基于GPRS的無線數(shù)傳模塊的設(shè)計論文

1、1緒論1.1 引言GPRS是一種基于第二代移動通信系統(tǒng)GSM(全球移動通信系統(tǒng))的無線分組交換技術(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?，F(xiàn)有的中國移動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，組建無線數(shù)字測控網(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，適合于智能終端的數(shù)據(jù)傳輸，降低了系統(tǒng)運營成本，使系統(tǒng)在具有一定實時性前提下可

2、以保證系統(tǒng)可靠運行。1.2 研究背景在過去的幾年中，GSM被證明是最成功的商用移動系統(tǒng)，截至2010年3月，全球GSM用戶數(shù)已突破30億。隨著市場需求的增加和技術(shù)的成熟，移動通信必然要朝著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)，也就是通常所說的2.5G系統(tǒng)。近年來，大量的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)運而生，像車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)、機房無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、智能家居等。這類業(yè)務(wù)往往是在一個主要的控制中心管理下，多個終端設(shè)備以無線方式與控制中心進(jìn)行信息交互，終端設(shè)備除了具有無線接入之外，還要求有比較強的數(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)需要即時傳輸，很多場合需要有線連接的方式已不能滿足人們的需要，而GPRS無線數(shù)傳模塊為無線接入產(chǎn)品提供了一個廣闊的平臺?，F(xiàn)在市場上針對此類的應(yīng)用已推出了一些，但這些產(chǎn)品往往功能比較單一，比如資料的透傳僅僅把終端作為一個無線通信設(shè)備來使用，而不考慮其他數(shù)據(jù)處理功能，將所有資料運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軟件的繁忙。真對這種低端產(chǎn)品的不足，我們希望能夠研究出一種更能更加豐富和強大的產(chǎn)品，比如對資料進(jìn)行計算提取最終值進(jìn)行傳送，對運算結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷并具有超限報警功

4、能，形成一個無人看守的數(shù)據(jù)處理平臺，是終端系統(tǒng)具備通用性及可擴展性。1.3 GPRS簡介1.發(fā)展移動通信通常分為三代，第一代是模擬的無線網(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業(yè)務(wù)，成為3G。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的英文簡稱，是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，目前通過升級GSM網(wǎng)絡(luò)實現(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IP網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)，移動終端就像GPRS子網(wǎng)中的一臺

5、主機，通過移動IP來識別。2.GPRS基于以太網(wǎng)的無線通訊系統(tǒng)的架構(gòu)：基站子系統(tǒng) GPRS主干網(wǎng)移動終端Internet圖1-1 無線通訊系統(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)建立起來的，為了實現(xiàn)GPRS需要在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)增加一些節(jié)點，其中兩個重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是：SGSN和GGSN。SGSN是服務(wù)GPRS支持節(jié)點（Serving GPRS Support Node），其功能為處理話務(wù)、路由尋址、手機移動性管理、鑒權(quán)和加密、計費和統(tǒng)計，對邏輯鏈路進(jìn)行建立、維護(hù)和釋放，對無線資源進(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（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、計費和統(tǒng)計，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:·資源利用率高，多個用戶可共享同一信道； ·傳輸速率快，可達(dá)171.2Kb/S；·接入時間短，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)隊伍維護(hù)的優(yōu)勢，GPRS當(dāng)前應(yīng)用廣泛的行業(yè)有無線電力抄表、管網(wǎng)監(jiān)測、氣象采集、金融業(yè)務(wù)、電力、油田、工業(yè)控制、運輸、證券、商業(yè)、公共安全業(yè)、交通信息實時發(fā)布等，它們都能備與數(shù)據(jù)服務(wù)器之間通訊， 應(yīng)用特點是數(shù)據(jù)量小，發(fā)送時間間隔大，或不定時發(fā)送。本文由閏土服務(wù)機械外文文獻(xiàn)翻譯成品淘寶店整理2無線數(shù)傳模塊總體方案設(shè)計2.1 模塊功能介紹該無線數(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路開關(guān)量輸入，4路開關(guān)量輸出；·10位A/D轉(zhuǎn)換；·智能無線網(wǎng)絡(luò)組建；·無

