下载文档原格式
四川师范大学本科毕业设计基于单片机的GPRS 无线通信系统设计学生姓名蒋涛院系名称物理与电子工程学院专业名称电子信息工程班 级2007 级 4 班学 号2007070408指导教师何巍完成时间2011年 5 月 11 日不仅过程中防腐跨决高线盒处中资料料试卷工况杂设备整套对于调配置技料试卷行自料试。
对于四川师范大学毕业设计任务书学生姓名蒋涛学号2007070408指导教师何巍学院名称物理与电子工程学院专业名称电子信息工程设计题目基于单片机的GPRS 无线通信系统设计题目来源实习实践（ ）教师科研（ ）教师拟定（ √ ）其它（ ）一、基本任务与要求基本任务MSC1210控制GPRS 模块接收和发送信息，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。
要求1.用软件实现中断，完成数据的转发。
2.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 包或基站传来的分组数据进行相应的处理后再转发。
二、工作内容及时间安排1．选题：2010 年 12 月 30 日前2．开题报告：2011 年 3 月 10 日前3．收集资料及实施研究：2011 年 4 月 10 日前4．完成初稿：2011 年 5 月 1 日前5．完成修改稿：2011 年 5 月 10 日前6．完成定稿：2011 年 5 月 15 日前7．答辩：2011 年 5 月 20 日前三、需要提供有关材料1．四川师范大学毕业设计任务书；2．四川师范大学毕业设计开题报告；3. 四川师范大学毕业设计实施过程记录表；4. 四川师范大学毕业设计［严格按照四川师范大学毕业设计工作手册要求撰写］；5. 四川师范大学毕业设计评审表（指导教师用）；6. 四川师范大学毕业设计评审表（评阅人用）；7. 四川师范大学毕业设计答辩记录表。
、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。
在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。
一、前言与目前的手机系统GSM/GPRS比较起来，第三代无线通信系统的出现，将会带来更高的无线频宽与丰富的多媒体应用技术，在第三代无线通信系统中使用者在静止时可以提供2Mbit/sec的频宽，低速移动时可以提供384Kbits/sec的频宽，而在高速移动时则提供144Kbits/sec的频宽。
以这样的频宽来说，不只足以满足许多人对于语音传递的需求，甚至是各式各样的网络服务，都有极大的潜力无时无刻出现在使用者手机中。
第三代无线通信所包含的层面相当广泛，其中包括所会用到的技术以及在商业化过程中所面临的问题，如果以目前的架构来看，我们可以把整个系统大概分为一下五个部分：▪核心网络（Core Network）▪GSM、GPRS无线通信网络（GSM、GPRS Radio Access Network）▪WCDMA/UMTS无线通信网络（WCDMA/UMTS Radio Access Network）▪服务机制与安全（Service and Security）▪手持装置（Terminal Equipment）其中，核心网络所指的就是各系统业者用来连接各无线基地台与后端大众电话网络（PSTN）或是其他资料网络的Intranet。
通过核心网系统业者可以让手机用户的语音资料，经由业者的核心网络传递到目前通信的目的端。
因此在核心网的架构中，除了包含语音媒体资料的转换外，还包括了记录使用者资讯与计费机制的系统。
笔者认为，了解一个无线通信系统最好的方式就是由核心网着手。
因为如果一旦确实了解使用者的语音或是数据资料，是如何通过核心网来传送与处理的话，那整个系统的雏形将会很自然的在脑海中产生，进一步的再由无线通信的协议与界面来着手，在这样的学习过程中，可以在建立一个对系统的轮廓后，再逐一的把各个细节探讨完整，相信这将会是对初学无线通信的读者来说，最好的一个学习道路。
而GSM/GPRS与WCDMA/UMTS的无线通信网络，所指的就是手机与基地台间的无线通信界面与机制，这也是在认识无线通信系统中相当重要的一环。
GPRS无线数据传输系统解决方案GPRS 通用无线分组业务（General Packet Radio Service）是利用包交换的概念发展的一套无线传输方式。
GPRS网络是基于现有的GSM(全球移动通信系统)网络实现的。
在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如GGSN(GPRS网关支持节点)和SGSN(GPRS服务支持节点)。
SGSN的主要作用是记录移动终端的当前位置信息，并且在移动终端与GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
GGSN主要起网关作用，可以与多种不同的数据网络连接，如ISDN(综合业务数字网)、PSPDN(包交换公用数据网)和LAN(局域网)等。
GGSN可以把GSM网中的GPRS 分组数据包进行协议转换，从而把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
GPRS网不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，而且其本身就是一个分组型数据网，支持TCP/IP协议，无需经过PSTN（公用电话交换网）等网络的转接，可直接与Internet网互通。
因此GPRS业务在无线上网、环境监测、交通监控、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。
一、系统设计目的系统设计目的：客户端将数据采集器中采集到的数据，通过RS232串口发送到GPRS 数据传输终端；GPRS数据传输终端将数据转换成TCP/IP包发送到GPRS网络上，再经过服务转换进入到Internet；监控中心从Internet上获取采集数据的TCP/IP包后，通过程序将采集数据的TCP/IP包还原成采集数据，从而完成了从采集现场通过GPRS和Internet传输数据到监控中心的整个通讯过程。
