基于ARM的GPRS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究

1、 . . . 師大學(xué)信息學(xué)院 2012 屆學(xué)士學(xué)位論文基于 ARM 的 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究系 別 : :電子信息系 專(zhuān) 業(yè) : :電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號(hào) : :姓 名 : : 偉偉指 導(dǎo) 教 師 : : 宗指導(dǎo)教師職稱(chēng): :講 師20122012 年年 5 5 月月 1010 日日 . . . I / 28基于 ARM 的 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究偉偉師大學(xué)信息學(xué)院 235000摘要 隨著單片機(jī)與 ARM 技術(shù)的廣泛應(yīng)用,以與芯片技術(shù)的不斷發(fā)展, GPRS 通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)在當(dāng)前遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、遙測(cè)遙控中越來(lái)越受到人們的重視,所以,由此而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的二次設(shè)備和產(chǎn)品得到極大的推廣

2、和應(yīng)用。論述了基于 WAV ECOM Q2406B 無(wú)線(xiàn)通訊模塊、A RM7 LPC2138 微處理器的數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)計(jì)方案 ,并提供了部分硬件電路圖、軟件流程圖與程序代碼。針對(duì)分布比較分散，場(chǎng)所不固定，或是環(huán)境比較惡劣的監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，提出了一種通用的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的設(shè)計(jì)方法。終端具有模塊化的數(shù)據(jù)采集功能，并采用ARM9 處理器和 Linux 操作系統(tǒng)，用 Qt/Embedded 編寫(xiě)終端應(yīng)用程序，使其具有良好的人機(jī)交互界面，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，采用 GPRS（通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)）無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將處理過(guò)的數(shù)據(jù)發(fā)往監(jiān)測(cè)中心，存入數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)際實(shí)驗(yàn)證明，該終端數(shù)據(jù)處理速度快，精度高，實(shí)時(shí)性好，可以滿(mǎn)足一般監(jiān)

3、測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的要求。關(guān)鍵詞 GPRS 模塊;RS232 ;LPC2138 ;AT 命令;ARM . . . II / 28Study on GPRS Transferring System Based on ARMLiu WeiweiHuaiBeiBormalUniversityCollege of Information, 235000AbstractAbstract Along with the wide application of single chip computer and ARM technique as well as the development of integrated c

4、hip technique GPRS general grouping wireless service is attached with more importance by people in the current data transmission 、metering and remote control . Therefore secondary product and quality goods developed and designed according to the techniques mentioned are obtaining enormous promotion

5、and application. The data transmission terminal design based on WAVECOM Q2406B Module and ARM7LPC2138 are elaborated and partial hardware electric diagram .software flowchart and program code is provided.For more decentralized distribution, place is not fixed, or the environment is bad monitoring si

6、te, puts forward a universal remote monitoring terminal of the design method. Terminal with modularization data acquisition function, and USES the ARM9 processor and Linux operating system, with Qt/Embedded write terminal application, make its have good human-machine interface, and analyze the data

7、treatment, and a GPRS (general packet radio service) wireless communication technology will be processed data sent to monitoring center, and . . . III / 28stored in the database. The actual experiment proves that the terminal data processing speed, high precision, good real-time, can satisfy the req

8、uirement of the general monitoring.KeywordsKeywords GPRS module; RS232; LPC2138; AT command; ARM . . . 1 / 28目目 次次1 緒論 11.1 ARM 處理器 11.2 ARM 處理器模式 21.3 GPRS 概括與應(yīng)用 42基于 ARM 和 GPRS 的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的研究 52.1 終端的整體結(jié)構(gòu)研究 52.2 終端硬件研究 62.3 終端軟件的研究 93基于 ARM 的 GPRS 的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究 143.1 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議分析和實(shí)現(xiàn) 143.2 數(shù)據(jù)傳輸終端的硬件研究

9、 153.3 數(shù)據(jù)傳輸終端的軟件研究 17結(jié)論 21參考文獻(xiàn) 22致 23 . . . 1 / 281 1 緒緒 論論1.11.1 ARMARM 處理器處理器ARM（AdvancedRISCMachines），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)微處理器的通稱(chēng)，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。ARM 處理器是一個(gè)32 位元精簡(jiǎn)指令集(RISC)處理器架構(gòu),其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.ARM 處理器特點(diǎn)體積小、低功耗、低成本、高性能；支持 Thumb（16 位）/ARM（32 位）雙指令集，能很好的兼容 8 位/16 位器件；大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器

10、中完成；尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；指令長(zhǎng)度固定。2.ARM 處理器系列ARM7 系列ARM9 系列ARM9E 系列ARM10E 系列 Se cur Core 系列Intel 的 X scaleIntel 的 Strong ARM ARM11 系列 其中，ARM7、ARM9、ARM9E 和 ARM10 為 4 個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿(mǎn)足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。Se cur Core 系列專(zhuān)門(mén)為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。3.ARM 處理器結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu):CISC（ComplexInstructionSetComputer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）:在CISC 指令集的各種指令

11、中，大約有 20%的指令會(huì)被反復(fù)使用，占整個(gè)程序代碼的80%。而余下的 80%的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計(jì)中只占 20%。 RISC（ReducedInstructionSetComputer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）:RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長(zhǎng)度固定，指令格式和尋址地方式種類(lèi)減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等 RISC 體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點(diǎn)：采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有 23 種。使用單周期指令，便于流水線(xiàn)操作執(zhí)行。大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載/存儲(chǔ)指令可以訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。除

