單片機(jī)與GPRS模塊通訊開(kāi)發(fā)的注意事項(xiàng)

1、單片機(jī)微控制器以其體積小、功耗低、使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、民用的嵌入式系統(tǒng)中；而隨著互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的興起與普及，使微控制器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)就變得非常有意義。 目前使微控制器上網(wǎng)的解決方案一般有兩種：一種是采用微控制器驅(qū)動(dòng)網(wǎng)卡，通過(guò)以太網(wǎng)連接Internet;另一種是使微控制器直接驅(qū)動(dòng)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）通過(guò)電話(huà)線(xiàn)向ISP撥號(hào)上網(wǎng)。這兩種方案 的缺點(diǎn)在于都要使用有線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法應(yīng)用于在邊遠(yuǎn)地區(qū)或可移動(dòng)系統(tǒng)中。針對(duì)這一問(wèn)題， 提出一種基于 GPRS 的單片機(jī)上網(wǎng)的解決方案， 即在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)GPRS模塊經(jīng)過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)連接到Internet實(shí)現(xiàn)

2、上網(wǎng)。 這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于： 覆蓋面廣，適用于廣大偏遠(yuǎn)地區(qū)； 無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)，適用 于可移動(dòng)目標(biāo)；使用廉價(jià)的微控制器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低；安裝簡(jiǎn)便，維護(hù)方便。GPRSfc術(shù)及其特點(diǎn)GPR（S General Packet Radio Service ）是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是在GSMS礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式。與原有的GSM匕較， GPR的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)：通過(guò)多個(gè) GSM寸隙的復(fù) 用，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，理論峰值達(dá)115kb/s ；不同的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)共享同一組GPRSJ道，但只有當(dāng)某一個(gè)用戶(hù)需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)占用信道資源。這樣， 通過(guò)多用戶(hù)的業(yè)務(wù)

3、復(fù)用， 更有效地利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信道資源， 特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸，很好地適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點(diǎn)；GPRSt費(fèi)方式更加靈活，可以支持按數(shù)據(jù)流量來(lái)進(jìn)行計(jì)費(fèi)；與無(wú)線(xiàn)應(yīng)用協(xié)議（ WAP技術(shù)不 同，GPRSg夠隨時(shí)為用戶(hù)提供透明的IP通道，可直接訪(fǎng)問(wèn)Internet中的所有 站點(diǎn)和資源；采用信道復(fù)用技術(shù)，每一個(gè)GPR即戶(hù)都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線(xiàn)；另外， GPR變能支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)等等，而且相對(duì)于短消息等 其它無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，GPRS勺價(jià)格優(yōu)勢(shì)比較明顯。目前，我國(guó)移動(dòng)推出的GPRS 上網(wǎng)業(yè)務(wù)最高每千字節(jié)也只有3 分錢(qián)，而且用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要，以月租、包月等多種形式進(jìn)一步降

4、低 GPRSS信的費(fèi)用。因此使用GPRS?現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳送是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，特別是對(duì)于不易架設(shè)有 線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的邊遠(yuǎn)地區(qū)和可移動(dòng)裝置。硬件連接和GPRSK塊設(shè)置通過(guò)GPRS3進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸一般需要使用 GPRS1塊。目前，GPRS1塊一般 是指帶有GPR創(chuàng)能的GSMK塊，可以利用GPRS3進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中比較流行的有法國(guó)Wav宓司的WISMO（列和西門(mén)子公司的S系列等等。 WAVECOMWISMO1塊接口簡(jiǎn)單、使用方便且功能非常強(qiáng)大其中GPRS1塊與單片機(jī)間是通過(guò)用行口進(jìn)行通信的，通信速率最快可以達(dá) 到115 200b/s o模塊與控制器間的通信協(xié)議是 AT命令集，其中大部分命令是符 合協(xié)議“ AT

5、 command set for GSM Mobile Equipment （ME） （GSM 07.07 version 6.4.0 Release 1997）”的，但也有一些是 Wavecom1己定義的AT命令。除了申 口發(fā)送（TX）、用口接收（RK之外，微控制器與GPRS1塊之間還有一些硬件 握手信號(hào)，如DTR CTS DC/。為了簡(jiǎn)化微控制器的控制， 硬件設(shè)計(jì)時(shí)不要使用全部的硬件握手信號(hào)， 而只使用 數(shù)據(jù)載波檢測(cè)(Data Carrier Detect, DCD 和終端準(zhǔn)備(Data Terminal Ready, DTR信號(hào)。DCDB號(hào)可以檢測(cè)GPR馱塊是處于數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)還是處于 A

