基于gprs的数据传输

基于gprs的数据传输内容摘要：

个子系统之间由 C8051F310单片机 控制，实现 A/D转换及数据交换。 数据采集和传输终端硬件组成框图如图 31所示。 图 31 硬件组成 结构图 从结构框图中可以看出终端的硬件系统含有 5个部分： 由 C8051F310为 MCU的主控部分 ；基于 GPRS的无线传输模块部分；由传感器组及前端运放组成的数据采集部分； 以BC7281芯片接口的按键及显示器等外围电路部分 ；电源部分。 单片机 系统 设计 根据以上硬件设计方案，综合考虑存储空间及 A/D转换等功能从而选择性价比比较高，具有丰富外设功能的低功耗单片机 C8051F310作为 微处理器。 C8051F310概述 C8051F310单片机，是完全集成的混合信号片上系统型 MCU芯片，是真正能独立工 作的片上系统 （ SOC） [15]。 其系统控制内核是 CIP51微控制器，与 MCS51的指令集完全兼容。 C8051F310单片机具有标准 8052的所有外设部件，包括一个可编程内部振荡器、一个增强型全双工 UART、一个增强型 SPI、 4个 16位的定时 /计数器、 256字节的内部 RAM、 128字节特殊功能寄存器、 16KB的可在线系统编程的 FLASH程序存储器、 29个 I/O端口、支持 14个华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 8 中断源以及一个 10位 ADC[16][17]。 C8051F310单片机采用流水线结构，机器周期由标准的 12个系统时钟周期降为 1个系统时钟周期，处理能力大大提高。 指令运行速度大幅度提高， 70％ 的指令执行是在一个或两个系统时钟周期内完成。 处理器最高运行时钟可达 25MHz。 C8051F310最小系统的 设计 图 32所示为单片机 最小系统原理图。 该 单片机使用两个时钟输入，即一个 32KHZ时钟型号，另一个是 8MHZ。 该 系统的时钟部分都是采用晶体振荡器实现的。 单片机电源采用5V供电， 考虑到电源的输入纹波对单片机的影响，在电源的管脚增加一个 现滤波，以较少输入管脚处受到的干扰，另外单片机还有模拟电源的输入端，因此在这里需要考虑干 扰问题，由于在该系统中的干扰比较小， 因此模拟地和数字地共地，并在模拟电源输入管脚增加一个滤波电容以减小干扰。 单片机的串口 0与 GPRS模块接口，串口 1与PC进行通信，由于接口电平不同，因此串口 1与 RS232芯片进行连接。 图 32 单片机 最小系统原理图 GPRS 模块部分电路设计 本系统主要采用 GPRS模块 MC39I通过 GPRS网络实现数据采集终端与监控中心的通 信 ，主要采用短消息收发的方式进行数据传输，下面对 MC39I模块的功能特点及电路设计做详细介绍。 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 9 MC39I模块简介 MC39I是 Siemens公司推出的基于 GPRS/GSM网络的无线数据传输模块，它完全兼容MC35模块的功能 ， 能够在 GPRS网中完成语音、数据呼叫、网络连接、短消息以及传真的传送， Siemens自己的复用协议基本上可以满足语音 /数据复用串口的要求，在 GPRS不 可用的地区还可以通过 GSM短消息传输数据 [18]。 MC39I无线通信模块主要有以下功能 [19][20]: (1)永远在线，即用户可以随时与网络保持联系。 (2)支持双频 GSM/GPRS，无需申请频点，只需一张 SIM卡即可。 (3)按流量计费。 按照用户发送和接收数据包的数量来收取费用，没有数据流量传递时，即使用户挂在网上，也是不收费的。 (4)快速登陆，与 GPRSA网络建立连接的时间一般是 35秒，接入互联网的时间是 13秒。 (5)透明数据传输，用户只需接入或取出数据即可，无需编程。 (6)自如切换， GPRS上网不影响正常的通话和接收短信。 (7)抗干扰设计， GPRS提供四种不同的编程方式，分别提供不同的错误保护能力。 MC39I结构 MC39I内部结构主要有：射频区 、内部 FLASH、 SRAM、 GSM基带处理器、匹配电源和一个 40脚的 ZIF插座。 内部功能结构如图 33所示。 图 33 MC39I功能结构图 其中， GSM基带处理器是 MC39I的核心部件，其作用相当于一个协议处理器，用来处理外部系统通过串口发送的 AT指令； 匹配电源为处理器及射频部分提供所需电源； 射频部分主要实现信号的调制和解调，以及外部射频信号与内部基带处理器之间信号 的 转换。 