單片機與GPRS模塊通訊開發(fā)的注意事項

1、單片機微控制器以其體積小、功耗低、使用方便等特點，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、民用的嵌入式系統(tǒng)中；而隨著互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的興起與普及，使微控制器通過互聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)就變得非常有意義。 目前使微控制器上網(wǎng)的解決方案一般有兩種：一種是采用微控制器驅(qū)動網(wǎng)卡，通過以太網(wǎng)連接Internet;另一種是使微控制器直接驅(qū)動調(diào)制解調(diào)器（MODEM）通過電話線向ISP撥號上網(wǎng)。這兩種方案 的缺點在于都要使用有線的網(wǎng)絡(luò)，無法應(yīng)用于在邊遠地區(qū)或可移動系統(tǒng)中。針對這一問題， 提出一種基于 GPRS 的單片機上網(wǎng)的解決方案， 即在單片機中實現(xiàn)PPP協(xié)議，并通過驅(qū)動GPRS模塊經(jīng)過GPRS無線網(wǎng)連接到Internet實現(xiàn)

2、上網(wǎng)。 這種方案的優(yōu)點在于： 覆蓋面廣，適用于廣大偏遠地區(qū)； 無線上網(wǎng)，適用 于可移動目標；使用廉價的微控制器實現(xiàn)簡單、成本低；安裝簡便，維護方便。GPRSfc術(shù)及其特點GPR（S General Packet Radio Service ）是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，是在GSMS礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式。與原有的GSM匕較， GPR的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢：通過多個 GSM寸隙的復 用，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，理論峰值達115kb/s ；不同的網(wǎng)絡(luò)用戶共享同一組GPRSJ道，但只有當某一個用戶需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時才會占用信道資源。這樣， 通過多用戶的業(yè)務(wù)

3、復用， 更有效地利用無線網(wǎng)絡(luò)信道資源， 特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸，很好地適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點；GPRSt費方式更加靈活，可以支持按數(shù)據(jù)流量來進行計費；與無線應(yīng)用協(xié)議（ WAP技術(shù)不 同，GPRSg夠隨時為用戶提供透明的IP通道，可直接訪問Internet中的所有 站點和資源；采用信道復用技術(shù)，每一個GPR即戶都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠在線；另外， GPR變能支持在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進行語音通話等等，而且相對于短消息等 其它無線數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，GPRS勺價格優(yōu)勢比較明顯。目前，我國移動推出的GPRS 上網(wǎng)業(yè)務(wù)最高每千字節(jié)也只有3 分錢，而且用戶可以根據(jù)自己的需要，以月租、包月等多種形式進一步降

4、低 GPRSS信的費用。因此使用GPRS?現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的傳送是非常經(jīng)濟實用的，特別是對于不易架設(shè)有 線網(wǎng)絡(luò)的邊遠地區(qū)和可移動裝置。硬件連接和GPRSK塊設(shè)置通過GPRS3進行數(shù)據(jù)傳輸一般需要使用 GPRS1塊。目前，GPRS1塊一般 是指帶有GPR創(chuàng)能的GSMK塊，可以利用GPRS3進行數(shù)據(jù)通信。其中比較流行的有法國Wav宓司的WISMO（列和西門子公司的S系列等等。 WAVECOMWISMO1塊接口簡單、使用方便且功能非常強大其中GPRS1塊與單片機間是通過用行口進行通信的，通信速率最快可以達 到115 200b/s o模塊與控制器間的通信協(xié)議是 AT命令集，其中大部分命令是符 合協(xié)議“ AT

5、 command set for GSM Mobile Equipment （ME） （GSM 07.07 version 6.4.0 Release 1997）”的，但也有一些是 Wavecom1己定義的AT命令。除了申 口發(fā)送（TX）、用口接收（RK之外，微控制器與GPRS1塊之間還有一些硬件 握手信號，如DTR CTS DC/。為了簡化微控制器的控制， 硬件設(shè)計時不要使用全部的硬件握手信號， 而只使用 數(shù)據(jù)載波檢測(Data Carrier Detect, DCD 和終端準備(Data Terminal Ready, DTR信號。DCDB號可以檢測GPR馱塊是處于數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)還是處于 A