6、T命令傳送狀態(tài)。DTR信號(hào)用來(lái)通知GPR馱塊傳送工作已經(jīng)結(jié)束。硬件連接完成后，在進(jìn)行GPRSt網(wǎng)操作之前，首先要對(duì)GPR馱塊進(jìn)行一定的設(shè)置。主要的設(shè)置工作有：設(shè)置通信波特率，可以使用 AT+IPR=3840師令，把波特率設(shè)為38 400b/s或其它合適的波特率，默認(rèn)的通信速度為 9600b/s 。 設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)，通過(guò) AT+ CGD CONT=1, IP”， “CMNET命令設(shè)置 GPRS 接入網(wǎng)關(guān)為移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)。設(shè)置移動(dòng)終端的類(lèi)別，通過(guò) AT+CGCLASS=B設(shè)置移動(dòng)終端的類(lèi)別為 B類(lèi)， 即同時(shí)監(jiān)控多種業(yè)務(wù)；但只能運(yùn)行一種業(yè)務(wù)，即在同一時(shí)間只能使用GPRSt網(wǎng)， 或者使用GSM勺語(yǔ)音通信。 測(cè)

7、試GPRSK務(wù)是否開(kāi)通，使用AT+CGACT=1,命令激活GPR劭能。如果返回 OK則GPRSS接成功；如果返回ERROR則意味著GPRSfe敗。這時(shí)應(yīng)檢查一下 SIM卡的GPR吼務(wù)是否已經(jīng)開(kāi)通，GPRSK塊天線(xiàn)是否安裝正確等問(wèn)題。中國(guó)移動(dòng)在GPRSf Internet網(wǎng)中間建立了許多相當(dāng)于ISP的網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN,以連接GPRS3與外部的Internet網(wǎng)。GPRSK塊可以通過(guò)撥“*99*1# 登錄到GGSNt動(dòng)態(tài)分配到Internet網(wǎng)的IP地址。其間GPRSK塊與網(wǎng)關(guān)的通信要符合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議( Point to Point Protocol, PPP )，其中身份驗(yàn)證時(shí)用戶(hù)名、密碼都

8、為空。使用 PPP協(xié)議登錄上之后，就可以通過(guò) GGS唳上 Internet 了。軟件整體結(jié)構(gòu)程序中的所有彳t碼最好采用 C語(yǔ)言編寫(xiě)，并采用分層的結(jié)構(gòu)，從底到上分別 為：串口驅(qū)動(dòng)層、GPRSK塊驅(qū)動(dòng)層、PPPB議層、IP協(xié)議層、UDPft、議層與應(yīng)用 層。 上層函數(shù)的實(shí)現(xiàn)需要應(yīng)用到底層函數(shù)， 而底層函數(shù)的任務(wù)就是為上層函數(shù)提 供服務(wù)，最終完成應(yīng)用層任務(wù)傳送數(shù)據(jù)。驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)首先是串行口驅(qū)動(dòng)層。它實(shí)現(xiàn)打開(kāi)串口、關(guān)閉串口、讀串口數(shù)據(jù)、寫(xiě)串口數(shù)據(jù)等函數(shù)。然后，在這些串口函數(shù)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)GPRS1塊的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。單片機(jī)通過(guò)用行口控制GPRS1塊，進(jìn)行撥號(hào)、設(shè)置等操作。控制的方法是采用AT命令。在控制GPR

9、SK塊撥打移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)GGSN勺登錄號(hào)碼“ *99*1# ”之后，GPRSK塊就轉(zhuǎn)入在線(xiàn)模式( On-Line )。此時(shí)單片機(jī)向串行口發(fā)送的所有數(shù)據(jù)都透明地傳送給了 GGSN同樣GGSNJ回答也傳回單片機(jī)的串行口。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完成后，單片機(jī)需要通知 GPRS1塊結(jié)束會(huì)話(huà)，并從在線(xiàn)模式轉(zhuǎn)回普 通的命令模式，這可以通過(guò)置高 DTRlfe完成。同時(shí)，如果線(xiàn)路由于異常斷開(kāi)，CD 線(xiàn)會(huì)回復(fù)到平常的低電平，所以處于在線(xiàn)模式下也要不斷檢測(cè)CD線(xiàn)是否處于高電平。根據(jù)這些操作，可以編寫(xiě) GPRSI動(dòng)函數(shù)：初始化GPRSK塊函數(shù)、撥號(hào)函 數(shù)、斷開(kāi)連接函數(shù)、檢測(cè)是否處于在線(xiàn)狀態(tài)函數(shù)。這些底層的驅(qū)動(dòng)函數(shù)將會(huì)使上層協(xié)議的編寫(xiě)