核心设计在于单片机与GPRS模块的连接和通信软件的编写。
二、GPRS无线数据传输系统设计1、系统设计方案一GPRS无线数据传输系统由客户端软件、GPRS数据传输终端、GPRS网络、服务器端软件四部分组成（如图 1所示）。
MSC1210的GPRS无线通信系统设计引言近年来,通信技术和网络技术的迅速进展,特不是无线通信技术的进展,使得电力系统的自动化程度进一步提高。
GSM网络出现后，技术人员专门快把GSM模块嵌入到各种仪表仪器中，如多功能电能表、故障测录仪、抄表系统和用电负荷监控等，从而使这些仪表仪器具有远程通信功能。
GPRS是在现有GSM系统上进展出来的一种新的数据承载业务,支持TCP/IP协议，能够与分组数据网（Internet等）直接互通。
GPRS无线传输系统的应用范围特不广泛，几乎能够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，内嵌了TCP/IP协议，采纳工业级的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。
1 GPRS通信原理及应用特点1.1 GPRS简介GPRS是通用无线分组业务（General Packet Radio System）的缩写，是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常称为2.5G。
GPRS采纳与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。
因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。
有了GPRS，用户的呼叫建立时刻大大缩短，几乎能够做到“永久在线”。
此外， GPRS是以营运商传输的数据量而不是连接时刻为基准来计费，从而令每个用户的服务成本更低。
1.2 差不多工作原理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(SGSN)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操纵，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1G PR S 系统的基本结构G PR S 网络建设方案及设计邱1刘鑫2（1重庆邮电大学重庆400065）（2广东通信产业服务有限公司汕头515000）摘要首先对G R PS 系统基本结构进行了简单介绍。
其次，根据广东汕头G PR S 网络建设工程，详细说明了G PR S 网络的设计方案。
详细阐述了汕头G PRS 网络连接方案、数据配置以及对现有网络的升级方案。
最后对G RPS 网络建设方案进行了总结。
关键词G PR S网络建设现网升级1G PR S 系统基本结构G PR S 系统的主要组成包括下述功能单元:（1）分组控制单元（PCU ）:主要用于完成RLC/M AC 功能和与G b 接口的转换；（2）服务GPR S 支持节点(SGSN ):执行移动性管理、安全功能和接入控制和路由选择等功能;（3）网关GPR S 支持节点(G G SN ):负责提供GPR S P LM N 与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。
GG SN 与HLR 之间的G c 接口可选接口，用于GG SN 向H LR 查询M S 的路由信息；（4）边界网关（B G ）：边界网关用于PLM N 间G PR S 骨干网的互连，它应具有基本的安全功能，此外还可以根据运营商之间的漫游协定增加相关功能；（5）计费网关（CG ）：计费网关通过Ga 接口与G PR S 网络中的计费实体如G SN 等通信，用于收集各G SN 发送的计费数据记录并进行计费；（6）域名服务器(DN S):负责提供G PRS 网内部SGSN 、GGSN 等网络节点的域名解析以及APN 的解析。
从上面的G PR S 网络结构图可看出，GPR S 网络建设包括两大方面，第一是核心网部分的建设，包括SGSN 、G GSN 、B G 、C G 、DN S ；第二部分是现网升级部分，就是包括交换子系统、基站子系统、操作维护系统的软、硬升级方案和G b 接口连接方案。
基于GPRS和MBUS远程无线抄表系统的设计与实现目前远程抄表多半采用短信通信定时上报方式进行抄表,这种抄表方式比较落后、费用高、实时性差、远程控制能力差、无法及时准确监控现场水表的运行情况等缺点,本文针对目前抄表方式存在种种弊端,提出并设计了基于GPRS无线网络的实时在线远程抄表系统,该系统具有实时在线、传输可靠、远程控制、快速高效管理水表等优点。
本文设计了远程无线抄表系统由抄表管理中心、抄表设备、水表组成。
抄表管理系统与抄表设备是通过GPRS网络进行远程通信,抄表设备与水表之间通过MBUS总线形成一个主从网络。
在远程数据管理中心,使用C#开发了抄表设备出厂参数设置软件用于在设备出厂前参数设置,开发Socket服务器端通信软件、数据解析、存储和查询软件,用于远程抄收水表数据的管理;在抄表设备上开发了GPRS通信控制程序,实现数据传输终端与数据管理中心之间的实时在线通信,开发MBUS总线驱动程序,实现MBUS与水表之间通讯,并且制定数据管理中心、抄表设备与水表之间的通讯协议。
远程数据管理中心、抄表设备、水表之间数据采用透明转发的方式,远程数据管理中心通过通讯协议管理系统下所有的抄表设备和水表,包括抄表设备基本信息和运行参数的修改,水表数据的抄收、调价、开关阀门等操作。