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路開關(guān)量輸入客戶機GPRS模塊單片機4路開關(guān)量輸出圖2-1 結(jié)構(gòu)框圖 Fig. 2-1 Structure frame diagram工作原理：無線數(shù)傳模塊采用微控制器和GPRS模塊相結(jié)合，實現(xiàn)所需工藝變量（溫度、濕度、流量、壓力、液位等）數(shù)據(jù)的測量與控制，采集的數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送到Internet上的數(shù)據(jù)衷心服務(wù)器上，利用Internet實現(xiàn)客戶機與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的通信，再通過相關(guān)軟件的配合，最終實現(xiàn)對被測對象的合理控制。因無線數(shù)傳模塊使用SIM卡，所以只要有手機信號和Inter

9、net的地方就可以實現(xiàn)對工藝變量的測量和控制。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下位機硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig. 2-2 The lowercomputer hardware structure 下位機MCU可根據(jù)需求選擇，上位機硬件由一臺連接Internet的PC機構(gòu)成。2.4 軟件設(shè)計思想系統(tǒng)軟件設(shè)計包括下位機控制軟件和上位機遠(yuǎn)程檢測軟件。·下位機軟件完成微控制器以及GPRS模塊的初始化，網(wǎng)絡(luò)建立，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和傳送；·上位機檢測軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、分析、實時顯示、數(shù)據(jù)庫存儲、監(jiān)測報警等功能。3無線數(shù)傳模塊硬件設(shè)計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STC12C5A60S2和TC35I供電，經(jīng)過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溫度測控系統(tǒng)在工業(yè)農(nóng)業(yè)很多場合都需要用到。我們設(shè)計的這一系統(tǒng)，既能實現(xiàn)溫度的測量，還能在一定程度上實現(xiàn)溫度的控制。其中溫度的測定值可以無線數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。而無線遠(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，減輕了對人的要求。本設(shè)計是以單片機STC12C5A60S2和GPRS模塊TC35I為核心，配合溫度采樣及信號調(diào)理電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路構(gòu)成遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)。該溫度測控系統(tǒng)采用了計算機+單片機的上下位機結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)架構(gòu)。上位計算機作為遠(yuǎn)程溫度測控系統(tǒng)的控制中心，用于接收下位機通過GPRS

12、無線通信方式傳送的（測量溫度、設(shè)定溫度和轉(zhuǎn)速）數(shù)據(jù)，并對下位機進(jìn)行遠(yuǎn)程溫度的控制。同時，上位機還可以通過數(shù)據(jù)中心服務(wù)器與客戶機進(jìn)行通信，實現(xiàn)只要有Internet的地方，都能對我們的溫度測控系統(tǒng)進(jìn)行溫度的測控。下位機則由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)來完成現(xiàn)場溫度的采樣和處理，在本地顯示或送遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，并通過一定的方式實現(xiàn)對現(xiàn)場溫度的控制。溫度的測量采用熱敏電阻PT100來實現(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，該系統(tǒng)是根據(jù)遠(yuǎn)程工藝量的要求設(shè)計出的一種基于GPRS通信技術(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)下位機以單片機為核心控制部件，可采用多種變送器對

13、所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、處理，然后通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)經(jīng)Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機，實現(xiàn)了對所采集數(shù)據(jù)的實時顯示、數(shù)據(jù)庫存儲、監(jiān)測報警等功能。該電路輸出的05V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號流入單片機的P1.1口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此外，該電路還有一下幾點說明：電路設(shè)計：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)境溫度變化對測量的影響；還有考慮流過熱電阻的電流限制在1mA一下，防止電流熱效應(yīng)帶來的附加誤差。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)計中要設(shè)置調(diào)整元件，例如將用一個滑動變阻器與R10相串聯(lián)，在輸入0對應(yīng)的電阻時調(diào)整電位器使得橋路輸出0.00 V。信號流程：感溫元件的感溫信號后經(jīng)信號調(diào)理電路后獲得與0-800 相對應(yīng)的05 V的電壓信號，該信號經(jīng)帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機STC12C5A60S2進(jìn)行分析、處理，測得的溫度經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心和上位機顯示。如果測得的溫度與設(shè)定溫度之間的差值達(dá)到一定值時，可以經(jīng)開光量輸出電路控制電機帶動風(fēng)扇降溫。電路分析：根據(jù)設(shè)計要求，輸入信號調(diào)理電路在輸入0 時對應(yīng)的電阻（PT100為100 ）時輸出應(yīng)為0.00V的電壓，輸入800 時對應(yīng)的電阻（PT100為375.5

