ＧＰＲＳ數據傳輸模塊的設計與實現

摘 要：本文旨在利用GPRS實現無線傳輸數據。首先介紹基于通用分組無線業務(GPRS)的無線數據傳輸技術，然后對應用單片機C51實現GPRS模塊串口通信進行研究，給出硬件設計原理圖，并且給出程序設計流程圖。對基于C51的GPS和GPRS模塊進行了仿真，提出用GPRS技術進行無線數據傳輸的實現方法。實踐證明，利用GPRS傳輸數據與傳統的數據傳輸方式相比，具有耗資小、體積小、分布廣、使用靈活等優點。

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關鍵詞：GPRS;無線數據傳輸;串口通信

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)09-018-03

Design Realization of GPRS Data Transmission Module

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LV Xin，WANG Zhong

(School of Electrics Information and Engineering，Sichuan University，Chengdu，610065，China)

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Abstract：The research aim of this paper is through GPRS to realize wireless data transmission.This thesis firstly recommends the wireless data transmission technology based on GPRS.Then the research is done to implement the serial communication on the GPRS module which combined with the use of the singlechip C51.Its hardware principle chart is given，and the software flow figures are provided.After that，it is necessary to simulate on the GPS/GPRS module combined with C51 and to realize the wireless data transmission based on GPRS technology.Testified by the practice，the method of GPRS is more cheap，little，wide and smart than traditional data transmission.

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Keywords：GPRS;wireless data transmission;serial communication

1 引 言

隨著市場上對無線數據業務的需求日益增多，運營商紛紛大力發展自身領域內的數據服務，力求在激烈的競爭中占得先機。傳統的GSM網絡僅能支持96 kb/s速率的數據傳輸業務，這遠遠不能滿足用戶對高速無線數據業務的需求。通用分組無線業務(General Packet Radio Service，GPRS)是構架在傳統GSM網絡之上的一種標準化的分組交換數據業務，他可以提供高達115 kb/s速率^[1]的分組數據業務，從而使得包括圖片、話音和視頻的多媒體業務在無線網絡中的傳輸成為現實。

GPRS被認為是第二代移動通信系統向第三代移動通信演進的重要一步。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數據傳送方式，GPRS是分組交換技術，具有“高速”和“永遠在線”的優點^[2]。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。隨著無線數據傳輸技術的迅速發展，GPRS已經成為實現無線數據業務的最佳承載方式。

2 硬件設計

2.1 西門子MC55 模塊

本次研究選用的GPRS模塊是西門子的MC55模塊，這款無線模塊是當今市場上尺寸最小的三頻模塊。MC55的端到端連接器是通過50針0.5 mm寬的引腳連接到芯片應用平臺的。50個引腳用于控制各個邏輯單元，傳輸數據和音頻信號，并供給功率提供隊列。一個多用途的音頻概念提供各種各樣音頻接口，每種接口都可用在端到端連接器上：1個數字音頻接口(DAI)和2個模擬音頻接口。利用AT指令，可以輕松地來回接通，并且選擇不同音頻方式的命令。

MC55最重要的狀態是處于0 V(用于低數據比特和ON狀態)和265 V(用于高數據比特和OFF狀態)。這款芯片是被設計用于作為一個數據通信設備(DCE)的，基于傳統的DCE-DTE連接，他與用戶應用端進行串口通信，串行接口如圖1所示。

2.2 GPRS數據傳輸模塊硬件設計

本次研究設計主要是應用GPRS模塊與單片機進行數據傳輸，因此涉及的硬件主要是單片機和GPRS模塊，而這里選用的GPRS模塊是西門子的MC55，而單片機則是選用51系列。

GPRS模塊和單片機之間的數據通信主要是通過端口TXD0與TXD之間，RXD0與RXD之間的數據傳輸來完成。其中GPRS模塊上的TXD0口是用于接收從單片機傳來的數據，而單片機上的TXD端口是用于向GPRS模塊傳送數據的。GPRS模塊上的RXD0口是用于向單片機發送數據，單片機的RXD口則是用于接收從GPRS模塊傳輸來的數據。