10、很方便， 更重要的是， 它為我們提供了一個(gè)驅(qū)動(dòng)抽象層。 當(dāng)?shù)讓佑布龀龈膭?dòng)的時(shí)候， 只需要對(duì)底層的驅(qū)動(dòng)函數(shù)進(jìn) 行改動(dòng)，而上層函數(shù)的代碼不變。PPP議的實(shí)現(xiàn)由于移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)的GGSNf GPRS1塊通信時(shí)遵循PPP協(xié)議，所以要在單片機(jī)中 也實(shí)現(xiàn)一部分PPP協(xié)議才能與之對(duì)話(huà)。GPRSK塊在撥號(hào)后首先要與GPRS3關(guān)進(jìn) 行通信鏈路的協(xié)商， 即協(xié)商點(diǎn)到點(diǎn)的各種鏈路參數(shù)配置。 協(xié)商過(guò)程遵守LC(P LinkControl Protocol ) 、 PA(PPassword Authentication Protocol )和 IPC(P Internet Protocol Control Protocol

11、)等協(xié)議。其中LCP協(xié)議用于建立、構(gòu)造、測(cè)試鏈 路連接；PAP協(xié)議用于處理密碼驗(yàn)證部分；IPCP協(xié)議用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議環(huán)境，并 分配 IP 地址。協(xié)商機(jī)制用有限狀態(tài)機(jī)的模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦協(xié)商完成，鏈路已經(jīng) 創(chuàng)建， IP 地址已經(jīng)分配就可以按照協(xié)商的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行IP 報(bào)文的傳輸了。根據(jù)應(yīng)用的不同，IP報(bào)文中可以攜帶UDP艮文，也可以是TCP或ICMP報(bào)文。本系統(tǒng)正是 采用UDPffi文傳送數(shù)據(jù)信息的。數(shù)據(jù)傳輸完成之后，單片機(jī)會(huì)向GGS版送LCP的斷開(kāi)連接報(bào)文，以終止網(wǎng)絡(luò)連接。PPPB議的幀結(jié)構(gòu)(圖略)。單片機(jī)的串口中斷接收程序首先以包起始和結(jié) 束符來(lái)判斷是否有完整的PPP包，并對(duì)PPPfe的內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)

12、，以確定數(shù)據(jù)包的 完整性和正確性。然后，在主循環(huán)中進(jìn)入 PPP報(bào)文解析模塊。登錄GGSN勺過(guò)程系統(tǒng)的一個(gè)難點(diǎn)是單片機(jī)登陸 GPRS3關(guān)(GGSN并與網(wǎng)關(guān)通過(guò)LCR PAP IPCP協(xié)議進(jìn)行協(xié)商的過(guò)程。LCR PAP與IPCP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)大同小異，最常用的 為請(qǐng)求(REQ、同意(ACK和才!絕(NAK三種幀。單片機(jī)與GGS咯為一方進(jìn) 行協(xié)商，任何一方都可以發(fā)送REQM請(qǐng)求某方面的配制，另一方覺(jué)得配置不能接 受會(huì)回應(yīng)NAKM,如果可以則回應(yīng)ACK#0為了節(jié)省資源，我們只處理這三種數(shù) 據(jù)幀，其它鏈路問(wèn)題都由單片機(jī)在程序控制下自己重新?lián)芴?hào)解決。協(xié)商過(guò)程大致描述如下：在撥號(hào)成功連接后，GGSNI先會(huì)返回一個(gè)PAP REQ數(shù)據(jù)幀。我們發(fā)送一個(gè)空LCP RECM,以強(qiáng)迫進(jìn)行協(xié)議協(xié)商階段。隨后， GGSN 發(fā)送LCP設(shè)置幀，我們拒絕所有的設(shè)置并請(qǐng)求驗(yàn)證模式。GGSNfcJ CHAPE PAP方式驗(yàn)證，我們只接受PAP方式。然后，進(jìn)行PAP驗(yàn)證用戶(hù)名和密碼過(guò)程，在 GPR即用戶(hù)名與