12、此以外，ARM 體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗。所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率?？捎眉虞d/存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯 . . . 2 / 28處理和移位處理。在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來(lái)提高運(yùn)行效率。寄存器結(jié)構(gòu):ARM 處理器共有 37 個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組（BANK），這些寄存器包括： 31 個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（PC 指針），均為 32 位的寄存器。6 個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí) CPU 的工作狀態(tài)與程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為 32 位，目前

13、只使用了其中的一部分。指令結(jié)構(gòu):ARM 微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：ARM 指令集和 Thumb指令集。其中，ARM 指令為 32 位的長(zhǎng)度，Thumb 指令為 16 位長(zhǎng)度。Thumb 指令集為 ARM 指令集的功能子集，但與等價(jià)的 ARM 代碼相比較，可節(jié)省 30%40%以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備 32 位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。1.21.2 ARMARM 處理器模式處理器模式ARM 處理器狀態(tài):ARM 微處理器的工作狀態(tài)一般有兩種，并可在兩種狀態(tài)之間切換：第一種為ARM 狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí)行 32 位的字對(duì)齊的 ARM 指令；第二種為 Thumb 狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí)行 16 位的、

14、半字對(duì)齊的 Thumb 指令。在程序的執(zhí)行過(guò)程中，微處理器可以隨時(shí)在兩種工作狀態(tài)之間切換，并且，處理器工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變并不影響處理器的工作模式和相應(yīng)寄存器中的容。但 ARM 微處理器在開(kāi)始執(zhí)行代碼時(shí)，應(yīng)該處于 ARM 狀態(tài)。 進(jìn)入 Thumb 狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位 0）為 1 時(shí)，可以采用執(zhí)行BX 指令的方法，使微處理器從 ARM 狀態(tài)切換到 Thumb 狀態(tài)。此外，當(dāng)處理器處于Thumb 狀態(tài)時(shí)發(fā)生異常（如 IRQ、FIQ、Abort、SWI 等），則異常處理返回時(shí)，自動(dòng)切換到 Thumb 狀態(tài)。 進(jìn)入 ARM 狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位為 0 時(shí)，執(zhí)行 BX 指令時(shí)可以使微處理

15、器從 Thumb 狀態(tài)切換到 ARM 狀態(tài)。此外，在處理器進(jìn)行異常處理時(shí)，把 PC指針?lè)湃氘惓ＤＪ郊拇嫫髦校漠惓Ｏ蛄康刂烽_(kāi)始執(zhí)行程序，也可以使處理器切換到 ARM 狀態(tài)。ARM 處理器模式:ARM 微處理器的運(yùn)行模式可以通過(guò)軟件改變，也可以通過(guò)外部中斷或異常處理改變。大多數(shù)的應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶(hù)模式下，當(dāng)處理器運(yùn)行在用戶(hù)模式下時(shí)， . . . 3 / 28某些被保護(hù)的系統(tǒng)資源是不能被訪(fǎng)問(wèn)的。 除用戶(hù)模式以外，其余的所有 6 種模式稱(chēng)之為非用戶(hù)模式，或特權(quán)模式；其中除去用戶(hù)模式和系統(tǒng)模式以外的 5 種又稱(chēng)為異常模式，常用于處理中斷或異常，以與需要訪(fǎng)問(wèn)受保護(hù)的系統(tǒng)資源等情況。 ARM 寄存器:A

16、RM 處理器共有 37 個(gè)寄存器。其中包括：31 個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器(PC)在。這些寄存器都是 32 位寄存器。以與 6 個(gè) 32 位狀態(tài)寄存器。 異常處理:當(dāng)正常的程序執(zhí)行流程發(fā)生暫時(shí)的停止時(shí)，稱(chēng)之為異常，例如處理一個(gè)外部的中斷請(qǐng)求。在處理異常之前，當(dāng)前處理器的狀態(tài)必須保留，這樣當(dāng)異常處理完成之后，當(dāng)前程序可以繼續(xù)執(zhí)行。處理器允許多個(gè)異常同時(shí)發(fā)生，它們將會(huì)按固定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。當(dāng)一個(gè)異常出現(xiàn)以后，ARM 微處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作： 進(jìn)入異常處理的基本步驟：將下一條指令的地址存入相應(yīng)連接寄存器 LR，以便程序在處理異常返回時(shí)能從正確的位置重新開(kāi)始執(zhí)行。將 CPSR 復(fù)制到相應(yīng)的

17、SPSR 中。根據(jù)異常類(lèi)型，強(qiáng)制設(shè)置 CPSR 的運(yùn)行模式位。 強(qiáng)制 PC 從相關(guān)的異常向量地址取下一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理程序處。如果異常發(fā)生時(shí)，處理器處于 Thumb 狀態(tài)，則當(dāng)異常向量地址加載入 PC 時(shí)，處理器自動(dòng)切換到 ARM 狀態(tài)。 ARM 微處理器對(duì)異常的響應(yīng)過(guò)程用偽碼可以描述為： R14_ = Return Link SPSR_= CPSR CPSR4:0 = Exception Mode Number CPSR5 = 0 ；當(dāng)運(yùn)行于 ARM 工作狀態(tài)時(shí) If = Reset or FIQ then；當(dāng)響應(yīng) FIQ 異常時(shí)，禁止新的 FIQ 異常 CPSR6 =

18、1 PSR7 = 1 PC = Exception Vector Address 異常處理完畢之后，ARM 微處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作從異常返回： 將連接寄存器 LR 的值減去相應(yīng)的偏移量后送到 PC 中。 將 SPSR 復(fù)制回 CPSR 中。 . . . 4 / 28若在進(jìn)入異常處理時(shí)設(shè)置了中斷禁止位，要在此清除。1.31.3 GPRSGPRS 概括與應(yīng)用概括與應(yīng)用通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是 GSM移動(dòng)用戶(hù)可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS 可說(shuō)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

