基于GPRS无线数据采集与传输系统.doc
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1、 摘要摘要:GPRS(通用分组无线电业务)是使用包交换的概念发展来的一种无线信号的传输方式。GPRS信号不但拥有信号覆盖范围较广、信号传输数据速度较快、数据传输质量较高、能够实现实时在线以及费用按流量计算的优点,且每个GPRS就是一个分组性的数据网络,同时GPRS能够支持TCP/IP协议,因此其可以直接与Internet连通。因此,GPRS在便携型环境检测设备、交通道路监控设备、移动办公以及无线上网等方面都有较为广泛的应。本文使用的是华为公司生产的一款双频段EGSM900/GSM1800的通信模块GTM900-C,其中嵌入了TCP/IP协议,并且通过8位单片机AT89C51单片机实现对GTM9
2、00-C的控制,进而实现GPRS业务的数据传输。此系统的外围电路较少,设计简单,成本较低。关键词:数据传输与接收 单片机 GPRS通信系统AbstractAbstract:GPRS (general packet radio service) is to use the concept of packet switching the development of a wireless transmission. GPRS nets not only has to cover range, data transmission speed, high quality, and always onl
3、ine communication according to flow billing, and a bit, and its itself is a group data networks, support the TCP/IP protocol, can be directly and Internet communication. Therefore, GPRS is in wireless Internet and environmental monitoring portable type, traffic monitoring, mobile office, and other i
4、ndustries.GPRS is used in portable environmental testing equipment, traffic monitoring equipment, mobile office and wireless Internet access, and other aspects.What is used in this paper is a communication module the Huawei produced GTM900-C dual-band EGSM900/GSM1800 which embedded TCP / IP protocol
5、.GTM900-C are controlled by the 8-bit microcontroller AT89C51 microcontroller, thus achieving GPRS services data transmission. This system is less peripheral circuits, simple design and low cost.Keywords:Data transmission and reception Single-chip, microcomputer, GPRS communication system目录1 GPRS通信1
6、1.1 GPRS无线通讯网络11.2 GPRS的网络结构11.2.1 GPRS协议栈11.2.2 基于GPRS的TCP/IP协议21.2.3 GPRS的优点21.3 课题研究的背景和意义22 AT89C51单片机32.1单片机的用途和使用32.2 AT89C51单片机32.2.1 AT89C51单片机的基本组成和功能32.2.2 AT89C51单片机的引脚及引脚功能43 GPRS通信系统的整体设计方案73.1 GPRS通信系统的硬件设计方案73.2.1 GPRS模块简介及应用73.2.3 GTM900-CGPRS模块简介83.3 GPRS通信系统的软件设计方案83.3.1 连接的建立83.3.
7、2 数据处理93.3.3 主程序流程9致谢12参考文献13附录1 系统程序14word文档 可自由复制编辑1 GPRS通信1.1 GPRS无线通讯网络GPRS是General Packer Radio Service的英文缩写,中文译为通用无线分组业务,具体来讲,GPRS是一项高速数据处理的科技,是一种新的分组数据承载业务,主要以分组的方式把传输数据传送到各用户。相对原有的电路交换数据的传送方式,CPRS具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”的优点。因此,GPRS技术可以令手机上网快捷、迅速、价格低。1.2 GPRS的网络结构GPRS的网络结构是在GSM网络的
