基于单片机GPRS无线数据终端设计.doc

基于单片机GPRS无线数据终端设计 　　【摘要】设计了1个基于单片机的GPRS无线数据终端，该终端以单片机微处理器为控制核心，利用无线模块SIM900实现与远程服务器的TCP连接及数据通信，进而实现远程控制LED灯的点亮和熄灭。该终端克服了智能家居、远程控制等领域一些设备工作环境受地域限制数据传输不便的问题。为远距离通信提供可能。经测试，本系统具有实时性好，接入速度快，可靠性好，通信距离远等优点。 　　【关键词】单片机；TCP/IP协议；SIM900；无线数据终端；GPRS 　　1.前言 　　GPRS系统利用现有的GSM网络资源，发挥其系统传输特性好的优势，为现场数据采集提供了一种便利、实时、高速的无线数据传输方式。针对单片机接入Internet，国内外厂商都进行了开发，提出的方案有：（1）采用专用的服务器，利用网络通信技术组成子网的单片机嵌入式系统，经过路由接入外部网络；（2）通过专用的网关，用网络通信技术组成的子网运行TCP/IP协议；（3）直接在单片机上实现TCP/IP协议，通过以太网接口控制芯片接入互联网。[1] 　　以上方式都是采用有线的方式接入，使用在一些固定的工作场所，本文讨论的是将单片机通过无线方式接入Internet的方案，在单片机上实现TCP/IP协议和PPP协议，并用单片机驱动GPRS模块实现单片机接入Internet。 　　2.GPRS技术 　　GPRS在移动用户和数据网络之间提供了一种连接，常为APN（Access Point Name，接入点）连接，该连接可以给移动用户提供高速无线IP。GPRS采用分组交换技术，每个用户可以同时占用多个无线信道，同一个信道又可以为多个用户使用，以提高无线信道的利用率。GPRS无线传输速率在理论上可以达到180Kbps（实际应用大约在10Kbps-80Kbps），特别适合于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适合偶尔的大量数据传输。GPRS网络覆盖范围广，无空间和距离限制。使用GPRS技术实现数据分组收发，用户永远在线，保证数据传输的实时性。GPRS网络接入速度快，且按流量计费，可以有效降低服务成本。由此可见，采用GPRS方式是一种经济可行的单片机上网传输数据方案。[2] 　　3.系统总体设计方案 　　无线数据终端系统包括两个部分：主控部分和GPRS无线传输部分。主控部分将对接收到的数据经过一定的信息分析处理，如数据融合、数据加密、打包等，以串行通信的方式发送到无线传输部分。无线传输部分通过TCP/IP传输协议，将主控部分处理后的数据通过GPRS网络发送到Internet网络上，在Internet上通过查找远程服务器的IP地址和端口号，实现与远程服务器的数据通信。无线数据终端硬件框图如图1所示。 　　3.1 系统主控部分 　　单片机控制模块（MCU），它是系统的控制核心，负责驱动GPRS模块与Internet外网的连接，接收、解析并处理GPRS模块上传来的数据报，封装成要发送的数据报并传送给GPRS模块，控制与其P0.0引脚相连的LED灯的亮、灭。 　　3.2 GPRS无线传输部分 　　SIM900模块是SIMCOM公司推出的于双频GSM/GPRS模块，完全采用SMT封装形式，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。 　　GPRS模块（SIM900）是系统的通信功能模块，它是单片机与互联网交换数据报的桥梁，负责单片机与互联网的连接。对于单片机接入Internet，在软件协议上需要进行很多裁剪和简化，综合协议的协议的兼容性和协议所需的系统资源，对协议栈做如下选择[3]：（1）链路层选择PPP协议。PPP协议在数据传输过程中有差错检测功能，通信双方可以协商数据报大小、认证方式、链路质量等。（2）网络层选择协议IP协议。IP协议是TCP/IP协议的核心部分，所有的上层数据报文，包括TCP、UDP、ICMP和IGMP报文都是以IP报封装传输的。（3）传输层选择TCP协议。TCP提供了一种面向连接的可靠的双向数据传输服务。TCP连接建立和断开有严格的步骤，报文传输过程中有超时重传机制、滑动窗口机制、TCP校验机制等。UDP提供的是一种无连接、不可靠的服务，它通过上层协议来保证连接的可靠。UDP的实现相对简单，传送数据也较TCP快[4]。本系统采用TCP协议。由于无线模块SIM900内嵌有TCP/IP协议，所以本次系统设计重点在于单片机驱动无线模块SIM900上网的驱动程序的设计。 　　3.3 系统工作原理 　　终端连入GPRS网络前，先进行TCP连接，连接成功后，终端（DTU）通过串口接收到远程服务器发送的数据后控制与其相连接的LED灯的亮和，然后向服务器发