19、）式來(lái)傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。GPRS 的傳輸速率可提升至 56 甚至 114Kbps。General Packet Radio Service，通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)，是一種基于 GSM 系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線(xiàn) IP 連接。通俗地講，GPRS 是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以分組的形式傳送資料到用戶(hù)手上。雖然GPRS 是作為現(xiàn)有 GSM 網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過(guò)渡技術(shù)，但是它在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。目前，作為第一個(gè)進(jìn)行 GPRS 實(shí)地測(cè)試的地區(qū)，已經(jīng)取得了良好的收效。 由于使用了分組的技術(shù)，用戶(hù)上網(wǎng)

20、可以免受斷線(xiàn)的痛苦(情形大概就跟使用了下載軟件 NetAnts 差不多)。此外，使用 GPRS 上網(wǎng)的方法與 WAP 并不同，用WAP 上網(wǎng)就如在家中上網(wǎng)，先撥號(hào)連接，而上網(wǎng)后便不能同時(shí)使用該線(xiàn)，但GPRS 就較為優(yōu)越，下載資料和通話(huà)是可以同時(shí)進(jìn)行的。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，聲音的傳送(即通話(huà))繼續(xù)使用 GSM，而數(shù)據(jù)的傳送便可使用 GPRS，這樣的話(huà)，就把移動(dòng)的應(yīng)用提升到一個(gè)更高的層次。而且發(fā)展 GPRS 技術(shù)也十分經(jīng)濟(jì)，因?yàn)橹豁氀赜矛F(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)來(lái)發(fā)展即可。GPRS 的用途十分廣泛，包括通過(guò)手機(jī)發(fā)送與接收電子，在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽等。 現(xiàn)在手機(jī)上網(wǎng)的口號(hào)就是always online、IP in h

21、and，使用了 GPRS 后，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接收，這同時(shí)意味著用戶(hù)總是在線(xiàn)且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。對(duì)于繼續(xù)處在難產(chǎn)狀態(tài)的中國(guó)移動(dòng)聯(lián)通 WAP 資費(fèi)政策，如果將CSD(電路交換數(shù)據(jù)，即通常說(shuō)的撥號(hào)數(shù)據(jù)，歐亞 WAP 業(yè)務(wù)所采用的承載方式)承載改為在 GPRS 上實(shí)現(xiàn)，則意味著由數(shù)十人共同來(lái)承擔(dān)原來(lái)一人的成本。 而 GPRS 的最大優(yōu)勢(shì)在于：它的數(shù)據(jù)傳輸速度不是 WAP 所能比擬的。目前的GSM 移動(dòng)通信網(wǎng)的傳輸速度為每秒 9.6K 字節(jié)，GPRS 手機(jī)在今年年初推出時(shí)已達(dá)到 56Kbps 的傳輸速度，到現(xiàn)在更是達(dá)到了 115Kbps(此速度是常用 56Kmodem 理想速率的兩倍)

22、。GPRS 的應(yīng)用，遲些還會(huì)配合 Bluetooth(藍(lán)牙技術(shù))的發(fā)展。到時(shí)，數(shù)碼相機(jī) . . . 5 / 28加了 bluetooth，就可以馬上通過(guò)手機(jī)，把像片傳送到遙遠(yuǎn)的地方，也不過(guò)一刻鐘的時(shí)間，這個(gè)日子將距離我們不遠(yuǎn)了。2 2 基于基于 ARMARM 和和 GPRSGPRS 的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的研究的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的研究隨著現(xiàn)代生產(chǎn)科技水平的發(fā)展，對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的要求越來(lái)越高，形式趨于多樣化。在無(wú)人值守的變電站、水文站、氣象站等野外監(jiān)測(cè)或是在交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中，因分布比較分散、環(huán)境惡劣，地點(diǎn)不固定，不便于用傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)集中控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并且有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)受到種種限制。在這些場(chǎng)合采用基于 GPRS

23、的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。將嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)結(jié)合在一起是未來(lái)嵌入式應(yīng)用的必然趨勢(shì)。GPRS（General Packet Radio Service），即通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)。GPRS 技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1）永遠(yuǎn)在線(xiàn)，接入速度快。分組交換接入時(shí)間少于 1 秒，可使遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)男蚀蟠筇岣撸?）采用數(shù)據(jù)流量的計(jì)費(fèi)方式，大大降低了用戶(hù)的使用費(fèi)用；3）GPRS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋圍廣，且支持 TCP/IP 協(xié)議，從而可實(shí)現(xiàn)與 Internet 的無(wú)縫連接。2.12.1 終端的整體結(jié)構(gòu)研究終端的整體結(jié)構(gòu)研究終端要完成 3 個(gè)任務(wù)，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)

24、傳輸。數(shù)據(jù)采集部分采用模塊化設(shè)計(jì)思想將采集模塊分為模擬量采集模塊，數(shù)字量采集模塊，開(kāi)關(guān)量采集模塊等，每個(gè)模塊獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)對(duì)特定采集信號(hào)的整流、調(diào)理、隔離等處理再轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，各模塊采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，選用一樣的單片機(jī)處理器。各模塊采集的數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)一的 SPI（serialperipheral interface）總線(xiàn)傳輸給 ARM 處理器。這樣的結(jié)構(gòu)使終端使用更靈活，應(yīng)用圍更廣泛。數(shù)據(jù)處理部分采用 ARM 處理器對(duì)所采集的數(shù)據(jù)的類(lèi)型、長(zhǎng)度、有效圍等進(jìn)行處理，并通過(guò)液晶屏加觸摸屏完成人機(jī)交互功能。然后將處理好的數(shù)據(jù)通過(guò) GPRS 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)。終端的整體結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。 . . . 6