6、T命令傳送狀態(tài)。DTR信號用來通知GPR馱塊傳送工作已經(jīng)結(jié)束。硬件連接完成后，在進行GPRSt網(wǎng)操作之前，首先要對GPR馱塊進行一定的設(shè)置。主要的設(shè)置工作有：設(shè)置通信波特率，可以使用 AT+IPR=3840師令，把波特率設(shè)為38 400b/s或其它合適的波特率，默認的通信速度為 9600b/s 。 設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)，通過 AT+ CGD CONT=1, IP”， “CMNET命令設(shè)置 GPRS 接入網(wǎng)關(guān)為移動夢網(wǎng)。設(shè)置移動終端的類別，通過 AT+CGCLASS=B設(shè)置移動終端的類別為 B類， 即同時監(jiān)控多種業(yè)務(wù)；但只能運行一種業(yè)務(wù)，即在同一時間只能使用GPRSt網(wǎng)， 或者使用GSM勺語音通信。 測

7、試GPRSK務(wù)是否開通，使用AT+CGACT=1,命令激活GPR劭能。如果返回 OK則GPRSS接成功；如果返回ERROR則意味著GPRSfe敗。這時應(yīng)檢查一下 SIM卡的GPR吼務(wù)是否已經(jīng)開通，GPRSK塊天線是否安裝正確等問題。中國移動在GPRSf Internet網(wǎng)中間建立了許多相當于ISP的網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(GGSN,以連接GPRS3與外部的Internet網(wǎng)。GPRSK塊可以通過撥“*99*1# 登錄到GGSNt動態(tài)分配到Internet網(wǎng)的IP地址。其間GPRSK塊與網(wǎng)關(guān)的通信要符合點對點協(xié)議( Point to Point Protocol, PPP )，其中身份驗證時用戶名、密碼都

8、為空。使用 PPP協(xié)議登錄上之后，就可以通過 GGS唳上 Internet 了。軟件整體結(jié)構(gòu)程序中的所有彳t碼最好采用 C語言編寫，并采用分層的結(jié)構(gòu)，從底到上分別 為：串口驅(qū)動層、GPRSK塊驅(qū)動層、PPPB議層、IP協(xié)議層、UDPft、議層與應(yīng)用 層。 上層函數(shù)的實現(xiàn)需要應(yīng)用到底層函數(shù)， 而底層函數(shù)的任務(wù)就是為上層函數(shù)提 供服務(wù)，最終完成應(yīng)用層任務(wù)傳送數(shù)據(jù)。驅(qū)動程序編寫首先是串行口驅(qū)動層。它實現(xiàn)打開串口、關(guān)閉串口、讀串口數(shù)據(jù)、寫串口數(shù)據(jù)等函數(shù)。然后，在這些串口函數(shù)的基礎(chǔ)上編寫GPRS1塊的驅(qū)動函數(shù)。單片機通過用行口控制GPRS1塊，進行撥號、設(shè)置等操作?？刂频姆椒ㄊ遣捎肁T命令。在控制GPR

9、SK塊撥打移動夢網(wǎng)GGSN勺登錄號碼“ *99*1# ”之后，GPRSK塊就轉(zhuǎn)入在線模式( On-Line )。此時單片機向串行口發(fā)送的所有數(shù)據(jù)都透明地傳送給了 GGSN同樣GGSNJ回答也傳回單片機的串行口。當數(shù)據(jù)傳送完成后，單片機需要通知 GPRS1塊結(jié)束會話，并從在線模式轉(zhuǎn)回普 通的命令模式，這可以通過置高 DTRlfe完成。同時，如果線路由于異常斷開，CD 線會回復到平常的低電平，所以處于在線模式下也要不斷檢測CD線是否處于高電平。根據(jù)這些操作，可以編寫 GPRSI動函數(shù)：初始化GPRSK塊函數(shù)、撥號函 數(shù)、斷開連接函數(shù)、檢測是否處于在線狀態(tài)函數(shù)。這些底層的驅(qū)動函數(shù)將會使上層協(xié)議的編寫