随着电子技术和无线网络迅速的发展,基于GPRS无线网络的远程实时在线抄表技术越来越成熟,传统人工抄表和基于GSM主动上报抄表方式很容易被基于GPRS实时在线抄表方式所取代,该系统具有广阔和良好的应用发展前景。
GPRS无线通信系统设计方案(doc 8页)MSC1210的GPRS无线通信系统设计引言近年来,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模块嵌入到各种仪表仪器中，如多功能电能表、故障测录仪、抄表系统和用电负荷监控等，从而使这些仪表仪器具有远程通信功能。
GPRS是在现有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。
1 GPRS通信原理及应用特点1.1 GPRS简介GPRS是通用无线分组业务（General Packet Radio System）的缩写，是介于第二代和第三代之间的一种技术，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、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。
因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM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是系统的硬件框图。
MSC1210控制GPRS模块接收和发送信息，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。
用软件实现中断，完成数据的转发。
2.1.1 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MSC1210Y5。
该芯片具有很强的数据处理能力，时钟频率为33 MHz，指令运行速度实际上与运行在99 MHz时钟频率下的标准8051内核相当。
MSC1210的GPRS无线通信系统设计引言近年来,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模块嵌入到各种仪表仪器中，如多功能电能表、故障测录仪、抄表系统和用电负荷监控等，从而使这些仪表仪器具有远程通信功能。
GPRS是在现有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。
1 GPRS通信原理及应用特点1.1 GPRS简介GPRS是通用无线分组业务（General Packet Radio System）的缩写，是介于第二代和第三代之间的一种技术，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、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。
因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM 系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。
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。
1.2 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(SGSN)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连接原理框图。
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，则数据由GPRS 骨干网发送到SGSN，再经BSS发送到GPRS终端。
2 嵌入式GPRS通信系统的实现2.1 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是系统的硬件框图。
MSC1210控制GPRS模块接收和发送信息，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。
用软件实现中断，完成数据的转发。
2.1.1 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MSC1210Y5。
该芯片具有很强的数据处理能力，时钟频率为33 MHz，指令运行速度实际上与运行在99 MHz时钟频率下的标准8051内核相当。
32 KB Flash程序存储器，256 B内部RAM和1024 B片上SRAM，2 KB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GPSR 网络上，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。
2.1.2 扩展数据存储器部分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，8 KB的数据存储空间足够程序正常运行。
图3给出了MSC1210与数据存储器之间的硬件连接图。
2.1.3 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包或基站传来的分组数据进行相应的处理后再转发。
GPRS模块采用德国Simens公司生产的MC35模块。
MC35模块主要由射频天线、内部Flash、SRAM、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的ZIF插座组成。
GSM基带处理器是核心部件，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AT指令。
射频天线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的信号转换。