25、/ 28圖 1 終端的整體結(jié)構(gòu)圖2.22.2 終端硬件研究終端硬件研究終端硬件主要由 3 部分組成。一是作為主處理器的 ARM9 處理器與其外圍電路包括電源電路、復(fù)位電路、外擴(kuò)存儲(chǔ)器電路與用于人機(jī)互動(dòng)的液晶屏、觸摸屏連接電路等。二是各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)，這里主要設(shè)計(jì)的是模擬量采集模塊，以與各個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊與主處理器之間 SPI 連接方式。三是 GPRS 模塊外圍電路以與與主處理器的連接。端硬件設(shè)計(jì)示意圖如圖 2 所示。圖 2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖1.終端主處理器主處理器是系統(tǒng)的核心，要完成數(shù)據(jù)處理，存儲(chǔ)，傳輸，人機(jī)界面顯示等功能。結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求終端處理器采用以 ARM9 為核的三星

26、S3C2440 處理器，它是一款基于 ARM920T 核的 16/32 位 RSIC 結(jié)構(gòu)的嵌入式微處理器，主頻 400 MHz,最高可達(dá) 533 MHz,具有 2 片外接 32 M 的板載 SDRAM,片外資源豐富，擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)存儲(chǔ)擴(kuò)展了 2 MB 的 NorFlash 用于存放 bootloader 系統(tǒng)引導(dǎo)程序，和 64 MB . . . 7 / 28的 NAND flash.系統(tǒng)的人機(jī)交互平臺(tái)采用一個(gè) 7 寸液晶顯示頻和一個(gè)觸摸屏來(lái)完成。2.數(shù)據(jù)采集部分硬件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集模塊可分為模擬量采集模塊，數(shù)字量采集模塊，開(kāi)關(guān)量采集模塊等，主要完成對(duì)底層數(shù)據(jù)的采集，這些模塊的單片機(jī)處理器統(tǒng)一采用

27、 CYGNAL 公司的C8051F021 單片機(jī)，它的 MCU 是高度集成的片上系統(tǒng)。在一個(gè)芯片集成了兩個(gè)多通道 ADC 子系統(tǒng)、電壓基準(zhǔn)、SPI 總線(xiàn)接口、8 個(gè) 8 位的通用數(shù)字 I/O 端口和 64 kBFLASH 程序存儲(chǔ)器與與 8051 兼容的高速微控制器核等，這些很好的滿(mǎn)足了模塊的設(shè)計(jì)要求。由于模塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的相似性，這里主要介紹模擬量采集模塊部分。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)大部分是模擬量，如壓力、溫度、液位、流量等信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量后一般統(tǒng)一輸出為 420 mA,05 V,010 V 圍的電流電壓信號(hào)。通過(guò)模擬量采集模塊將這些模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。單片機(jī)的 A/D 準(zhǔn)換的電壓基

28、準(zhǔn)定為 2.5 V,要將 420 mA,05 V,010 V 圍的電流電壓信號(hào)統(tǒng)一為02.5 V 以的電壓信號(hào)，才能進(jìn)入單片機(jī)完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。對(duì)于電流信號(hào)，在輸入端接一個(gè) 250 的精密便轉(zhuǎn)換為 15 V 的電壓信號(hào)了，對(duì)于電壓信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器按比例縮放到 02.5 V 圍即可。轉(zhuǎn)換電路如圖 3 所示。圖 3 電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電路圖各個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊與主處理器通過(guò) SPI 總線(xiàn)進(jìn)行通信。SPI 總線(xiàn)是 Motorola公司提出的一種高速全雙工串行通信總線(xiàn)，它容許 CPU 與各種外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通信。SPI 接口只有 MISO（主入從出）、MOSI（主出從人）、SCLK（時(shí)鐘）和

29、 CS（片選）4 個(gè)信號(hào)組成，在芯片上只占用 4 條線(xiàn)，大大節(jié)省了芯片資源。主處理器與各采集模塊的 SPI 通信方式為一主多從的方式，即 ARM 主處理器的作為主設(shè)備，各數(shù)據(jù)采集模塊作為從設(shè)備，主設(shè)備驅(qū)動(dòng)串行時(shí)鐘發(fā)起通信。主設(shè)備使用片選信號(hào) CS 指明與哪個(gè)模塊采集模塊傳送數(shù)據(jù)。通信時(shí)，主設(shè) . . . 8 / 28備的 MISO 為輸入，MOSI 為輸出，從設(shè)備的 MISO 為輸出，MOSI 為輸入，在主設(shè)備時(shí)鐘的控制下，主設(shè)備與從設(shè)備的雙向移位寄存器同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成一次數(shù)據(jù)的傳輸。主處理器與各模塊的通信結(jié)構(gòu)圖如圖 4 所示。圖 4 SPI 通信結(jié)構(gòu)圖3.GPRS 模塊GPRS 模塊選

30、用華為 GTM900C 模塊，它是一款三頻段 GSM/GPRS 無(wú)線(xiàn)模塊。模塊接口簡(jiǎn)單、使用方便且功能強(qiáng)大。它支持標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令與增強(qiáng) AT 命令。GTM900C 的 GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的最高速率可達(dá) 85.6 kbit/GTM900C 提供 40 腳的 ZIF接口，主要有電源接口、UART 接口（最大串口速率可達(dá) 115200bit/s）、標(biāo)準(zhǔn)SIM 卡接口和模擬語(yǔ)音接口。本系統(tǒng)中，GTM900C 主要是實(shí)現(xiàn) GPRS 上網(wǎng)功能。該模塊的主要特點(diǎn)如下：1）單電源供電，供電圍為 3.34.8 V.典型供電電壓為 4.2 V;2）可工作于三頻 EGSM900 和/GSM1800/GT800

