單片機(jī)與GPRS模塊通訊開(kāi)發(fā)的注意事項(xiàng)

1、單片機(jī)與GPRS模塊通訊開(kāi)發(fā)的注意事項(xiàng)單片機(jī)微控制器以其體積小、功耗低、使用方便等特點(diǎn)，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(guò)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(dòng)網(wǎng)卡，通過(guò)以太網(wǎng)連接Internet；另一種是使微控制器直接驅(qū)動(dòng)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）通過(guò)電話線向ISP撥號(hào)上網(wǎng)。這兩種方案的缺點(diǎn)在于都要使用有線的網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法應(yīng)用于在邊遠(yuǎn)地區(qū)或可移動(dòng)系統(tǒng)中。針對(duì)這一問(wèn)題，提出一種基于GPRS的單片機(jī)上網(wǎng)的解決方案，即在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)GPRS模塊經(jīng)過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)

2、連接到Internet實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于：覆蓋面廣，適用于廣大偏遠(yuǎn)地區(qū)；無(wú)線上網(wǎng)，適用于可移動(dòng)目標(biāo)；使用廉價(jià)的微控制器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低；安裝簡(jiǎn)便，維護(hù)方便。GPRS技術(shù)及其特點(diǎn)GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式。與原有的GSM比較，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)：通過(guò)多個(gè)GSM時(shí)隙的復(fù)用，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，理論峰值達(dá)115kb/s；不同的網(wǎng)絡(luò)用戶共享同一組GPRS信道，但只有當(dāng)某一個(gè)用戶需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)占用信道資源。這樣，通過(guò)多用戶的業(yè)務(wù)復(fù)

3、用，更有效地利用無(wú)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(diǎn)；GPRS計(jì)費(fèi)方式更加靈活，可以支持按數(shù)據(jù)流量來(lái)進(jìn)行計(jì)費(fèi)；與無(wú)線應(yīng)用協(xié)議（WAP）技術(shù)不同，GPRS能夠隨時(shí)為用戶提供透明的IP通道，可直接訪問(wèn)Internet中的所有站點(diǎn)和資源；采用信道復(fù)用技術(shù)，每一個(gè)GPRS用戶都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線；另外，GPRS還能支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行語(yǔ)音通話等等，而且相對(duì)于短消息等其它無(wú)線數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，GPRS的價(jià)格優(yōu)勢(shì)比較明顯。目前，我國(guó)移動(dòng)推出的GPRS上網(wǎng)業(yè)務(wù)最高每千字節(jié)也只有3分錢(qián)，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(jìn)一步降低GPRS通信

4、的費(fèi)用。因此使用GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳送是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，特別是對(duì)于不易架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的邊遠(yuǎn)地區(qū)和可移動(dòng)裝置。硬件連接和GPRS模塊設(shè)置通過(guò)GPRS網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸一般需要使用GPRS模塊。目前，GPRS模塊一般是指帶有GPRS功能的GSM模塊，可以利用GPRS網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中比較流行的有法國(guó)Wave公司的WISMO系列和西門(mén)子公司的S系列等等WAVECOM的WISMO模塊接口簡(jiǎn)單、使用方便且功能非常強(qiáng)大其中GPRS模塊與單片機(jī)間是通過(guò)串行口進(jìn)行通信的，通信速率最快可以達(dá)到115200b/s。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“ATcommandsetforGSM

5、MobileEquipment(ME)(GSM07.07version6.4.0Release1997)”的，但也有一些是Wavecom自己定義的AT命令。除了串口發(fā)送(TX)、串口接收(RX)之外，微控制器與GPRS模塊之間還有一些硬件握手信號(hào)，如DTR、CTS、DCD等。為了簡(jiǎn)化微控制器的控制，硬件設(shè)計(jì)時(shí)不要使用全部的硬件握手信號(hào)，而只使用數(shù)據(jù)載波檢測(cè)(DataCarrierDetect,DCD)和終端準(zhǔn)備(DataTerminalReady,DTR)信號(hào)。DCD信號(hào)可以檢測(cè)GPRS模塊是處于數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)還是處于AT命令傳送狀態(tài)。DTR信號(hào)用來(lái)通知GPRS模塊傳送工作已經(jīng)結(jié)束。硬件連接完成