匹配电源为处理器基射频部分提供所需的电源。
MC35外围电路如图4所示。
AS2815将外部电压转换成3.3 V工作电压。
启动电路由三极管和上电复位电路组成，模块上电后，为使之正常工作，必须在15脚加至少为100 ms的低电平信号。
启动后，15脚信号应保持高电平。
MC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留的引脚数为6个，要注意的是，CCIN引脚用来检测SIM卡座是否插有SIM卡。
当插入SIM卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。
SYNC引脚有两种工作模式：一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示MC35的工组状态。
本设计中使用后一种模式，LED熄灭时，表明MC35处于关闭或睡眠状态；当LED为600 ms亮/600 ms熄时，表明SIM卡没有插入或MC35正在进行网络登陆；当LED为75 ms亮/3 s熄时，表明MC35已登陆进网络，处于待机状态。
2.2 单片机通信程序设计软件中的所有代码都用C语言编写,在Keil环境中编译。
Keil 是Keil Software公司为8051及其兼容产品提供的专门开发工具，它支持在系统调试。
Keil中C51编译器很好地集成了RTX多任务实时操作系统，编写程序时,需在源代码头加入“＃incluede rtx51.h”。
所有代码调试通过后经由TI Downloader下载到存储器中。
目前，绝大多数基于GPRS网络应用系统所使用的GPRS 模块不支持TCP/IP协议。
也就是说，要想工作在相同的网络层面上,其内部传输的数据必须都要采用相同的协议，所以除了利用GPRS模块的功能外，必须在单片机系统中嵌入按TCP/IP和PPP协议标准编写的程序，从而使设计的终端设备能够方便的应用GPRS数据分组业务。
2.2.1 TCP/IP协议的嵌入有很多种方法可以完成协议转换，本设计利用在嵌入式实时操作系统RTX51中移值部分IP和PPP协议来增强系统的可扩展性和产品开发的可延续性。
TCP/IP协议是一个标准协议套件，可以用分层模型来描述。
数据打包处理数据时，每一层把自己的信息添加到一个数据头中，而这个数据头又被下一层中的协议包装到数据体中。
数据解包处理程序接收到GPRS数据时，把相应的数据头剥离，并把数据包的其余部分当作数据体对待。
考虑到嵌入式系统的特点，本设计采用了系统开销较小的IP+UDP协议来实现GPRS通信。
主机发送的UDP数据报文经GPRS通道传送给GPRS通信模块，GPRS通信模块负责对数据报进行解析，解析后的数据按照一定的波特率串行传送给用户终端。
2.2.2 数据处理数据包在主机和GPRS服务器群中传输使用的是基于IP的分组，即所有的数据报文都要基于IP包。
但明文传送IP包不可取，故一般使用PPP协议进行传输。
模块向网关发送PPP报文都会传送到Internet网中相应的地址，而从Internet传送过来的应答帧也同样会根据IP地址传送到GPSR模块,从而实现采集数据和Internet网络通过GPRS模块的透明传输。
要注意的是，GSM网络无静态IP地址，故其他通信设备不能向它提出建立连接请求，监控中心必须拥有一个固定的IP，以便监测终端可以在登陆GSM网络后通过该IP找到监控中心。
关于这一点，很容易解决，只需在电信申请相应的服务就可以了。
GPRS模块登陆上GSM网络后，自动连接到数据中心，向数据中心报告其IP地址，并保持和维护数据链路的连接。
GPRS监测链路的连接情况，一旦发生异常，GPRS模块自动重新建立链路，数据中心和GPRS模块之间就可以通过I 地址通过UDP/IP协议进行双向通信，实现透明的可靠数据传输。
3 上位机监控中心的设计监控中心的功能是实现GPRS信息的接收和保存。
设计语言采用Microsoft公司的Visual C++编程语言，C＋＋语言应用灵活，功能强大，并对网络编程和数据库有强大的支持。
由于通过GPRS，中心监控部分可以直接访问互联网，所以监控部分并不需要再设置GPRS模块。
中心只需通过中心软件帧听网络，接收GPRS无线模块传来的UDP协议的IP包和发送上位机控制信息，以实现与GPRS终端的IP协议通信。
接收到的信息要保存到中心的数据库中,以备查历史记录。
数据库采用Access,VC编制的界面窗口通过ADO访问Access中的数据。
需要说明的是，笔者是通过Socket接收网络终端信息的。
Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数和例程，程序员可以利用它来开发TCP/IP网络上的应用程序。
VC中的MFC类提供了CAsyncSocket这样一个套接字类，用它来实现Socket编程非常方便。
本设计中采用数据报文式的Socket，它是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
CAsyncSocket类用DoCallBack函数处理MFC消息，当一个网络事件发生时，DoCallBack函数按照网络事件类型：FD_REA D、FD_WRITE、FD_ACCEPT和FD_CONNECT 分别调用OnReceive、OnSend、OnAccept和OnConnect 函数，驱动相应的事件，完成网络数据通信过程。
4 结论本文采用嵌入式TCP/IP协议，通过高速8位单片机实现GPRS业务的数据传输功能，具有外围电路少，电路简单，系统成本低等优点。
通过标准RS232串口和外部控制器连接，只需按照预先规定的协议就可互相通信，通用性较强。
系统软件均使用C语言编写，稍加改动就可以在各种控制器上实现，可移植性也较强。
基于GPRS的系统也有一定的缺点，例如，现在的GPRS 网还不够稳定，有丢包的现象；主控制器要实现IP协议，使用起来比较复杂；上位机基于互联网的解决方案保密性较差等。
