GPRS無線應(yīng)用的通用平臺設(shè)計(jì)

王國榮 熊義君 萬利華

（1、武漢大學(xué)東湖分校工學(xué)院，湖北 武漢430212 2、武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院，湖北 武漢430070）

1 引言

隨著新一代移動通訊技術(shù)的發(fā)展，GPRS通訊技術(shù)以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)迅速得到了廣泛的應(yīng)用。GPRS無線通信較其它無線通信方式，具有多種優(yōu)點(diǎn)：

①投入低。目前中國移動通信提供現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)，用戶不用自己建設(shè)通訊網(wǎng)絡(luò)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

②傳輸距離長。GPRS接入Internet網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全球通信。

③加入節(jié)點(diǎn)方便。GPRS是開放的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，有一張SIM片和一臺GPRS DTU即可接入。

④優(yōu)于以前的GSM數(shù)據(jù)通信方式。“永遠(yuǎn)在線”、“快速登陸”、“按量計(jì)費(fèi)”、“切換自如”、“高速傳送”、“安全可靠”等優(yōu)點(diǎn)。

基于GPRS的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)應(yīng)用在很多行業(yè)，如：無線工業(yè)控制、智能交通、移動辦公、物流信息及金融、醫(yī)療、保險、彩票等眾多需要遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用價值。而設(shè)計(jì)一種通用的開發(fā)平臺，增強(qiáng)系統(tǒng)的可移植性具有重要意義。

2 通用平臺總體規(guī)劃

根據(jù)用戶的常規(guī)需要，平臺需要為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸接口：通過RS232或RS485/RS422接口與GPRS的DTU終端相連，然后用戶串口設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)通過GPRS DTU終端的內(nèi)部嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議封裝后通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，因此用戶的計(jì)算機(jī)只需要提供準(zhǔn)確的IP地址即可得到數(shù)據(jù)，另外由于用戶需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所以需要為用戶提供在服務(wù)器數(shù)據(jù)解釋端提供數(shù)據(jù)庫編程接口。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中虛線標(biāo)出的部分是通用平臺部分。

圖1 平臺總體結(jié)構(gòu)

用戶擴(kuò)展應(yīng)用時，只需要通過RS232或RS485/RS422接口按照一定的協(xié)議傳輸采集的數(shù)據(jù)（見表1）。用戶可以自定義數(shù)據(jù)類型，通過用戶自己編寫的解釋程序解釋，這樣用戶就可以方便地添加新增數(shù)據(jù)類型。同時也支持用戶自定義加密方式。

運(yùn)行在平臺的控制程序?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫。用戶解釋程序可以運(yùn)行在其它PC機(jī)上，組成C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；甚至可以用WEB技術(shù)實(shí)現(xiàn)，組成B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用戶通過瀏覽器在客戶機(jī)上瀏覽。通過數(shù)據(jù)接口編程序容易，對開發(fā)人員要求不高，稍具有編程經(jīng)驗(yàn)的程序員就可編寫出符合要求的解釋程序。這樣用戶不需要重新設(shè)計(jì)平臺封裝部分，只需將精力放在開發(fā)解釋程序與用戶擴(kuò)展應(yīng)用上。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)框圖

3 GPRS DTU（Data Terminal Unit數(shù)據(jù)終端單元）的實(shí)現(xiàn)

GPRS模塊GR47集成了TCP/IP協(xié)議，通過AT指令控制，設(shè)計(jì)方便。MCU采用TI公司的MSP430F149單片機(jī)。它是TI公司推出的16位超低功耗、高性能的混合信號處理器。它具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、資源豐富、開發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的性價比。

GPRS DTU硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，MCU與GR47通過串口通訊。

通過如下AT指令操作GR47傳輸數(shù)據(jù)：

①定義一個PDP上下文

AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET”

返回字符OK

②激活已定義的PDP上下文

AT*E2IPA=1,1

返回字符OK

③連接到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，連接成功后，模塊處于在線數(shù)據(jù)狀態(tài)

AT*E2IPO=1,“202.114.199.xxx”,6001

返回字符CONNECT

此時將進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)傳輸，輸入的任何數(shù)據(jù)都將反映在對方端口。

用戶擴(kuò)展應(yīng)用和GPRS DTU之間通過串口進(jìn)行通訊，而GPRS DTU外部串口可以接收多種數(shù)據(jù)形式，終端控制命令和用戶擴(kuò)展應(yīng)用數(shù)據(jù)類型，所以為了區(qū)別用戶數(shù)據(jù)，用戶需要對用戶協(xié)議進(jìn)行定義，有別于模塊底層數(shù)據(jù)包協(xié)議和AT指令。用戶協(xié)議命令幀和數(shù)據(jù)幀采用統(tǒng)一編碼格式，如表1所示。

?

幀頭：控制幀為0xCC（來自上位機(jī)）,數(shù)據(jù)幀為0xDD（發(fā)向上位機(jī)）。

幀類型：數(shù)據(jù)包類型，用戶自定義如溫度、濕度等。

數(shù)據(jù)長度：數(shù)據(jù)區(qū)字節(jié)數(shù)。

數(shù)據(jù)區(qū)：包含設(shè)備數(shù)據(jù)或者指令信息，目前最多255個字節(jié)。

數(shù)據(jù)校驗(yàn)和：數(shù)據(jù)幀頭至數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)。控制命令控制GPRS DTU上線或下線，由MSP430將命令幀解析成AT指令，通過串口1對GR47控制，而將數(shù)據(jù)幀直接通過串口0轉(zhuǎn)發(fā)給GR47，由服務(wù)器端程序解析。

4 服務(wù)器程序?qū)崿F(xiàn)

平臺將服務(wù)端程序分為數(shù)據(jù)解釋程序與終端控制程序。終端控制程序完成DTU上線日志記錄，顯示DTU編號，控制DTU下線，將采集到的數(shù)據(jù)存儲到后臺數(shù)據(jù)庫等功能。數(shù)據(jù)解釋程序由用戶自己編寫，讀取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，處理、前臺顯示或者做它用。在服務(wù)器端，應(yīng)始終保證控制程序后臺運(yùn)行，在用戶需要解釋數(shù)據(jù)時運(yùn)行數(shù)據(jù)解釋程序。

5 結(jié)束語

利用該GPRS無線應(yīng)用的通用平臺后，通用平臺封裝網(wǎng)絡(luò)傳輸編程的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，GPRS DTU和服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)部分已不需重復(fù)開發(fā)，用戶只需要掌握RS232接口編程與基于數(shù)據(jù)庫的編程，就能開發(fā)出自己的應(yīng)用系統(tǒng)，目前實(shí)際傳輸速率只有30Kbps左右，可適用于需要GPRS傳輸?shù)脑S多低速場合。

[1]呂捷.GPRS技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

[2]陳朝陽,劉謹(jǐn).GSM移動通訊手機(jī)射頻收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電訊技術(shù)，2003.4：81－84.

[3]孫孺時,丁懷元.GSM數(shù)字通信工程[M].北京：人民郵電出版社，1996.

[4]Cotter w.sayre、張之超.無線通信設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M].北京：人民郵電出版社，2004.