6、后，在進(jìn)行GPRS上網(wǎng)操作之前，首先要對(duì)GPRS模塊進(jìn)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=38400命令，把波特率設(shè)為38400b/s或其它合適的波特率，默認(rèn)的通信速度為9600b/s。設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)，通過(guò)AT+CGDCONT=1,“IP”，“CMNET”命令設(shè)置GPRS接入網(wǎng)關(guān)為移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)。設(shè)置移動(dòng)終端的類(lèi)別，通過(guò)AT+CGCLASS=“B”設(shè)置移動(dòng)終端的類(lèi)別為B類(lèi)，即同時(shí)監(jiān)控多種業(yè)務(wù)；但只能運(yùn)行一種業(yè)務(wù)，即在同一時(shí)間只能使用GPRS上網(wǎng)，或者使用GSM的語(yǔ)音通信。測(cè)試GPRS服務(wù)是否開(kāi)通，使用AT+CGACT=1,1命令激活GPRS功能。如果返回0K,則GPR

7、S連接成功;如果返回ERROR，則意味著GPRS失敗。這時(shí)應(yīng)檢查一下SIM卡的GPRS業(yè)務(wù)是否已經(jīng)開(kāi)通，GPRS模塊天線是否安裝正確等問(wèn)題。中國(guó)移動(dòng)在GPRS與Internet網(wǎng)中間建立了許多相當(dāng)于ISP的網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)，以連接GPRS網(wǎng)與外部的Internet網(wǎng)。GPRS模塊可以通過(guò)撥“*99*1#”登錄到GGSN上動(dòng)態(tài)分配到Internet網(wǎng)的IP地址。其間GPRS模塊與網(wǎng)關(guān)的通信要符合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議(PointtoPointProtocol,PPP)，其中身份驗(yàn)證時(shí)用戶名、密碼都為空。使用PPP協(xié)議登錄上之后，就可以通過(guò)GGSN接上Internet了。軟件整體結(jié)構(gòu)程序中的所有代碼最

8、好采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，并采用分層的結(jié)構(gòu)，從底到上分別為：串口驅(qū)動(dòng)層、GPRS模塊驅(qū)動(dòng)層、PPP協(xié)議層、IP協(xié)議層、UDP協(xié)議層與應(yīng)用層。上層函數(shù)的實(shí)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(dòng)程序編寫(xiě)首先是串行口驅(qū)動(dòng)層。它實(shí)現(xiàn)打開(kāi)串口、關(guān)閉串口、讀串口數(shù)據(jù)、寫(xiě)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(xiě)GPRS模塊的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。單片機(jī)通過(guò)串行口控制GPRS模塊，進(jìn)行撥號(hào)、設(shè)置等操作?？刂频姆椒ㄊ敲子肁T命令。在控制GPRS模塊撥打移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)GGSN的登錄號(hào)碼“*99*1#”之后，GPRS模塊就轉(zhuǎn)入在線模式(On-Line)。此時(shí)單片機(jī)向串行口發(fā)送的