MC39I通过 40脚的 ZIF连接器与开发评估板的外围电路连接，从而实现电源连接、指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输。 外围电路主 要包括电源电路、启动与开关电路、 SIM卡电路 、 数据通信电路 、指示灯电路等。 由于传输数据的承载方式是 GPRS网络，故 SIM卡华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 10 是不可或缺的， SIM卡的功能主要是储存数据 及 在安全条件下完成客户身份鉴权和客户信息加密算法的全过程。 为了便于硬件设计，对 ZIF连接器的管脚图进行介绍。 图 34为 ZIF连接器的管脚图。 图 34 ZIF连接器的管脚图 这 40个引脚可以划分为 5类，即电源、数据输入输出、 SIM卡、音频接口和控制。 第 1一 14脚为电源部分 :l一 5为电源电压输入端 Vbatt+， 6一 10为电源地 GND， 1 12为充电引脚， 13为对外输出电压 (供外电路使用 )， 14为 ACCU一 TEMP接负温度系数的热敏电阻。 24一 24为 SIM卡引脚，分别为 CCIN、 CCRST、 CCIO、 CCCLK、 CCVCC、 CCGND。 3 34为语音接口，用来接电话手柄。 1 31和 32脚为控制部分 :15为点火线 IGT(Ignition)，当 MC39I通电后必须给 IGT一个大于 100ms的低电平，模块 才 能启动， 30为 RTC， 31为 PowerDown， 32为 SYNC。 16一 23为数据输沁输出，分别为 DSR0、 RING0、 RxD0、 TxD0和 DCD0。 MC39I的数据输入 /输出口实际上是一个串行异步收发器，符合 ITUT/RS232接口标准，它有固定的参数 :8位数据为和 1位停止位，无校验位，波特率在 300bps~115kbps之间可选，硬件握手信号用 RTS0/CTS0，软件流量控制用 XON/OFF， CMOS电平 ,支持标准AT指令。 GPRS模块 MC39I的应用电路总体框图如图 35所示。 模块电源主要由开关电源芯片LM2576转换提供：上电时使用 ／ IGT引脚启动 GSM引擎；通过 SP323E将所有的信号线都引至 9针 串口连接器 DB9，这样使用 PC机时可以实现调制解调器的全部功能．同时将 9针串口中的 TXD、 RXD、 DTR和 DCD信号直接引出，通过 C8051F310单片机直接对 MC39I进行操作：使用 SYNC引脚控制一个 LED可以显示 MC39I所处的状态：其他外部接口还包括 SMA华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 11 天线接口、 SIM卡座接口等。 图 35 模块 MC39I应用电路总体结构 GPRS模块与单片机接口电路设计 MC39I模块主要 通过串 口与单片机进行连接，从而实现单片机对 MC39I模块 的控制。 MC39I无线模块部分的开关机、工作方式、工作状态级工作内容等均由 C8051F310单片机控制 ，它与 C8051F310的连接方式如图 36所示。 图 36 MC39I和 C8051F310连接图 在本设计中， C8051F310通过一个 IO引脚 （设置为输出引脚）经 9013三极管控制MC39I模块的 IGT引脚，从而控制模块的开机过程。 /IGT为 MC39I的工作状态控制管脚，该管脚首先通过一个电阻拉高。 当 /IGT管脚输出高电平的时候， MC39I模块不工作；当 /IGT管脚输出为低电平的时候 ， MC39I模块工作。 对于 MC39I模块其他管脚在不使用的时候，如果该管脚为输出管脚的话，一般让该管脚悬空，如果为输入管脚，需要将该管脚通过 10K的电阻上拉。 C8051F310与 MC39I的数据传输均通过异步串行通讯接口实现这里采用三线制连接，50Ω 天线 单片机控 制口 模块电源 /IGT 模块 MC39I RS232 电平转换 SYNC 状态指示 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 12 一收一发及地线。 MC39I 的 异步 串行接口 RXD0、 TXD0 连接到 C8051F310 的异步串行口 UART0， 实现单片机对 MC39I 发送和接收指令的控制。 这里由 C8051F310 的 引脚（设置为输入引脚）监视 MC39I 的 DSR0 引脚，从而监视模块是否处于开机状态（ 关机时为高，开机时为低）。 