8、基础上所实现,GPRS的语音通话部分的信号传送依然采用的是GSM网络中的基本处理单元,而对于数据部分的信号传输,GPRS网络新增了一些数据处理单元和访问接口。GPRS网络系统中所新增的数据处理单元主要包括以下几个方面。图1 GPRS网络单元(1)PCU(Packet Control Unit):分组处理单元。PCU是BSC(Basc Station Controller)基站控制器中的一个模块,PCU既可以独立的设置,也可以与BSC合并设置。(2)SGSN(Service GPRS Support Node):GPRS服务支持节点。该部分的主要功能是进行GPRS网络中分组移动用户的状态管理和计
9、费管理等,并负责小区位置存储器中用户数据信息的传送。(3)GGSN(Gateway GPRS Support Node):GPRS网关支持节点。负责与外部数据网络通信的接口。主要进行数据的包转发,具有路由器的部分功能。1.2.1 GPRS协议栈GPRS协议体现了无线数据传输与网络相结合的基本特征。其实这里面既包含了逻辑链路控制(LLC)子层和媒体接入控制(MAC)子层,又包含了RLC和BSSGP等新引入到GPRS协议中的特定规程。由GPRS协议中规定的网络系统的端对端之间的结构可知,GPRS网络是存在于网络ISO/OSI七层结构中的应用层之下的承载网络,它可以用来承载X.25或IP等数据业务,
10、由于GPRS网络本身是采用了IP数据网络的结构,所以基于GPRS网络的IP结构可理解为是两层的IP结构,即应用层的IP协议和采用IP协议所构造的GPRS本身。1.2.2 基于GPRS的TCP/IP协议TCP/IP协议是为协同计算机和为了网络资源的分享所设定的一套网络协议。该协议的成员主要包括IP、TCP、UDP等。其中TCP连接能够确保数据的正确传送,如果一个数据包太大,TCP可将数据包分成为若干组。IP被用来为数据包寻找能够到达目的地的一个通道,每一个与Internet相连接的计算机都有全球唯一的IP地址,该IP地址为一个32位二进制数,以点分十进制来表示。TCP/IP是一个面向无连接的协议
11、,传输的数据是以分组的方式进行传输的,所能传输的数据包的最大容量在网络初始化过程中就确定了,当数据包超过了其所确定的最大容量时,数据包将会被分成若干个小的数据报分别进行传送。但是数据包存在未能以原有的顺序传送甚至数据包可能丢失的可能性,因此,TCP必须将数据序号、数据的来源以及数据发送目的地,以及其他相关的信息添加到数据包中,这些信息被称为TCP包头。而当数据到达接收器端时,接收器将会利用TCP包头中的信息来检查数据包是否被正确接收了,并加以整理。另外,TCP包头之上还应该包含IP包头,其中包括数据的源地址和目的地址。发送数据包至目的地后,接收端将会先核对自身的路由列表,当目的地就在在自己的路
12、由列表中时,路由器将会直接把数据包发送到目的地址。否则,它将把数据包发送到网关,每一个网关都有自己的路由列表,数据包可以通过一定数量的路由节点到达目的地址。1.2.3 GPRS的优点相对传统的GSM的电路交换数据的数据传送方式,GPRS的所采用的时分组交换技术,GPRS具有以下的优点。(1)实时在线(2)按量计费(3)快捷登录(4)高速传输(5)自如切换1.3 课题研究的背景和意义目前,我国在水利、电力、天然气和石油等的监测中还没有经济实用的自动化数据采集和传输设备,尤其是在偏远的乡村、山区以及其他恶劣环境下的数据传输更加的困难,不能满足工业现代化、自动化的要求。GPRS通信系统是现代测控的基
13、础,用于获取各种采集到的数据,因为GPRS通信系统作为获取信息的重要工具,正广泛应用于生产、科研的各个领域。随着通信事业的发展,我国已建成了覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网,GSM网络中重要发展的GPRS网络也已经投入使用。本课题提出并设计了基于单片机的GPRS通信系统的设计,实现远程数据的传输,使得数据传输更加的灵活,并且大大降低了成本,为一些监控系统后的传输数据带来了方便快捷。2 AT89C51单片机2.1单片机的用途和使用单片机是由集成电路构成的芯片,所采用的是超大规模技术,单片机具微处理器(CPU),随机存取数据存储器(RAM),只读程序存储器(ROM),输入输出电路(I/O口)集成
14、到一个电路芯片中,还有一些单片机包括特有的定时器,计数器,数据通信接口口,显示驱动电路,脉宽调制电路(PWM)以及模拟多路转换器及A/D转换器等,将这些单个的功能模块构成一个小而全的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。单片机按照其用途大可分为两大类:1. 通用型单片机2. 专用型单片机专用型单片机一般是指那些用途单一,在出厂时单片机中的程序就已经固化好,其内部程序不能够再被修改的单片机。其生产成本很低。而通用型单片机就拥有较为广泛的用途,根据实际情况,用户可以使用各种不同的接口及编写不同的程序下载到单片机中,使得单片机完成不同的功能。2.2 AT