9、所有數(shù)據(jù)都透明地傳送給了GGSN,同樣GGSN的回答也傳回單片機(jī)的串行口。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完成后，單片機(jī)需要通知GPRS模塊結(jié)束會(huì)話，并從在線模式轉(zhuǎn)回普通的命令模式，這可以通過(guò)置高DTR線完成。同時(shí)，如果線路由于異常斷開(kāi)，CD線會(huì)回復(fù)到平常的低電平，所以處于在線模式下也要不斷檢測(cè)CD線是否處于高電平。根據(jù)這些操作，可以編寫(xiě)GPRS驅(qū)動(dòng)函數(shù)：初始化GPRS模塊函數(shù)、撥號(hào)函數(shù)、斷開(kāi)連接函數(shù)、檢測(cè)是否處于在線狀態(tài)函數(shù)。這些底層的驅(qū)動(dòng)函數(shù)將會(huì)使上層協(xié)議的編寫(xiě)很方便，更重要的是，它為我們提供了一個(gè)驅(qū)動(dòng)抽象層。當(dāng)?shù)讓佑布龀龈膭?dòng)的時(shí)候，只需要對(duì)底層的驅(qū)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行改動(dòng)，而上層函數(shù)的代碼不變。PPP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)由于移

10、動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)的GGSN與GPRS模塊通信時(shí)遵循PPP協(xié)議，所以要在單片機(jī)中也實(shí)現(xiàn)一部分PPP協(xié)議才能與之對(duì)話。GPRS模塊在撥號(hào)后首先要與GPRS網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信鏈路的協(xié)商，即協(xié)商點(diǎn)到點(diǎn)的各種鏈路參數(shù)配置。協(xié)商過(guò)程遵守LCP(LinkControlProtocol)、PAP(PasswordAuthenticationProtocol)和IPCP(InternetProtocolControlProtocol)等協(xié)議。其中LCP協(xié)議用于建立、構(gòu)造、測(cè)試鏈路連接；PAP協(xié)議用于處理密碼驗(yàn)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(jī)制用有限狀態(tài)機(jī)的模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦協(xié)商完成，鏈路已經(jīng)創(chuàng)建，

11、IP地址已經(jīng)分配就可以按照協(xié)商的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行IP報(bào)文的傳輸了。根據(jù)應(yīng)用的不同，IP報(bào)文中可以攜帶UDP報(bào)文，也可以是TCP或ICMP報(bào)文。本系統(tǒng)正是采用UDP報(bào)文傳送數(shù)據(jù)信息的。數(shù)據(jù)傳輸完成之后，單片機(jī)會(huì)向GGSN發(fā)送LCP的斷開(kāi)連接報(bào)文，以終止網(wǎng)絡(luò)連接。PPP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)(圖略)。單片機(jī)的串口中斷接收程序首先以包起始和結(jié)束符來(lái)判斷是否有完整的PPP包，并對(duì)PPP包的內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)，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(jìn)入PPP報(bào)文解析模塊。登錄GGSN的過(guò)程系統(tǒng)的一個(gè)難點(diǎn)是單片機(jī)登陸GPRS網(wǎng)關(guān)（GGSN）并與網(wǎng)關(guān)通過(guò)LCP、PAP、IPCP協(xié)議進(jìn)行協(xié)商的過(guò)程。LCP、PAP與IPCP協(xié)

12、議的幀結(jié)構(gòu)大同小異，最常用的為請(qǐng)求（REQ）、同意（ACK）和拒絕（NAK）三種幀。單片機(jī)與GGSN各為一方進(jìn)行協(xié)商，任何一方都可以發(fā)送REQ幀請(qǐng)求某方面的配制，另一方覺(jué)得配置不能接受會(huì)回應(yīng)NAK幀，如果可以則回應(yīng)ACK幀。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(wèn)題都由單片機(jī)在程序控制下自己重新?lián)芴?hào)解決。協(xié)商過(guò)程大致描述如下：在撥號(hào)成功連接后，GGSN首先會(huì)返回一個(gè)PAPREQ數(shù)據(jù)幀。我們發(fā)送一個(gè)空LCPREQ幀，以強(qiáng)迫進(jìn)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(qǐng)求驗(yàn)證模式。GGSN選擇CHAP或PAP方式驗(yàn)證，我們只接受PAP方式。然后，進(jìn)行PAP驗(yàn)證用戶名和密碼過(guò)程,在GPRS中用戶名與密碼都