MC39I 模块的串口中 DTR0 和 RTS0 两个管脚为输入管脚，因此分别通过 10k 的电阻将这两个管脚拉高。 MC39I 的 SYNC 管脚用来指示 GPRS 模块的工作状态，连接一个指示灯来指示工作状态。 由于 MC39I 模块的异步串行口工作在 CMOS电平 ()，所以在 TX 和 RXD0 之间连接一个 100 欧姆的电阻，起到限制电流的作用。 MC39I 的 24～ 29 引 脚直接与 SIM 卡的对应引脚进行连接，便于检测 SIM 卡是否插好，以及完成短信发送的功能。 电源电路设计 由于单片机的电压为 ， MC39I模块的工作电压为 ，因此本系统需要提供 和 的电压。 单片机电源电路 整个系统采用 5V 供电。 除了 MC39I 外均采用 电压供电，考虑到硬件统对电源要求具有稳压功能和纹波小等特点，另外也考虑到硬件系统的低功耗 等特点，因此该硬件系统的 电源部分采用 TI 公司的 TPS76033 芯片实现。 电源如图 37 所示。 图 37 电源电路图 MC39I模块电源电路 MC39I 模块电源电路 如图 38 所示： 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 13 图 38 对于 MC39I 模块可由外部 的单电源供电，在本系统中采用 供电，由于该电源部分的输出电流必须满足输出电流能达到 2A，在此采用可调式稳压芯片NATIONAL 公司的 LP3966ADJ 芯片。 该芯片的管脚 2 为 shutdown 管脚，在设计时必须通过一个 10KΩ 的电阻拉高到 5V。 为了使 输出电源的纹波小，在输出部分用了一个68PF、 33uF 和 的电容，实现滤波。 另外在芯片的输入管脚放置一个 68uF 的滤波电容，减小输入端受到的干扰。 数据采集 模块设计 在该系统中主要考虑模拟输入前端为传感器，从传感器送来的是标准信号，即4mA20mA，这样设计具有一定的通用性，只要前端接不同的传感器就可以采集不同的信号源。 由于 A/D转换基准为电压，也就是参考源为电压，所以 A/D转换的是电压，这样需要将电流信号转换成电压信号。 如图 39所示为模拟量采集具体的电路。 图 39 数据采集电路 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 14 由图可以看出，采集电路通过一个电阻将电流信号转换成电压信号，为了提高采集的精度，需要采用高精度的电阻，这里采用的是精度为 1%的电阻。 电路中采用二极管作为 ESD保护电路，考虑到干扰问题，采用电容进行滤波处理，增加采集电路的抗干扰问题。 以上即为本系统硬件部分的 设计，主要介绍了单片机 最小 系统、 GPRS模块、数据采集模块 、电源电路几 部分电路的设计 ，给出了原理图和详细地设计步骤并对所用到的单片机进行了详细地介绍，硬件部分是系统的主干，起到至关重要的作用。 4 系统 软件设计 对于一个完整的 应用 系统 出了硬件设计外还必须包括软件部分的设计，系统的主要功能都是由下载到微处理器的软件来实现的，所以系统程序的设计也是系统设计一个非常重要的方面。 编程语 言简介 程序中的所有代码都由 C语言编写。 C语言是一种 面向过程的 计算机程序设计语言。 它既具有 高级语言 的特点，又具有 汇编语言 的特点。 它可以作为工作系统设计语言，编写系统 应用程序 ，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序 [21][22]。 因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到 C语言。 C语言是一种很有发展前途的高级程序设计语言。 具有以下特点： （ 1） C是中级语言。 它把 高级语言 的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。 C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作， 而这三者是 计算机 最基本的工作单元。 （ 2） C是结构式语言。 结构式语言的显著特点是 代码 及数据的分隔化， 即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。 这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。 C 语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。 （ 3） C语言功能齐全。 具有各种各样的 数据类型 ， 并引入了 指针。