基于PIC18F6720單片機和GR47模塊實現(xiàn)GPRS通信系統(tǒng)的設計

引 言

GPRS（通用分組無線電業(yè)務）是利用包交換的概念發(fā)展的一套無線傳輸方式。GPRS網(wǎng)絡是基于現(xiàn)有的GSM（全球移動通信系統(tǒng)）網(wǎng)絡實現(xiàn)的。在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡中需要增加一些節(jié)點，如GGSN（GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點）和SGSN（GPRS服務支持節(jié)點）。SGSN的主要作用是記錄移動終端的當前位置信息，并且在移動終端與GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN主要起網(wǎng)關作用，可以與多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連接，如ISDN（綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)）、PSPDN（包交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)）和LAN（局域網(wǎng)）等。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉換，從而把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的TCP/IP或X.25網(wǎng)絡。

GPRS網(wǎng)不但具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸速度快、通信質量高、永遠在線和按流量計費等優(yōu)點，而且其本身就是一個分組型數(shù)據(jù)網(wǎng)，支持TCP/IP協(xié)議，可以直接與Internet互通。因此，CPRS在無線上網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測便攜型、交通監(jiān)控、移動辦公等行業(yè)中具有無可比擬的性價比優(yōu)勢。

1、 GPRS通信系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)采用Sony Ericsson公司的內部嵌有TCP/IP協(xié)議棧的GPRS通信模塊GR47和PIC18f6720單片機，二者的串口均支持RS-232通信標準。

核心設計在于單片機與GR47的連接和軟件的編寫。PIC18f6720單片機具有兩個USART（通用異步串行接口），其中一個與GR47模塊相連，進行數(shù)據(jù)和AT命令的傳輸；另一個與終端芯片的串口相連，與終端進行通信。GR47模塊外部需要安裝天線。如圖1所示。

PIC18F6720單片機控制GR47模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在軟件中采用串行口的中斷來實現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)和轉發(fā)數(shù)據(jù)。

1.1 PICl8F6720簡介

PIC18F6720是Microchip公司生產(chǎn)的較為高檔的單片機。采用3.3 V供電，其大部分指令均為單周期指令，幾乎所有的相關硬件配置都映射成特殊寄存器，大大提高了運行速度；具有A，B，C，D，E，F(xiàn)，G這7個可編程的I/O口；內部除了3840B的RAM外，還有1024B的EEPROM和128 kB的Flash存儲器；擁有4個定時器和多個中斷源及2個中斷優(yōu)先級，有2個USART，功能十分強大，是一款性價比很高的芯片。

1.2 GR47簡介

GR47是Sony Ericsson公司生產(chǎn)的一款雙頻段GSM900/GSM=1800的通信模塊。在此模塊基礎上，可進行GPRS數(shù)據(jù)傳輸，具有支持短消息服務等功能。采用3.6 V電壓供電；對外可提供多種接口，如天線接口、模擬音頻接口、異步串行接口、SIM卡接口等，也支持I2C通信；內部集成了TCP/IP協(xié)議棧，因此采用此芯片會大大降低微控制器編程工作的難度。

本方案中用到的GR47的端口并不多，對幾個重點的連接點作如下說明：

a）串行口TD：接單片機的RX2，RD接單片機的TX2。

b）DSR引腳：即DataSetReady，說明模塊準備好接收數(shù)據(jù)，此引腳經(jīng)過三極管開關電路與單片機的RB0相連。DSR為高表示處在數(shù)據(jù)模式，為低表示處在命令模式。

c）DTR引腳：即Data Terminal Ready，說明終端設備準備好接收數(shù)據(jù)，可以通過控制此引腳電平的高低時間來進行GR47的數(shù)據(jù)態(tài)和命令態(tài)的切換。此引腳經(jīng)過三極管開關電路與單片機的RF2相連。