15、89C51单片机本设计使用的单片机是AT89C51单片机,T89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 的8位单片机,片内含4K的可编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚,它集Flash程序存储器既可在线编程(ISP),也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中,ATMEL公司的功能强大,低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制的领域。AT89C51单片机中主要是由中央处理器(CPU)、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、多功能
16、可编程I/O接口等计算机所需要的基本功能部件集成在一块大规模集成电路中,这些部件经高速片内总线连接在一起,在软件和控制逻辑的作用下构成一个有机的整体。现在我们对其各部分分别进行说明:2.2.1 AT89C51单片机的基本组成和功能1.中央处理器(CPU)中央处理器是AT89C51单片机中的核心部件,AT89C51单片机的中央处理器是8位的数据宽度的,因此,AT89C51单片机能在同一时间处理8位二进制的代码或数据,CPU的主要功能是负责协调、控制和指挥单片机内部各个单元系统之间有序的工作,完成控制和运算输入输出功能等操作。它主要由两大部分组成,这两大部分分别是运算电路和控制电路。2.数据存储器
17、(RAM)AT89C51单片机内部提供256个RAM单元的地址,但是后面的128个单元的地址被21个特殊功能寄存器占用,特殊功能寄存器只能用于存放控制指令的数据,用户只能访问,不能用于存放用户的数据,所以,用户能使用的RAM只有前面的128个,前面的这128个RAM可存放读写的数据,也可以存放单片机在运算过程中的中间结果或者是用户所定义的字型表等。3.程序存储器(ROM)AT89C51单片机内部拥有4KB的ROM,程序存储器所存放的内容主要是用于单片机的程序或者是原始数据等。4.定时/计数器(ROM)AT89C51单片机内部拥有两个16位的可编程的定时/计数器,其主要实现的是对于输入的脉冲信号
18、的计数或者是通过对系统的内部所提供的时钟脉冲信号来计数实现定时的功能。5.并行输入输出(I/O)口AT89C51单片机的内部拥有4组8位的并行的输入/输出端口,分别称之为为P0、 P1、P2、P3口,也可以称之为I/O口。I/O口是单片机芯片以并行的方式实现对外部设备的扩展以及与外部设备联络、通信、控制、数据传输的重要方式。6.全双工串行口AT89C51单片机的内部拥有一个工作方式可以是全双工的串行口的控制器,串行口的控制器是单片机内部能够实现单片机与其他的外部设备之间的串行数据传送的重要设备。AT89C51单片机内部的串行口的功能较强,设置也比较灵活,即可以用作同步的移位器,又可以用作全双工
19、的异步通信收发器。7.中断控制系统AT89C51单片机的拥有比较强大的中断功能,这个中断功能已经能够满足大多数的实际应用中的需求,AT89C51单片机的内部提供了5个中断源,这5个中断源分别为2个外部的中断、2个定时/计数的内部中断以及1个串行的中断。全部中断都包括两个优先级别,这两个优先级别是高级和低级。8.时钟电路AT89C51单片机的内部已经含有了时钟信号的电路,只需要在AT89C51单片机的外部接连一个石英晶体以及两个与之匹配的电容就可产生AT89C51单片机的时钟脉冲的信号,AT89C51单片机的系统时钟的频率是由外接的石英晶体振荡器的频率所决定的。9.总线AT89C51单片机的内部
20、拥有三条总线,这三条总线分别为地址总线、数据总线以及控制总线,它们合称为单片机的“三总线”。单片机内部采用总线结构的优点在于:可以便于实现功能部件的模块化的设计,这样既可以提高数据传输和处理的效率,又可以提高芯片的集成度和可靠性。2.2.2 AT89C51单片机的引脚及引脚功能AT89C51的引脚如图2所示:1.引脚20:此引脚为接地脚。2.引脚40:此引脚为接电源脚,在AT89C51单片机正常工作或者是片内EPROM读写程序的情况下,此引脚应该接+5V电源。3.引脚19:此引脚为时钟XTAL1脚,是AT89C51单片机片内振荡电路的输入端。4.引脚18:此引脚为时钟XTAL2脚,是AT89C
21、51单片机片内振荡电路的输出端。5.输入输出(I/O)引脚:引脚39-引脚32为P0.0-P0.7输入输出脚,引脚1-引脚8为P1.0-P1.7输入输出脚,引脚21-引脚28为P2.0-P2.7输入输出脚,引脚10-引脚17为P3.0-P3.7输入输出脚。图2 AT89C51的引脚图引脚9(RST/VPD):此引脚为复位/备用电源脚,在AT89C51单片机通电之后,单片机的时钟电路从此时就开始了工作,在单片机的正常的工作过程中,如果在RST的引脚上连续的出现超过单片机的两个机器周期的高电平的情况下,系统就能够进行系统的初始化复位操作。完成系统的初始化复位操作之后,AT89C51单片机的程序计数
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