31、單頻；最大發(fā)射功率EGSM900/GT800 Class（2W）和 GSM1800 Classl（1W）；3）支持 GSM 標(biāo)準(zhǔn) AT 命令、V.25 AT 命令和華為擴(kuò)展 AT 命令；4）GPRS 傳輸速率最高可達(dá) 85.6 kbps,支持 CS-1,CS-2,CS-3,CS-4 4 種編碼方式。 . . . 9 / 28嵌了 TCP/IP 協(xié)議；支持多連接，提供 ACK 應(yīng)答，提供大容量緩存。GPRS 模塊與主處理器的連接很簡(jiǎn)單，由于兩者是通過(guò)串口接口進(jìn)行通信的，所以將兩者用串口線(xiàn)連接即可。GPRS 的網(wǎng)絡(luò)功能都已集成在模塊中，只需要在主處理器這一端將串口參數(shù)設(shè)置好，然后發(fā)送相應(yīng)的 AT

32、指令對(duì)模塊進(jìn)行操作即可。2.32.3 終端軟件的研究終端軟件的研究終端軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)任務(wù)，一是搭建開(kāi)發(fā)環(huán)境，如 Linux 操作系統(tǒng)核移植，編寫(xiě)設(shè)備驅(qū)動(dòng)等，二是在開(kāi)發(fā)環(huán)境準(zhǔn)備好的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用程序的編寫(xiě)，包括完成 SPI 總線(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出功能，GPRS 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能，和界面顯示功能。1.軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建軟件平臺(tái)采用嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)，嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)是一個(gè)源代碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可應(yīng)用于多種硬件平臺(tái)，可根據(jù)需要定制核，有良好的網(wǎng)絡(luò)支持，Linux 系統(tǒng)核精簡(jiǎn)、高效并且穩(wěn)定，能夠充分發(fā)揮硬件的功能，它非常適合在嵌入式領(lǐng)域中應(yīng)用。嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)搭建

33、的步驟為：在宿主機(jī)上建立交叉編譯的環(huán)境；編譯生成 Linux 的核，用的核是 Linux-2.6.29;編譯生成根文件系統(tǒng)，用的根文件系統(tǒng)為 YAFFS;向目標(biāo)機(jī)下載 Bootloader 的映像，用的 Bootloader 為 Super VIVI;燒寫(xiě) Linux 核和文件系統(tǒng)的映像；復(fù)位啟動(dòng)。為了使終端可以使用觸摸屏，液晶屏和 SPI 總線(xiàn)，將編寫(xiě)的對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)編譯、添加到 Linux 核中。系統(tǒng)使用的宿主機(jī)系統(tǒng)為在虛擬機(jī)下運(yùn)行的 RedHat9.0 終端應(yīng)用程序用 Qt 來(lái)編寫(xiě)，Qt 是一個(gè)跨平臺(tái)的 C+圖形用戶(hù)界面應(yīng)用程序框架。它具有優(yōu)良的跨平臺(tái)特性、面向?qū)ο蟆⒇S富的 API 支持等優(yōu)

34、點(diǎn)。Qt-Embedded 是 Qt 的嵌入式版本，因此終端應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)使用 Qt/E 作為開(kāi)發(fā)工具。Qt 運(yùn)行環(huán)境的搭建步驟為：首先在宿主機(jī)上分別建立 Ot-x86 編譯環(huán)境和 Qt-ARM 編譯調(diào)試環(huán)境，采用 Qt4.5.0 版本；其次，將宿主機(jī)生成的 Lib 下的庫(kù)文件下載到目標(biāo)板的某個(gè)目錄下，并在目標(biāo)板上設(shè)置好環(huán)境變量，這樣在目標(biāo)機(jī)上的 Qt 程序運(yùn)行環(huán)境就建好了。在宿主機(jī)上交叉編譯好的 Ot/E 程序就可以下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行了。2.終端應(yīng)用程序設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)終端需要采集監(jiān)測(cè)儀表的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，終端設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集模塊分別對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并做相應(yīng)的處理，數(shù)據(jù)采集模塊與 CPU 之間通

35、過(guò) SPI總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)與采集數(shù)據(jù)需按上端通信協(xié)議、PPP、TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行二次成幀；利用 GPRS 網(wǎng)絡(luò)接入 Internet 網(wǎng)絡(luò)，將處理后的數(shù)據(jù)信息通過(guò) GPRS 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心。GPRS 模塊附著 GPRS 網(wǎng)絡(luò)并與上位機(jī)建立 TCP 數(shù)傳鏈路 . . . 10 / 28是通過(guò)向模塊發(fā)送一串 AT 指令實(shí)現(xiàn)。撥號(hào)動(dòng)作完成，并成功建立數(shù)傳鏈路以后，GPRS 模塊在終端串行口和上位機(jī)之間變得透明。另外，終端的重要狀態(tài)要能即時(shí)顯示在 LCD 上。綜上分析，監(jiān)控終端應(yīng)用程序要完成的任務(wù)有：串口參數(shù)設(shè)置，GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接，讀取串口返回信息，SPI 數(shù)據(jù)傳輸，GPRS 數(shù)據(jù)傳