15、）時輸出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)所測溫度為0 時，Rt=0，Rt=100.00 ，所以U01=0 V；當(dāng)所測溫度為800 時，Rt=375.50 ，帶入計算： 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)以上計算，當(dāng)所測溫度為0 時，U01=0 V，UO=0 V；當(dāng)所測溫度為800 時，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 開關(guān)量輸入及輸出

16、電路1. 開關(guān)量輸入電路開關(guān)量，就是一對觸點，這一對觸點之間有2個狀態(tài)，要么是連通的，要么是閉合狀態(tài)，這對觸點傳達(dá)的信息就是一個開關(guān)量。開關(guān)量輸入現(xiàn)場的以開關(guān)量為輸出形式的檢測元件（如操作控制按鈕）的連接通道，它把反映生產(chǎn)過程的有關(guān)信號轉(zhuǎn)換成CPU單元所能接收的數(shù)字信號，本模塊設(shè)計為8路開關(guān)量輸入到單片機的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 開關(guān)量輸入電路Fig. 3-5 Switch input circuit2.開關(guān)量輸出電路本電路用來控制繼電器的動作，從而控制降溫裝置（如風(fēng)扇、

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

18、可在掉電時及時將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM，正常工作時無需操作RRPROM；·低功耗設(shè)計：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）；·工作頻率：035MHz；·時鐘：外部高精度晶體時鐘；·60K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上；·1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器；·芯片內(nèi)EEPROM功能，擦寫次數(shù)10萬次以上；·8通道，10位高速ADC，速度可達(dá)25萬次/秒，2路PWM還可當(dāng)作2路D/A使用；·4個16位定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1；·可編程時鐘輸出功能，P3.4/T0輸出,P3

19、.5/T1輸出；·硬件看門狗（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；·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，可用作燒寫程序接口和與TC35I通信接口；·P0.0P0.7，可作8路開關(guān)量輸入口；·P4.5為GPRS模塊TC35I啟動信號；·P2.0P2.7，8路開關(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控制口。3.5 GPRS模塊3.5.1 TC35I簡介1. TC35

21、I是德國SIEMENS（西門子）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秉承了西門子一貫的優(yōu)秀品質(zhì)，易于集成，在遠(yuǎn)程監(jiān)控和無線公話以及無線POS終端等領(lǐng)域您都能看到TC35I無線模塊在發(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：語音和數(shù)據(jù)； ·電源：單電源3.3V 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)；·語音解碼標(biāo)準(zhǔn)：三種速率，半速 (ETS 06.20)，全速(ETS 06.10)，增強型全速速 (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（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； ·自動波特率范圍：4.8kbps115kbps； ·軟件下載功能：通過RS232或SIM接口； ·實時時鐘：可實現(xiàn)時鐘頻率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使用說明1. 引腳說明TC35I模塊有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。這40 個引腳可以劃分為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個引腳做為SIM卡的接口，SIM卡上也有6個引腳分別與它相對應(yīng)， SIM卡同TC35i是這樣連接的：SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過SIM卡閱讀器與TC35i的同名端直接相連，ZIF連接座的CCIN引腳用來檢測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為語音接口，可以直接接駐極體話筒和揚聲器用來采集聲音或者放音。 15、30、31、32腳為控制腳，其中15腳是啟動腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài),必須給IGT加一個大

26、于100ms的低脈沖,電平下降持續(xù)時間不可超過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/輸出接口實際上是一個串行異步收發(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，無校驗位，波特率在300bps115kbps之間可選，硬件握手信號用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)時的功率增長情況，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,表明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當(dāng)LED為600 ms亮/600ms熄時，表明SIM卡沒有插入或TC35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄；當(dāng)LED為75 ms亮/3 s熄時，表明TC35I已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，處于待機狀態(tài)。 2.具體說明：·關(guān)于VDD端TC35正常工作時，VDD引腳輸出信號的幅度（大約在開機后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，長度不得超過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)點火信號端/IGT，用OC門或者一個簡單的開關(guān)拉低該端電平來開啟模塊，低電平有效。對于點火信號IGT的處理，需要首先拉低該腳電平到地，并至少維持100ms。 注意，如果通過充電器回路（接到POWER引腳）供電，或者通過電池供電（接到VBATT+引腳），那么IGT信號必須維持至少1秒。·關(guān)于PD（Power down）TC

