 send_strin

11、g；/向服务器发送数据 LEDON=0； count=0；send_flag=0；ES=1；/清除接收数据缓冲，标记位清零，开中断 break； 6.系统数据通信效果测试 当无线数据终端收到了来自服务器发送的数据：”+IPD，13：+IPD5：LEDONOK”后执行指令“LEDON=0”，将远程LED灯打开，然后向服务器发送：“LEDON”。当接收到来自服务器发送的数据”+IPD，14：+IPD6：LEDOFFOK”后执行指令“LEDOFF=1”，将远程LED灯关闭，然后向服务器发送：“LEDOFF”，详细的实物图如图3所示。远程服务器接受到的数据将显示在上位机软件上，如图4所示。 和“LED

12、OFF”数据在上位机软件上的显示 7.总结 该GPRS无线数据终端克服了传统的有线传输，其最大特点就是使无线数据终端以快速、牢靠、低廉的方式连入GPRS网络和互联网，使无线数据终端数据信息可以快速、实时的进行传送，为无线数据终端平安稳定的运行供应了牢靠的保证。假如扩呈现在普遍流行的TPM可使系统有更高的平安性，为智能家居、电力抄表、远程监控领域的进一步发展和应用供应了广袤的前景。 参考文献 1李明，康静秋，贾智平.嵌入式TCP/IP协议栈的探讨与开发J.计算机工程与应用，2002，1：1-2. 2钟章队，蒋文怡.GPRS通用分组无线业务M.北京：北京人民邮电出版社，2001. 3安亚兴，童小念.基于GPRS的单片机无线接入Internet方式J.计算机与数字工程，2022，33：116-119. 4张正平，夏斌，刘桥.基于单片机的GPRS无线数据采集与传输系统的设计J.四川理工学院学报，2022，10：19-22. 作者简介：姜东东，男，河南漯河人，硕士探讨生，现就读于广西师范高校电子工程学院，主要从事远程电力抄表及无线通信方面的探讨。 第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页