10、很方便， 更重要的是， 它為我們提供了一個驅(qū)動抽象層。 當?shù)讓佑布龀龈膭拥臅r候， 只需要對底層的驅(qū)動函數(shù)進 行改動，而上層函數(shù)的代碼不變。PPP議的實現(xiàn)由于移動夢網(wǎng)的GGSNf GPRS1塊通信時遵循PPP協(xié)議，所以要在單片機中 也實現(xiàn)一部分PPP協(xié)議才能與之對話。GPRSK塊在撥號后首先要與GPRS3關(guān)進 行通信鏈路的協(xié)商， 即協(xié)商點到點的各種鏈路參數(shù)配置。 協(xié)商過程遵守LC(P LinkControl Protocol ) 、 PA(PPassword Authentication Protocol )和 IPC(P Internet Protocol Control Protocol

11、)等協(xié)議。其中LCP協(xié)議用于建立、構(gòu)造、測試鏈 路連接；PAP協(xié)議用于處理密碼驗證部分；IPCP協(xié)議用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議環(huán)境，并 分配 IP 地址。協(xié)商機制用有限狀態(tài)機的模型來實現(xiàn)。一旦協(xié)商完成，鏈路已經(jīng) 創(chuàng)建， IP 地址已經(jīng)分配就可以按照協(xié)商的標準進行IP 報文的傳輸了。根據(jù)應(yīng)用的不同，IP報文中可以攜帶UDP艮文，也可以是TCP或ICMP報文。本系統(tǒng)正是 采用UDPffi文傳送數(shù)據(jù)信息的。數(shù)據(jù)傳輸完成之后，單片機會向GGS版送LCP的斷開連接報文，以終止網(wǎng)絡(luò)連接。PPPB議的幀結(jié)構(gòu)(圖略)。單片機的串口中斷接收程序首先以包起始和結(jié) 束符來判斷是否有完整的PPP包，并對PPPfe的內(nèi)容進行校驗

12、，以確定數(shù)據(jù)包的 完整性和正確性。然后，在主循環(huán)中進入 PPP報文解析模塊。登錄GGSN勺過程系統(tǒng)的一個難點是單片機登陸 GPRS3關(guān)(GGSN并與網(wǎng)關(guān)通過LCR PAP IPCP協(xié)議進行協(xié)商的過程。LCR PAP與IPCP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)大同小異，最常用的 為請求(REQ、同意(ACK和才!絕(NAK三種幀。單片機與GGS咯為一方進 行協(xié)商，任何一方都可以發(fā)送REQM請求某方面的配制，另一方覺得配置不能接 受會回應(yīng)NAKM,如果可以則回應(yīng)ACK#0為了節(jié)省資源，我們只處理這三種數(shù) 據(jù)幀，其它鏈路問題都由單片機在程序控制下自己重新?lián)芴柦鉀Q。協(xié)商過程大致描述如下：在撥號成功連接后，GGSNI先會返回一個PAP REQ數(shù)據(jù)幀。我們發(fā)送一個空LCP RECM,以強迫進行協(xié)議協(xié)商階段。隨后， GGSN 發(fā)送LCP設(shè)置幀，我們拒絕所有的設(shè)置并請求驗證模式。GGSNfcJ CHAPE PAP方式驗證，我們只接受PAP方式。然后，進行PAP驗證用戶名和密碼過程，在 GPR即用戶名與