GPRs技術在煤礦人員安全系統(tǒng)中的應用研究

【摘要】GPRS技術是當今最主要的無線數據傳輸技術，具有接入迅速、永遠在線、流量計費等特點，本文～GPRS技術為基礎，設計出一款具有多功能的放置在煤礦井口的讀卡設備。本讀卡設備可充當基于GPRS技術的煤礦人員安全管理系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)。

【關鍵詞】GPRS技術；讀卡器；數據傳輸

【中圖分類號】X913 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0190-02

引言

隨著數字蜂窩網絡GSM在全球的廣泛應用和人們對無線數據應用的迫切需求，GSM系統(tǒng)的分組交換無線數據業(yè)務GPRS（GeneralPacketRadio Server）也逐漸推廣普及。煤礦井下生產由于特殊的工作環(huán)境和復雜的地質條件的限制，要實現上級部門的管理系統(tǒng)和實際生產部門（礦井）之間的數據的傳輸和資料的收集會很困難。在這種情況下，若選用有線電纜或者是光纖敷設則會提高企業(yè)成本并不一定會取得良好的效果，此時若采用GPRS無線傳輸的模式，則會取得最好的效果。

1、GPRS技術簡介

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，由基于TDMA方式的GSM系統(tǒng)實現，基本功能是在移動終端和Internet網絡的路由器之間傳輸分組數據。GPRS網絡是移動業(yè)務與數據業(yè)務結合的多功能網絡，為GSM網絡向3G的進一步推進提供了基礎。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發(fā)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(yè)務。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。

GPRS數據通信終端通常采集了SIM卡以進行無線連接，標準的RS232接口或者USB接口用以配置內部自動網絡連接，并集成協議處理模塊進行GPRS協議處理。根據一般遠傳系統(tǒng)的構成結構，本系統(tǒng)中GPRS組網構成如圖1.1所示：

2、西門子MC55通信模塊介紹

MC55模塊是西門子公司推出的GSM/GPRS三頻模塊，是當今市場上尺寸最小的三頻模塊。主要為語音傳輸、短消息和數據業(yè)務提供無線接口，MC55的端到端連接器是通過50針0.5 innl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。模塊內部集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合于開發(fā)一些GSM/GPRS的無線應用產品，如移動電話、PDA、遠程測量、定位和導航等系統(tǒng)和產品，應用范圍十分廣泛。MC55的系統(tǒng)功能特性如下：

●支持GSM900/DCSl800/PCSl900三頻。

●支持數字、語音、短消息。

●支持GSM07.07和GSM07.05增強型AT命令集。

●高集成度：體積超小35*32.5*2.95mm，僅5.5g；

●電流消耗：休眠狀態(tài)為3mA，空閑狀態(tài)為15mA，發(fā)射狀態(tài)為260mA（平均），1.6A峰值；

●溫度范圍：20～55攝氏度；

3、GPRS數傳模塊設計

MC55是目前尺寸很小的GPRS模塊，內嵌TCP/IP協議棧，支持分組業(yè)務功能，具有很高的可靠性和易用性，很適合在無線終端中作為通訊模塊。MC55有50個引腳，按功能可以分為四個功能模塊：電源充電管理，雙串口，雙音頻接口，SIM卡棒口。通過50針0.5mm寬的引腳端到端連接器連接到芯片應用平臺。MC55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，微控制器利用AT指令，可以輕松地來回接通1個數字音頻接口（DAI）和2個模擬音頻接口，并且選擇不同音頻方式的命令。MC55在單電源3.3V～4.8V下工作，在系統(tǒng)設計時使用鋰電池供電，為使MC55模塊能正常工作，還需要加入以下電路。

1）SIM卡接口

模塊支持外部SIM卡，可以直接與3.0V的SIM卡或者1.8V的SIM卡連接。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S1M卡座。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。為保證EMC（電磁兼容性），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(guī)范要求。另外50根扁平適配線長度也不能超過20Ccm。SIM卡連接的電路如圖3.1所示。

2）MC55與S3C44BOX的接口電路

MC55與微控制器之間是通過串口進行連接的，系統(tǒng)中使用MC55的串口O與S3C44BOX的串口1來實現TCWIP網絡通信，微控制器通過AT指令來實現與MC55之間的命令和數據交換。MC55的開關機、工作方式、工作狀態(tài)等均由S3C44BOX控制。它與S3C44BOX的接口電路如圖3.2所示。MC55的50個引腳中電源引腳有5個，且電壓都是3.3～4.8v，因此這里將5個引腳連在一起，直接接到外部電源上，同時為了減少電磁干擾，在電源和地之間加了IOOPF的小電容，MC55使用專用的Intemet網絡AT指令連接網絡，通過引腳GACTIVE，GSMIGT，GSMRST，TXDl，RXDl，RTSl，CTSl，DSRl，DTRl，DCDl，RLl與S3C44BOX一起協同工作，完成無線的數據傳輸功能。

至此，GPRS數傳模塊設計已全部完成，MC55上電后，即能正常工作。

4、GPRS無線傳輸實現過程

GPRS模塊采用的是MC55模塊，該模塊是即插即用的，本身已經實現了PPP/TCP/IP協議。在設計時，因為串口的速率可以達到115.2 kbit/s，而GPRS遠程通訊的理論最高速率170kbit/s，實際速率通常為30～70kbit/s，因此串口速度滿足我們遠程數據傳輸的要求。我們就利用9針串口來實現數據的傳輸。微控制器S3C44BOX和MC55之間通過串口連接，因此只需此部分驅動串口即可。

因此設備不需要時時刻刻都向上級管理部門進行數據傳輸，所以在本設計中采用中斷方式驅動UART。對串口O的操作包括這幾個函數。

Uint Uart0 init（void）

功能描述：初始化串口O，設置其工作方式為模式1，8位UART，數據傳輸率為可變；

void uartO sendbyte（void）

功能描述：向串口。發(fā)送字節(jié)數據，并等待發(fā)送完畢。

void uart0 sendstr（uint8 con*str）

功能描述：向串口。發(fā)送字符數據，并等待發(fā)送完畢。

char UaxtO Receive（void）

功能描述：將數據送到232接收緩沖區(qū)。

5、總結

本系統(tǒng)是擬基于ARM的嵌入式系統(tǒng)進行研發(fā)，采用無線傳輸技術，設計一個可在井口放置的設備，可充當煤礦人員安全管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，主要以解決井下職工安全為主要目標，將門禁，考勤和人員的安全管理聯系在一起，能給煤礦的管理系統(tǒng)帶來新的變化，這種多功能系統(tