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基于SIM卡座的GPRS无线通信系统设计

来源:中国一卡通网  作者:不详  发布时间:2014-02-11 10:45:11  字体:[ ]

关键字:SIM卡  GPRS  无线通信系统  

摘   要:本文设计的GPRS无线通信模块,内嵌入了TCP/IP协议,采用工业级的GPRS模块,适用于单片机数据采集传输系统没有TCP/IP协议栈,但使用串口通信的情况。

  引言

  近年来,通信技术和网络技术的迅速发展,特别是无线通信技术的发展,使得电力系统的自动化程度进一步提高,GSM网络出现后,技术人员很快把GSM模块嵌入到各种仪器仪表中(如多功能电能表、故障测录仪、抄表系统和用电负荷监控等),从而使这些仪器仪表具有远程通信功能。

  GPRS是在GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务,支持TCP/IP协议,可以与分组数据网(Internet等)直接互通。GPRS无线传输系统的应用范围非常广泛,几乎可以涵盖所有的中低业务和低速率的数据传输,尤其适合突发的小流量数据传输业务。

  本文设计的GPRS无线通信模块,内嵌入了TCP/IP协议,采用工业级的GPRS模块,适用于单片机数据采集传输系统没有TCP/IP协议栈,但使用串口通信的情况。

  GPRS通信原理及应用特点

  ◇ GPRS简介

  GPRS是通用无线分组业务(General Pacpet Radio System)的缩写,是介于第二代和第三代之间的一种通信技术,通常称为2.5G.GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、调频规则以及相同的TD-MA帧结构。因此,在GSM系统的基础上构建GPRS系统时,GSM系统的绝大部分部件都不需要作硬件改动,只需要作软件升级,有了GPRS,用户的呼叫建立时间大大缩短,几乎可以做到“永远在线”.此外,GPRS是以营运商传输的数据量而不是连接时间为基准来计费,从而令每个用户的服务成本更低。

  ◇ 基本工作原理

  GPRS是在原有的基于电路交换(CSD)方式的GSM网络上引入两个新的网络节点:GPRS服务支持节点(SG-SN)和网关支持节点(GGSN)。SGSN和MSC在同一等级水平,并跟踪单个MS的存储单元实现安全功能和接入控制,并通过帧中继连接到基站系统,GGSN支持与外部分组交换网的互通,并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。图1给出了GPRS与Internet进行连接的原理框图。

基于SIM卡座的GPRS无线通信系统设计——中国一卡通网

  GPRS终端通过接口从客户系统取得数据,处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站,分组数据经SGSN封装后,SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信,GGSN对分组数据进行相应的处理,再发送到目的网络,如Internet或X.25网络。

  若分组数据是发送到另一个GPRS终端,则一般将数据由GPRS骨干网发送到SGSN,再经BSS发送到GPRS终端。

  GPRS模块的硬件设计

  嵌入式GPRS无线通信模块主要由嵌入TCP/IP的单片机(MSC1210Y5)、GPRS模块、SIM卡座、外部接口和扩展数据存储器等部分组成。图2是其系统硬件框图。

基于SIM卡座的GPRS无线通信系统设计——中国一卡通网

  MSC1210主要用于控制GPRS模块的信息接收和发送,并通过标准RS232串口和外部控制器(比如数据采集端)进行数据通信,同时用软件实现中断,以完成数据转发。

  ◇ 单片机模块

  单片机采用美国德州仪器公司最新推出的基于8051内核的MCS1210Y5,该芯片具有很强的数据处理能力,时钟频率为33MHz,指令运行速度实际上与运行在99MHz时钟频率下的标准8051内核相当,32KB Flash程序存储器,256B内部RAM和1024B片上SRAM,2KB启动ROM,支持串行和并行的在系统编程,双数据指针DPTR0和DPTR1可加快数据块的移动速度,其主要实现过程如下:

  (1)通过AT指令初始化GPRS无线模块,使之附着在GPRS网络上,以获得网络运营商动态分配的GPRS终端IP地址,并与目的终端建立连接。

  (2)通过串口0扩展MAX232标准串口和外部控制器(例如数据采集端)连接,外部控制器端接出标准串口,按照约好的协议可很容易利用本设计的控制器进行通信。

  (3)复用P1.2和P1.3,也就是串口1分别和GPRS模块的TXD0和RXD0连接,P1口的其他6个端口分别接到GPRS模块对应的剩余RS232通信口。通过软件置位完成对MC35的初始化和控制GPRS模块的收发数据。

  ◇ 扩展数据存储器

  MSC1210的Flash存储器可全部作为Flash程序存储器,也可以全部作为数据Flash程序,因为要嵌入实时操作系统和网络协议,需要一定的空间,因此将其全部用作程序存储器,而通过74HC573作为地址锁存器,扩展6264作为外部数据存储器,8KB的数据存储空间足够程序正常运行了,图3所示是MSC1210与数据存储器之间的硬件连接图。

基于SIM卡座的GPRS无线通信系统设计——中国一卡通网

  ◇ GPRS无线数传模块

  GPRS无线模块作为终端的无线收发模块,把从单片机发送过来的IP包或基站转来得的分组数据进行相应的处理后再转发。

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