由于該模塊電源引腳有5個，且電壓都是33~48 V，因此這里將5個引腳連在一起，直接接到外部電源上。GPRS模塊上的引腳IGT主要是用于點火復位，這里作用是做GPRS模塊的一個復位轉換。在MC55的基帶處理器上有一個綜合SIM接口，他直接接線到主機接口(端到端連接器)，用于連接到外部的SIM卡座。這里接的SIM卡有6個引腳CCCLK，CCVCC，CCIO，CCRST，CCIN以及CCGND分別對應接在MC55的第1到第6個引腳上。模塊的連接器和SIM卡座的引腳之間的距離不要超過20 cm，為了達到最佳的效果，在SIM支架下敷設一層銅隔離網，該層敷銅與SIM卡的CCGND引腳相連。CCVCC和CCGND之間的兩個電容要離引腳盡量近，并且走線盡量阻抗低，以滿足規范要求。單片機與鍵盤相連，可以通過鍵盤來向單片機發送數據。該單片機的振蕩器的晶振為11059 2 MHz，數據傳輸率設置為9 600 b/s。單片機的復位鍵RESET為高電平時復位。

GPRS數據傳輸模塊硬件部分的電路原理圖如圖2所示。

3 軟件系統

這個程序主要是完成GPRS模塊與單片機之間的數據傳輸，單片機有51系列的，設定的單片機串行口工作方式為模式1，8位UART，數據傳輸率為可變；定時器1的工作方式為模式2，數據傳輸率設置為9 600 b/s，晶振為11059 2 MHz。我們傳輸的主要是AT指令，這里傳輸的AT指令有所撥的號碼，DNS服務的IP地址，GPRS服務提供商的密碼，接入GPRS服務的APN。當然還需要建立一個TCP通訊，此服務的客戶內容包括IP、地址以及遠方主機的TCP端口號，以上就是所傳輸的信息。

該程序的主程序是對AT指令進行發送和接收，在完成發送和接收數據時是分別調用數據發送子程序和數據接收子程序，而這里共包括三個子程序：數據發送子程序、數據接收子程序以及延時子程序。

程序流程圖如圖3和圖4所示。

該程序中的基本設置里，傳輸GPRS服務提供商的密碼是設為0的，傳輸接入GPRS服務的APN值，現在只有一個中國移動的APN是cmnet，這里建立了一個TCP通訊，此服務的客戶內容包括IP、地址以及遠方主機的TCP端口號。這里的EA是總中斷標志位，給EA賦0是關閉所有的中斷。這里用的串行口工作方式是模式1，通用異步收發器UART是采用8位的，且數據傳輸率可變。而定時器1處于工作方式2，初值自動重新裝入的8位定時器/計數器。主程序主要是調用發送子程序和接收子程序來完成數據的發送和接收功能，主程序最后需要調用一個延時子程序。在發送子程序中，主要要注意的是當發送數據完畢后，TI會自動置高，而TI=1，表示幀發送結束，所以要將TI清零，準備下一次發送。接收子程序中需要注意的是當發送數據結束后，RI會自動置高，而RI=1表示幀接收結束，所以這里需要將RI清零，準備下一次發送。

4 結 語

GPRS數據傳輸模塊有著極為廣泛的應用。盡管GPRS是第二代移動通信技術GSM向第三代移動通信(3G)的過渡技術，然而他基于移動分組數據業務，具有永遠在線、自由切換、傳輸速率較高、計費靈活便宜的優點。在3G牌照遲遲未發的情況下，利用GPRS模塊進行數據傳輸就成為信息市場的理想選擇。GPRS數據傳輸模塊適合很多領域的通信要求，提高了工作效率，降低了人力和物力的投入消耗，具有耗資小、體積小、分布廣、使用靈活的優點。但數據傳輸質量的好壞受到無線網絡和終端設備的約束。因此，在應用GPRS數據傳輸模塊時，增強終端設備的處理能力、提高數據傳輸過程中的安全系數、提高網絡的通信質量將是下一步需要研究的重點。

參 考 文 獻

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［8］李振起，馬君，王丙君，等.PC機與51系列單片機的遠距離串口通信［J］.煤礦機械，2003(3):43-44.

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作者簡介 呂 鑫 男，四川大學在讀碩士研究生。研究方向為信號與信息處理。

王 忠 男，1964年出生，副教授，博士/博士后，1998年獲電子科技大學通信與電子系統工學博士學位，現在四川大學計算機科學與技術博士后流動站從事科研工作。主要研究方向有：GPS理論及應用，無線與移動通信關鍵技術，網絡通信理論與技術等。