基于ＡＲＭ／ＧＰＲＳ的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2008-04-12 00:00:00侯國(guó)成楊宏業(yè)馮家鵬曹俊琴

現(xiàn)代電子技術(shù) 2008年19期

摘要：隨著單片機(jī)及ARM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，GPRS通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)在當(dāng)前遠(yuǎn)程無(wú)線數(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)品得到極大的推廣和應(yīng)用。論述了基于WAVECOM Q2406B無(wú)線通訊模塊、ARM7 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、軟件流程圖及程序代碼。

關(guān)鍵詞：GPRS模塊;RS 232;LPC2138;AT命令;ARM

中圖分類號(hào)：TN9295文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1004373X(2008)1903903

Design of Wireless Data Transmission System Engineering Based on ARM/GPRS

HOU Guocheng1，YANG Hongye2，F(xiàn)ENG Jiapeng3，CAO Junqin4

(1.Dalian Meteorological Bureau，Dalian，116001，China；2.Inner Mongolia University of Technology，Hohhot，010051，China;

3.Taiyuan Institute of China Coal Research Institute，Taiyuan，030001，China；4.Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan，030024，China)

Abstract：Along with the wide application of single chip computer and ARM technique as well as the development of integrated chip technique，GPRS general grouping wireless service is attached with more importance by people in the current teledata transmission，telemetering and remote control.Therefore，secondary product and quality goods developed and designed according to the techniques mentioned are obtaining enormous promotion and application.The data transmission terminal design based on WAVECOM Q2406B Module and ARM7 LPC2138 are elaborated，and partial hardware electric diagram，software flowchart and program code are provided.

Keywords：GPRS module；RS 232；LPC2138；AT command；ARM

隨著無(wú)線通訊技術(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)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service，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)。本文以ARM7 LPC2138與WAVECOM的Q2406B無(wú)線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约瓣P(guān)鍵技術(shù)。

1 GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議分析和實(shí)現(xiàn)

GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端利用GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與上位機(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的附著登記用戶信息，對(duì)用戶進(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，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)議的激活涉及到網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)協(xié)議，如PPP協(xié)議、LCP(Link Control Protocol，鏈路控制協(xié)議)、NCP(Network Control Protocol，網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議)、PAP(Password Authentication Protocol，密碼認(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模塊建立無(wú)線信道、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)：AT#CGDCONT=1，“IP”， “CMNET”;

(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：AT#APNSERV= “CMNET”;

(5) 請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)連接：AT#CONNECTIONSTART;

(6) 設(shè)置上位機(jī)的IP地址：AT#TCPSERV=“*”;

(7) 設(shè)置上位機(jī)偵聽(tīng)的端口準(zhǔn)備與客戶端通信： AT#TCPPORT=“6800”;

(8) 打開(kāi)與上位機(jī)的連接：AT#OTCP;

(9) 斷開(kāi)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接：AT#CONNECTIONSTOP;

(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AT命令均必須設(shè)置，但相鄰AT命令間要有一定延時(shí)，經(jīng)驗(yàn)證，約3 s即可。

2 數(shù)據(jù)傳輸終端的硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件框圖

系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)硬件組成

2.2.1 微控制器

系統(tǒng)中，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)2C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，內(nèi)置看門(mén)狗。

CPU操作電壓范圍：3.0~3.6 V(3.3 V±10%)，I/O口可承受5 V的最大電壓。

2.2.2 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，如圖3所示。

2.2.3 GPRS模塊WAVECOM Q2406B

GPRS模塊選用法國(guó)WAVECOM的Q2406B，該模塊內(nèi)置TCP/IP協(xié)議并提供了9針的標(biāo)準(zhǔn)RS 232接口。模塊大致原理圖及其與SIM卡的連接如圖4所示。

3 數(shù)據(jù)傳輸終端的軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心部分是微控制器LPC2138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)AT指令實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)的附著、PDP激活、Internet的接入及數(shù)據(jù)傳輸。

3.1 AT指令調(diào)試及波特率的設(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)程中通信的不暢通常是由于波特率不匹配造成。

3.2 建立連接

為了方便程序設(shè)計(jì)，增強(qiáng)程序可讀性，將建立連接所需的AT命令以字符串形式存放于AT命令緩存區(qū)，所需多條AT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AT指令、提高CPU利用率需將AT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AT命令發(fā)送，相鄰AT命令間要有2~3 s的延時(shí)，所以每發(fā)送完一條AT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AT命令返回值來(lái)判斷連接是否成功。需要注意的是AT命令均以回車符作為結(jié)束標(biāo)志，并以字符串形式傳送，因此在定義AT命令緩存區(qū)時(shí)一定要注意轉(zhuǎn)義字符的使用。

3.3 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)的基本相同，圖5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。

********************

函數(shù)名稱：UART0SendStr()

函數(shù)功能：向串口發(fā)送字符串

入口參數(shù)：str要發(fā)送的字符串的首地址指針

********************

void UART0_SendStr( char const *str)

{

Str_Send_P = str;

U0THR = *Str_Send_P++;

U0IER|=0x02;//開(kāi)啟THRE中斷

}

在中斷發(fā)送程序中的處理為：

switch(IIR 0x0e)

{

case0x02: //利用THRE中斷，發(fā)送字符串

if((*Str_Send_P)!=′\\\\0′)

U0THR = *Str_Send_P++;

else

U0IER=(~0x02);//關(guān)發(fā)送中斷

break;

…

}

3.4 斷開(kāi)連接

數(shù)據(jù)鏈路的釋放可通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束標(biāo)志“+++”實(shí)現(xiàn)，但必須延時(shí)一定時(shí)間后再發(fā)送斷開(kāi)連接指令：

AT#CONNECTIONSTOP

AT+CGATT=0

4 結(jié) 語(yǔ)

本文在介紹GPRS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)上，為L(zhǎng)PC2138實(shí)現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)傳輸提供了一種通用的解決方案，通過(guò)以上的軟硬件設(shè)計(jì)，可以實(shí)時(shí)地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。此方案稍做修改便可移植到GPS車載終端、自動(dòng)抄表等實(shí)際應(yīng)用工程中。