一款用GPRS實現(xiàn)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系的經(jīng)典設(shè)計方案

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，屬于第二代移動通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。

GPRS網(wǎng)絡(luò)在短消息方面的應(yīng)用具有不需撥號、價格低廉、傳輸可靠、覆蓋范圍廣等特點，適用于需頻繁傳送小流量數(shù)據(jù)和不宜鋪設(shè)線路的應(yīng)用場合。GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是利用單片機組成的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)以短消息的形式完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，即在傳統(tǒng)的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中增加支持短消息、數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)的GPRS模塊，并為其分配一個獨立的SIM卡，結(jié)合單片機系統(tǒng)通過串行通信接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸。監(jiān)控終端可以是PC機，也可以是移動電話或移動終端。

1 GPRS 原理及優(yōu)點

1.1 工作原理

GPRS網(wǎng)是在GSM網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加以下功能實體構(gòu)成的：

服務(wù)GPRS支持節(jié)點 （SGSN）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點 （GGSN）和點對多點服務(wù)中心（PTMSC）。系統(tǒng)共用GSM基站，但基站要進行軟件更新，并采用新的GPRS移動臺：GPRS要增加新的移動性管理程序；通過路由器實現(xiàn)GPRS骨千網(wǎng)互聯(lián)；GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要進行軟件更新和增加新的MAP信令和GPRS信令等。

GPRS 骨干網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)左如圖：

圖1：GPRS骨干網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)

1.2 優(yōu)點

GSM與GPRS兩種業(yè)務(wù)特點的對比如附表所示。

與GSM電路交換數(shù)據(jù)傳送方式相比較，GPRS具有瞬間上網(wǎng)、永遠(yuǎn)在線、快速傳輸、按量計費、自由切換等優(yōu)點。

附表：GSH與GPRS兩種業(yè)務(wù)特點的對比

2 GPRS 終端系統(tǒng)設(shè)計

基于對應(yīng)用場合的需求分析，本文要設(shè)計一個基于GPRS網(wǎng)絡(luò)通信的、采用S12單片機為核心芯片的終端系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)設(shè)計是在“code warrior for HCS12”環(huán)境下開發(fā)，終端系統(tǒng)采用Motorola公司的MC9S12DG128芯片作為CPU處理器，使用SIMCOM公司最新推出的SIM300模塊作為收發(fā)數(shù)據(jù)的GPRS通信模塊。

2.1 單片機模塊

單片機采用摩托羅拉的16位HCS12系列單片機MC9SDG128，它是基于16位HCS12CPU的存儲器產(chǎn)品中的中檔芯片。片內(nèi)擁有128KB的Flash E E PROM、8KB的RAM、2KB的E E PROM，同時片上還集成了許多標(biāo)準(zhǔn)模塊，包括2個異步串行通信口SCI、2個同步串行通信口SPI、8通道輸入捕捉/輸出比較定時器、2個10位8通道A/D轉(zhuǎn)換模塊（ADC）、１個8通道脈寬調(diào)制模塊（PW M）、一個數(shù)字式字節(jié)數(shù)據(jù)鏈接控制器（BDL C）、29個獨立數(shù)字I/O口（（Port A, Port B, Port K andPort E ），其中20個具有外部中斷及喚醒功能、兼容CAN2.0A/B協(xié)議的5個CAN模塊、B軟件兼容模塊（MSCAN12）以及一個內(nèi)部IC總線模塊；其較高的性能價格比使其非常適合用于一些中高檔汽車電子控制系統(tǒng)。同時其較簡單的背景開發(fā)模式（BDM），也會使開發(fā)成本進一步降低，同時也使得現(xiàn)場開發(fā)與系統(tǒng)升級變得更加方便。

實現(xiàn)方法如下：

（1）復(fù)用串口1分別和GPRS模塊的TX D0和RX D0連接，PT口的其中6個端口分別接到GPRS模塊對應(yīng)的剩余通信口，通過軟件置位完成對SIM300的初始化和控制GPRS模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)。

（2）通過串口0擴展外部控制器（例如數(shù)據(jù)采集端）連接，外部控制器端接出標(biāo)準(zhǔn)串口，按照約好的協(xié)議可很容易利用本設(shè)計的控制器進行通信。

2.2 GPRS 模塊

SIM300是SIMCOM推出的GSM/GPRS 雙頻模塊，主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。

SIM300集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合于開發(fā)一些GSM/GPRS 的無線應(yīng)用產(chǎn)品，如移動電話、PDA、PCMCIA無線MODEM卡、USB無線MODEM、無線POS 機、無線抄表、無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，無線公用電話、無線商務(wù)電話、監(jiān)控、調(diào)度、車載、遙控、遠(yuǎn)程測量、定位和導(dǎo)航等系統(tǒng)和產(chǎn)品，應(yīng)用范圍十分廣泛。

SIM300模塊為用戶提供了功能完備的系統(tǒng)接口，用戶只需投入少量的研發(fā)費用，在較短的研發(fā)周期內(nèi)，就可集成自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶的主要工作集中在控制系統(tǒng)和人機界面方面。

DG128控制GPRS模塊接收和發(fā)送信息，通過標(biāo)準(zhǔn)串口和外部控制器（比如數(shù)據(jù)采集端）進行數(shù)據(jù)通信。用軟件實現(xiàn)中斷，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3 通信模塊硬、軟件設(shè)計

通信模塊硬件設(shè)計如圖2。

圖2：模塊硬件設(shè)計圖

GPRS模塊通過串口與單片機進行數(shù)據(jù)傳送。在系統(tǒng)中，GPRS模塊相當(dāng)于單片機系統(tǒng)的串口，GPRS的數(shù)據(jù)相當(dāng)于單片機系統(tǒng)的串口數(shù)據(jù)。因此對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集就對應(yīng)了對單片機串口數(shù)據(jù)的采集。串口采用中斷調(diào)用。串行口中斷服務(wù)程序完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接收等功能，可接收上位機發(fā)送給本系統(tǒng)的各種命令，也可將本報警儀的結(jié)果傳送給上位機。

單片機和GPRS發(fā)送流程為：在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端要給出請求發(fā)送RTS，接收端利用這個信號清空接收緩沖區(qū)，發(fā)送端接收到接收端的允許發(fā)送信號CTS。接著接收端發(fā)出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號DTR，發(fā)送端的DTR接收到對方的DTR以后，開始在TX D上送出數(shù)據(jù)。

CAN通信發(fā)送、接受流程如圖3。

圖3：發(fā)送和接收流程

3 結(jié)語

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，原有的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)己日益不能滿足多方面的要求，我們需要更低成本的通信方式。

GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)利用現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)資源，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高、傳輸特性好等優(yōu)勢，為現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供一種便捷的無線數(shù)據(jù)傳輸方式，這必將成為工業(yè)控制及現(xiàn)場監(jiān)測等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，并可廣泛應(yīng)用于交通、安防報警、電力監(jiān)控、石油、礦山等行業(yè)。正是基于以上考慮，本系統(tǒng)中嵌入了GPRS模塊，運用它最具優(yōu)勢的短信功能，將采集的數(shù)據(jù)以短信的方式發(fā)送到基站，基站也以短信方式實現(xiàn)對終端的適時監(jiān)控和管理。