一種基於Sim卡座的GPRS無線通信模塊設計

2021-01-08 電子產品世界

引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/236430.htm

近年來，通信技術和網絡技術的迅速發展，特別是無線通信技術的發展，使得電力系統的自動化程度進一步提高，GSM網絡出現後，技術人員很快把GSM模塊嵌入到各種儀器儀表中(如多功能電能表、故障測錄儀、抄表系統和用電負荷監控等)，從而使這些儀器儀表具有遠程通信功能。

GPRS是在現有GSM系統上發展出來的一種新的數據承載業務，支持TCP/IP協議，可以與分組數據網(Internet等)直接互通。GPRS無線傳輸系統的應用範圍非常廣泛。幾乎可以涵蓋所有的中低業務和低速率的數據傳輸，尤其適合突發的小流量數據傳輸業務。

本文設計的GPRS無線通信模塊，內嵌入了TCP/IP協議，採用工業級的GPRS模塊，適用於單片機數據採集傳輸系統沒有TCP/IP協議棧，但使用串口通信的情況。

GPRS通信原理及應用特點

◇ GPRS簡介

GPRS是通用無線分組業務(General Pacpet Radio System)的縮寫，是介於第二代和第三代之間的一種通信技術，通常稱為2.5G.GPRS採用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突髮結構、無線調製標準、調頻規則以及相同的TD-MA幀結構。因此，在GSM系統的基礎上構建GPRS系統時，GSM系統的絕大部分部件都不需要作硬體改動，只需要作軟體升級，有了GPRS,用戶的呼叫建立時間大大縮短，幾乎可以做到「永遠在線」.此外，GPRS是以營運商傳輸的數據量而不是連接時間為基準來計費，從而令每個用戶的服務成本更低。

◇ 基本工作原理

GPRS是在原有的基於電路交換(CSD)方式的GSM網絡上引入兩個新的網絡節點：GPRS服務支持節點(SG-SN)和網關支持節點(GGSN)。SGSN和MSC在同一等級水平，並跟蹤單個MS的存儲單元實現安全功能和接入控制，並通過幀中繼連接到基站系統，GGSN支持與外部分組交換網的互通，並經由基於IP的GPRS骨幹網和SGSN連通。圖1給出了GPRS與Internet進行連接的原理框圖。

 

 

GPRS終端通過接口從客戶系統取得數據，處理後的GPRS分組數據發送到GSM基站，分組數據經SGSN封裝後，SGSN通過GPRS骨幹網與網關支持接點GGSN進行通信，GGSN對分組數據進行相應的處理，再發送到目的網絡，如Internet或X.25網絡。

若分組數據是發送到另一個GPRS終端，則一般將數據由GPRS骨幹網發送到SGSN,再經BSS發送到GPRS終端。

GPRS模塊的硬體設計

嵌入式GPRS無線通信模塊主要由嵌入TCP/IP的單片機(MSC1210Y5)、GPRS模塊、SIM卡座、外部接口和擴展數據存儲器等部分組成。圖2是其系統硬體框圖。

 

 

MSC1210主要用於控制GPRS模塊的信息接收和發送，並通過標準RS232串口和外部控制器(比如數據採集端)進行數據通信，同時用軟體實現中斷，以完成數據轉發。

◇ 單片機模塊

單片機採用美國德州儀器公司最新推出的基於8051內核的MCS1210Y5,該晶片具有很強的數據處理能力，時鐘頻率為33MHz,指令運行速度實際上與運行在99MHz時鐘頻率下的標準8051內核相當，32KB Flash程序存儲器，256B內部RAM和1024B片上SRAM,2KB啟動ROM,支持串行和並行的在系統編程，雙數據指針DPTR0和DPTR1可加快數據塊的移動速度，其主要實現過程如下：

(1)通過AT指令初始化GPRS無線模塊，使之附著在GPRS網絡上，以獲得網絡運營商動態分配的GPRS終端IP位址，並與目的終端建立連接。

(2)通過串口0擴展MAX232標準串口和外部控制器(例如數據採集端)連接，外部控制器端接出標準串口，按照約好的協議可很容易利用本設計的控制器進行通信。

(3)復用P1.2和P1.3,也就是串口1分別和GPRS模塊的TXD0和RXD0連接，P1口的其他6個埠分別接到GPRS模塊對應的剩餘RS232通信口。通過軟體置位完成對MC35的初始化和控制GPRS模塊的收發數據。

◇ 擴展數據存儲器

MSC1210的Flash存儲器可全部作為Flash程序存儲器，也可以全部作為數據Flash程序，因為要嵌入實時作業系統和網絡協議，需要一定的空間，因此將其全部用作程序存儲器，而通過74HC573作為地址鎖存器，擴展6264作為外部數據存儲器，8KB的數據存儲空間足夠程序正常運行了，圖3所示是MSC1210與數據存儲器之間的硬體連接圖。

 

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