2 、GPRS通信系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，在MPLAB環(huán)境下編譯。由于本系統(tǒng)是遠程管理終端的一個模塊，因此在程序的編寫中要遵守一定的協(xié)議，這樣才能保證正確通信。程序的主體是如何控制GR47的AT命令對GR47進行初始設置和對信息數(shù)據(jù)的處理。程序總體上可以分為以下幾個塊：CPRS連接的初始設置、短消息的判斷處理、無數(shù)據(jù)傳輸時的心跳處理、數(shù)據(jù)判斷轉發(fā)等。主程序是把這些程序塊有機結合到一起，相互控制，無限循環(huán)。 2.1 連接的建立

GPRS模塊連接到Internet和GPRS網(wǎng)絡的實現(xiàn)過程如下：

a）單片機軟件控制GR47模塊開機，等待此模塊正常啟動。

b）通過單片機和GR47模塊連接的串口，向GR47模塊寫入相應的AT設置命令，進行初始化，使模塊成功粘附在GPRS網(wǎng)絡上，獲得網(wǎng)絡運行商分配的動態(tài)IP地址，與目的終端建立連接。

2.2 數(shù)據(jù)的處理

數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)中心服務器和GPRS服務器中的傳輸是基于IP數(shù)據(jù)包的，但明文傳送IP包不可取，因此大多選用PPP（點對點協(xié)議）進行傳輸，實現(xiàn)通過GPRS模塊的數(shù)據(jù)和Internet網(wǎng)絡的透明傳輸。GR47內部集成了TCP/IP協(xié)議棧，所以用戶對IP協(xié)議相關的程序就不必編寫，可以直接通過GR47傳遞數(shù)據(jù)。

a）模塊與Internet上PC機的數(shù)據(jù)傳輸：要求PC機具有公網(wǎng)的IP地址和開放的端口以及監(jiān)視傳輸報文的運行軟件。這樣，模塊與Intemet傳輸數(shù)據(jù)時，報文就會顯示。在模塊成功聯(lián)入網(wǎng)絡后，單片機只要將要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)給GR47，GR47就會把數(shù)據(jù)轉發(fā)給相應的IP地址的PC機。

b）短消息數(shù)據(jù)的處理：GR47具有GSM的功能，可以與手機發(fā)送和接收短消息。短消息采用PDU格式，在程序中需要判斷短消息的到來和讀取短信內容，并根據(jù)內容執(zhí)行相應的功能，最后把結果構造成PDU格式返回給相應的發(fā)送者。

c）GPRS通信心跳信息：網(wǎng)絡連接建立后，在設定周期內無數(shù)據(jù)通信時，GPRS模塊向數(shù)據(jù)服務中心發(fā)送心跳信息，數(shù)據(jù)服務中心收到心跳信息后，回應應答信號。

d）重要數(shù)據(jù)的存儲：程序中把一些重要的常用和易變的數(shù)據(jù)如計算機服務器的IP地址、端口號、終端地址、SIM卡號等存入單片機的EEPROM中。需要時從EEPROM中讀出或向EEPROM重新寫入數(shù)據(jù)進行設置。

2.3 主程序流程

主程序由模塊函數(shù)組成，模塊函數(shù)由基本函數(shù)嵌套組成。主程序流程大致如下：首先進行單片機設置變量的初始化，一般均為0；進行單片機相應配置單元的初始化，比如設定端口方向、沒置中斷優(yōu)先級、定時器初始化等；然后由單片機控制GR47的電源，以決定是否開機；待開機成功后，查詢網(wǎng)絡是否注冊成功；成功后即可建立模塊與PC機服務器的連接，并進行數(shù)據(jù)傳輸和短消息處理；根據(jù)需要發(fā)送一定格式的心跳信息。見圖2。

3、 結束語

本文給出了一種基于單片機和GPRS模塊的嵌入式無線數(shù)據(jù)傳輸終端的實現(xiàn)方案。以單片機應用系統(tǒng)為中心的小型GPRS通信系統(tǒng)成本低、設計周期短、便攜性好，尤其適用于遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸。

責任編輯：gt