36、輸，界面顯示。由于任務(wù)不止一個(gè)，而且有的任務(wù)需要同時(shí)運(yùn)行，所以采用多線(xiàn)程編程。在 Qt 編程中主界面 UI 一般為主線(xiàn)程，子線(xiàn)程通過(guò)繼承 Qt 中的 QThread 線(xiàn)程類(lèi)來(lái)完成。這些任務(wù)和功能可以通過(guò) 3 個(gè)線(xiàn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。3 個(gè)線(xiàn)程的作用分別為：1）主線(xiàn)程：負(fù)責(zé)界面顯示，串口參數(shù)設(shè)置，GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接，GPRS 數(shù)據(jù)傳輸；2）SPI 數(shù)據(jù)傳輸子線(xiàn)程：負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)采集模塊通信，將采集數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)；3）串口數(shù)據(jù)讀取子線(xiàn)程：CPU 通過(guò)串口操作 GPRS 模塊，GPRS 模塊的返回信息可以通過(guò)串口數(shù)據(jù)讀取子線(xiàn)程隨時(shí)讀取。程序模塊圖如圖 5 所示。圖 5 終端應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)圖3.顯示界面模塊界面顯示模

37、塊：界面顯示由兩部分組成。一是實(shí)時(shí)顯示各模塊的采集數(shù)據(jù)與一定時(shí)間以的歷史數(shù)據(jù)；二是顯示 GPRS 模塊設(shè)置界面，通過(guò)這個(gè)界面設(shè)置串口參數(shù)、設(shè)置數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔、設(shè)置主機(jī) IP 地址與端口號(hào)、發(fā)送 AT 指令、回顯模塊返回信息等。編寫(xiě)界面設(shè)計(jì)文件 mainwindow.h 和 mainwindow c pp 其中串 . . . 11 / 28口參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)連接和 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸封裝成相應(yīng)的子函數(shù)，利用 Qt 的信號(hào)槽機(jī)制，當(dāng)捕捉到相應(yīng)的信號(hào)便執(zhí)行對(duì)應(yīng)的函數(shù)。通過(guò)繼承 Qt 中的 QThread 線(xiàn)程類(lèi)來(lái)完成 GPRS 數(shù)據(jù)讀取模塊和 SPI 模塊的功能。SPI 模塊接收底層數(shù)據(jù)采集模塊的各

38、種數(shù)據(jù)，顯示到界面并編碼通過(guò) GPRS 通道傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，GPRS 返回的一些重要信息業(yè)需顯示到 LCD 界面上。4.GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接任務(wù)GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接任務(wù)主要完成通過(guò) GPRS 網(wǎng)絡(luò)建立與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路的過(guò)程。啟動(dòng) GTM900C 后，首先，需對(duì) PPP 連接所使用的物理串口進(jìn)行初始化，包括確定用于 PPP 連接的串行端口號(hào)以與通信波特率。然后，直接使用 AT 指令，撥號(hào)到中國(guó)移動(dòng)的 GPRS 節(jié)點(diǎn)服務(wù)器（GGSN）。使用以下幾條燈指令使 GTM900C進(jìn)入數(shù)據(jù)通訊狀態(tài)：AT+CGATY?用于查詢(xún) GTM900C 是否已附著在中國(guó)移動(dòng)的GPRS 網(wǎng)絡(luò)，GTM900C 將返回當(dāng)前狀

39、態(tài)；AT+CGATT=1用于設(shè)置 GTM900C 附著于中國(guó)移動(dòng)的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，操作成功 GTM900C 將返回OK;A1,+CGDCONT=1,IPCMNET用于設(shè)置中國(guó)移動(dòng)的 GPRS 節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的名稱(chēng)和屬性，操作成功則返回 OK;AT%ETCPIP用于實(shí)現(xiàn) PDP 激活和 TCP/IP 的初始化，使模塊進(jìn)入 TCP/IP 功能，操作成功返回 OK;AT%IOMODE=0.2,0設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸模式，操作成功返回 OK;AT%IPOPEN=1,TCP,115.24.116.19,50001026打開(kāi)一條 TCP/IP，選擇 TCP 傳輸，115.24.116.19 為上位機(jī) IP 地址，5

40、000 為上位機(jī)接受程序端口號(hào)，成功與上位機(jī)連接返回 CONNECT.另外模塊還具有數(shù)據(jù)透?jìng)鞴δ?，?shù)據(jù)透明傳輸功能將實(shí)現(xiàn) TCP/IP 上直接數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)入透?jìng)髂Ｊ降?AT 指令是：AT%TPS=1,1,3000,1024,進(jìn)入透?jìng)髂Ｊ胶竽K將不會(huì)相應(yīng)其它 AT 指令，直接通過(guò)串口寫(xiě)入數(shù)據(jù)便可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。以上使模塊附著在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程封裝在 GPRS Connect（）函數(shù)中。PPP 配置、認(rèn)證通過(guò)以后，即應(yīng)用程序就已經(jīng)通過(guò) GTM900C 成功進(jìn)入了 Internet 網(wǎng)絡(luò)。最后，通過(guò)變量 GPRSOK=1 指示 GPRS 撥號(hào)成功并建立數(shù)傳狀態(tài)。在 run（）程序中

41、隔一段時(shí)間判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，若網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)則變量 GPRSOK=0,并調(diào)用 GPRS Connect（）函數(shù)開(kāi)始撥號(hào)任務(wù)重新建立數(shù)傳鏈路。5.SPI 數(shù)據(jù)通信模塊SPI 通信程序包括兩部分，一是用于數(shù)據(jù)采集的單片機(jī)這邊需要通過(guò) SPI 發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，接收控制指令，二是 ARM 主控制器需要讀取數(shù)據(jù)，發(fā)送控制指令。數(shù)據(jù)采集模塊使用是帶有 SPI 接口的 C8051f020 單片機(jī)，SPI 的數(shù)據(jù)寄存器是SHODAT.單片機(jī)和主控制器的 SPI 通信參數(shù)設(shè)置要一致。 . . . 12 / 28在主設(shè)備 ARM 這邊，SPI 驅(qū)動(dòng)已經(jīng)配置好，直接使用 read（），write（）等函數(shù)便可進(jìn)行數(shù)據(jù)的