30、35的關(guān)閉電源端/PD，關(guān)機信號脈沖，信號波形為|_| ，拉低到低電平，至少維持3.5秒方為有效，可用OC門或者一個簡單的開關(guān)實現(xiàn)，通過關(guān)機信號端可以關(guān)閉TC35。而在IGT引腳施加一個低電平脈沖信號可以重新開啟模塊及系統(tǒng)。另外，關(guān)機信號端/PD也可用來實現(xiàn)看門狗信號輸出。3.TC35的開機操作時序 當(dāng)開始應(yīng)用時，TC35的加電過程必須按照以下步驟進(jìn)行： 直到VBATT+腳的電平超過3.0V時方可對IGT信號電平變換。 VBATT+腳的電平上升達(dá)到3.0V后維持10毫秒，方可拉低IGT線的信號電平。IGT線的電平跌落時間（下降時間）必須不超過1ms。 另外，該IGT線的低電平信號必須維持最少1

31、00ms。 在IGT線信號轉(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，不然就會出現(xiàn)信號無效的情況，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，不然長期使用會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，這就涉及到電平轉(zhuǎn)換的問題。TL電平和RS232協(xié)議都對邏輯電平進(jìn)行了定義，但它們各自的定義有所不同：TTL電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”，這被稱做TTL（Transistor Trans

32、istor Logic 晶體管-晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)；TTL電平信號對于計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號直接與集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅(qū)動器以及接收器電路；再者，計算機處理器控制的設(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)傳輸對于超過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。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問

33、題，這些問題對可靠性均有影響。 RS-232-C個人計算機上的通訊接口之一，是美國電子工業(yè)協(xié)會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，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)。通常 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) 或是25個引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個人計算機上會有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。RS-232-C 對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(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，信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3V+15V，信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V-15V。以上規(guī)定說明了RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)，邏輯“1”的電平低于-3V，邏輯“0”的電平高于+3V；對于控制信號，接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)（OFF）即信號無效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對值大于3V時，電路可以有效地檢查出來，介于-3+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無意義，因此，實際工作時，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機相連，下載相應(yīng)調(diào)試程序進(jìn)

35、入單片機，驗證模塊串口通信是否正常。單片機與PC機通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232連接。然后單片機與TC35I連接，由于微控制器和GPRS模塊串口電平同為TTL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，信號指示燈一亮一滅，亮與滅的時間相同，這時模塊正在搜索信號，等到信號指示燈閃一下，大約滅2-3秒，這時候說明我們的GPRS模塊已經(jīng)注冊上信號，說明TC35I工作正常。2.下載線連接上單片機，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)過測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 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無線數(shù)傳模塊軟件設(shè)計4.1 下位機軟件設(shè)計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說明：·物理層：在對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GPRS模塊撥號，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)之間建立起來了。·數(shù)據(jù)鏈路層：PPP（Poin

38、t to Point Protocol，點對點協(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差錯的數(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IP路由選擇，可以實現(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說明：說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GPRS模塊的設(shè)置和測試，以及對GPRS模塊的撥號操作。首先，通過AT指令接口函數(shù)測試GPRS模塊是否正常，進(jìn)行必要的初始化設(shè)置；接著對接入的網(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，若能收到對方返回的連接成功信號，MC

40、U就發(fā)送一個LCP（Link Control Protocol，鏈路控制協(xié)議）的請求幀，以進(jìn)入PPP協(xié)議協(xié)商階段，協(xié)商完成后，撥號就成功了。此后，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是PPP幀，GPRS工作模式進(jìn)入無線連接狀態(tài)，不再響應(yīng)AT指令，直到斷開連接為止。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)商撥號成功

41、？發(fā)送AT指令撥號配置連接信息 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)起請求（request），ISP按照請求內(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)議的一個子集，在PPP通信中，發(fā)送端和接收端通過發(fā)送LCP包來確定那些在數(shù)據(jù)傳輸中的必要信息。LCP檢查鏈接設(shè)備的標(biāo)識，決定是接受還是拒絕；確定傳輸中可接收的包字節(jié)數(shù)；核對雙方配置是否匹配，如果不匹配則斷開鏈接。只有在LCP包鏈接是可用的情況下，數(shù)據(jù)才能實現(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，主要是通過使用 2 次握手提供一