42、讀取與接收。在單片機(jī)這邊采用中斷的方式進(jìn)行 SPI 數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。對(duì)于從設(shè)備 C8051f021 單片機(jī)來(lái)說(shuō)，只有將片選線(xiàn)線(xiàn)接低電平才會(huì)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，可利用這一點(diǎn)進(jìn)行多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸，拉低一次便傳輸一個(gè)字節(jié)，這可用作與主設(shè)備之間的同步信號(hào)。主設(shè)備選一根 I/O 口線(xiàn)作為片選線(xiàn)，將其拉低，執(zhí)行一次 SPI 讀操作，再拉高，延時(shí)一定時(shí)間，這時(shí)從設(shè)備退出從模式，重新往 SPIODAT 里寫(xiě)新數(shù)據(jù)與其他一些處理，主設(shè)備再將片選線(xiàn)拉低，執(zhí)行一次SPI 讀操作。這樣便可進(jìn)行多字節(jié)傳輸了。SPI 主從設(shè)備通信流程圖如圖 6 所示。圖 6 SPI 主從設(shè)備通信流程圖6.終端性能測(cè)試將編譯好的界面應(yīng)用程序下載

43、到終端處理器中并運(yùn)行，主線(xiàn)程為顯示界面，隨時(shí)可與用戶(hù)進(jìn)行信息，兩個(gè)子線(xiàn)程為讀 SPI 總線(xiàn)線(xiàn)程和串口讀寫(xiě)線(xiàn)程，這 3 個(gè)線(xiàn)程同時(shí)并行運(yùn)行。其中 GPRS 傳輸部分的界面如圖 7 所示，通過(guò)這個(gè)顯示界面設(shè)置串口、上位機(jī) IP 地址、TCP 端口和數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送的時(shí)間間隔，發(fā)送文本框會(huì)顯示 SPI 總線(xiàn)讀取的數(shù)據(jù)值，接收文本框回顯 GPRS 模塊返回的信息。上位機(jī)用自己的 PC 機(jī)，通過(guò)軟件 socket tool 監(jiān)聽(tīng)終端發(fā)送給上位機(jī)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)證明終端界面應(yīng)用程序工作良好，數(shù)據(jù)傳輸也很準(zhǔn)確。 . . . 13 / 28圖 7 GPRS 傳輸部分的界面 . . . 14 / 283 3 基于基于 A

44、RMARM 的的 GPRSGPRS 的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究隨著無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的發(fā)展 ,依托移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域 .通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù) ( General Packet RadioService , GPRS) 是在現(xiàn)有 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù) .因此 , GPS 車(chē)載終端 , 自動(dòng)抄表系 統(tǒng)等遠(yuǎn)程遙測(cè)遙控系統(tǒng)利用 GPRS 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸將成 為今后發(fā)展的趨勢(shì) .本章以 A RM7 L PC2138 與 WAVECOM Q2406B 無(wú)線(xiàn)通信模塊為例具體介紹,實(shí)現(xiàn) GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄒ耘c關(guān)鍵技術(shù)

45、.3.13.1 GPRSGPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議分析和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議分析和實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的全雙工數(shù)據(jù)通信.終端需附著 GPRS 網(wǎng)絡(luò) ,登陸 Internet 與連接其上的任意一臺(tái)普通 PC 機(jī)建立 數(shù)據(jù)鏈路并隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.完成這一過(guò)程必須實(shí)現(xiàn) GPRS 的附著和 PDP ( Packet Data Protocol ,分組數(shù)據(jù)協(xié)議)上下文的激活 .通過(guò) GPRS 的附著登記用戶(hù)信息 ,對(duì)用戶(hù)進(jìn)行移動(dòng)性管理;激活過(guò)程用于激活I(lǐng)P 協(xié)議 ,保證數(shù)據(jù)能以 IP 報(bào)的形式進(jìn)行傳送,使移動(dòng)臺(tái)與 GGSN( Gateway GPRS Support Node,網(wǎng)關(guān) GPRS 節(jié)點(diǎn))建立一條邏輯通路,

46、進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.可見(jiàn),激活過(guò)程是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵 , 它由中央控制 器軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) .分組數(shù)據(jù)協(xié)議的激活涉與到網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)協(xié)議,如 PPP 協(xié)議,CP ( Link Control Protocol,鏈 L 路控制協(xié)議) , NCP( Net work Control Protocol,網(wǎng)絡(luò)控 制協(xié)議 ),P( Password Authentication Protocol,密 PA 碼認(rèn)證協(xié)議)和 IPCP( Internet Protocol Control Protocol ,Internet 協(xié)議控制協(xié)議)等.協(xié)議實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要思路是微處理器通過(guò)發(fā)送 AT 指令控制 GPRS

47、模塊建立無(wú)線(xiàn)信道,完成數(shù)據(jù)傳輸.用 AT 指令實(shí)現(xiàn)以上協(xié)議并完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E如下: ( 1)設(shè)置接入網(wǎng)關(guān) : A T # CGDCONT = 1 IP , , CMN ET ; ( 2) GPRS 網(wǎng)絡(luò)附著 : AT + CGATT = 1 ;( 3) 激活 GPRS 模式 :AT + GPRSMODE = 1 ; ( 4 ) 設(shè) 置 網(wǎng) 絡(luò) 接 入 點(diǎn) 名 稱(chēng) : A T # A PN SERV =CMN ET ; ( 5 ) 請(qǐng) 求 網(wǎng) 絡(luò) 連 接 : A T # CONN EC TION2 S TA R T ; ( 6) 設(shè)置上位機(jī)的 IP 地址 :AT # TCPSERV = 3 ;

48、 ( 7) 設(shè)置上位機(jī)偵聽(tīng)的端口準(zhǔn)備與客戶(hù)端通信 : A T # TCPPORT =6800 ; ( 8) 打開(kāi)與上位機(jī)的連接 :A T # OTCP ; ( 9) 斷開(kāi) GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接 : AT # CONNECTION2STOP ; ( 10 ) 取消 GPRS 附著 :AT + CGATT = 0 .在完成 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中 ,以上 A T 命令均必 須設(shè)置 ,但相鄰 A T 命令間要有一定延時(shí),經(jīng)驗(yàn)證 ,約 3 s 即可 . . . . 15 / 283.23.2 數(shù)據(jù)傳輸終端的硬件研究數(shù)據(jù)傳輸終端的硬件研究1.系統(tǒng)硬件框圖圖8 系統(tǒng)硬件框圖2.系統(tǒng)硬件組成微控制器:系統(tǒng)中

49、,微控制器選用PHILIPS公司的LPC2138 。LPC2138的典型特性如下( 僅列舉與本終端設(shè)計(jì)密切相關(guān)的部分,如圖2所示) :多個(gè)串行接口,包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、2個(gè)高速I(mǎi)C 接口 (400 kb/ s) 、SPI 和 SSP (具有緩沖功能,數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變)。支持ISP (通過(guò)UART0實(shí)現(xiàn))和IAP ,扇區(qū)擦除或整片擦除的時(shí)間為400 ms ,1 ms可編程256 B。2 個(gè) 32 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器 ,置看門(mén)狗。CPU 操作電壓圍:3 . 03 . 6 V (3.3 V 10 %) ,I/ O 口可承受 5 V 的最大電壓。 . . . 16 / 28圖 9 L P

50、C2138的管腳分布與連接與電平轉(zhuǎn)換電路3.串口電平轉(zhuǎn)換LPC2138串口通過(guò)SP3232E完成TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換后與 GPRS 模塊相連接,實(shí)現(xiàn)模塊初始化和數(shù)據(jù)收發(fā).同時(shí)可擴(kuò)展串口與其他嵌入式系統(tǒng)或PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 , . . . 17 / 28如圖2所示 .GPRS 模塊選用法國(guó)WAVECOM 的Q2406B ,該模塊置TCP/ IP協(xié)議并提供了9針的標(biāo)準(zhǔn)RS 232接口。模塊大致原理圖與其與SIM卡的連接如圖3所示。圖10 WAVECOMQ2406B原理圖與其與SIM卡的連接示意圖3.33.3 數(shù)據(jù)傳輸終端的軟件研究數(shù)據(jù)傳輸終端的軟件研究系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心部分是微控制器LPC21

51、38與GPRS模塊的通信,兩者間需定義通信協(xié)議,規(guī)定幀格式,通過(guò)A T指令實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)的附著、PDP激活、Internet的接入與數(shù)據(jù)的傳輸。AT指令調(diào)試與波特率的設(shè)置微控制器以一定的協(xié)議向模塊發(fā)送AT指令,接收模塊執(zhí)行指令后的返回值,并進(jìn)行相應(yīng)校驗(yàn)。在Windows自帶的超級(jí)終端中利用 AT+IPR =“波特率”指令設(shè)置無(wú)線(xiàn)通信模塊的波特率,并通過(guò)命令后加“; &W”將所設(shè)值存儲(chǔ)在模塊E2PROM中,掉電后不會(huì)丟失(如:AT + IPR =“115200”; &W)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程信的不暢通常是由于波特率不匹配造成。1.建立連接 . . . 18 / 28為了方便程序設(shè)計(jì) , 增強(qiáng)程序可讀

52、性 , 將建立連接 所需的 A T 命令以字符串形式存放于 A T 命令緩存區(qū) , 所需多條 A T 指令長(zhǎng)度不一且發(fā)送順序不可改變 ,為了 有效控制每條 A T 指令 , 提高 CPU 利用率需將 A T 指 令緩存區(qū)設(shè)置為指針數(shù)組形式 ,在建立連接時(shí)通過(guò)循環(huán) 調(diào)用字符串發(fā)送函數(shù)將這些 A T 命令發(fā)送 ,相鄰 A T 命 令間要有 23 s 的延時(shí) , 所以每發(fā)送完一條 A T 命令 都要調(diào)用一個(gè) 3 s 的延時(shí)子程序 ,然后通過(guò)串口中斷接 收函數(shù)接收 A T 命令返回值來(lái)判斷連接是否成功 .需 要注意的是 A T 命令均以回車(chē)符作為結(jié)束標(biāo)志 ,并以字 符串形式傳送 ,因此在定義 A T 命令緩存區(qū)時(shí)一定要注意轉(zhuǎn)義字符的使用 .2.數(shù)據(jù)傳輸在與上位機(jī)連接成功后 ,通過(guò)字符串發(fā)送函數(shù)發(fā)送 數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù) ,數(shù)據(jù)緩存區(qū)仍需設(shè)置為指針數(shù)組形式 ,發(fā)送數(shù)據(jù)的原理與建立連接時(shí)的基本一樣,圖4是系統(tǒng)程序流程圖.下面是用串口中斷發(fā)送字符串的函數(shù)舉例 . . . . 19 / 28圖11 系統(tǒng)程序流程圖下面是用串口中斷發(fā)送字符串的函數(shù)舉例：函數(shù)名稱(chēng) :UA R T0 Send STR () 函數(shù)功能 : 向串口發(fā)送字符串 入口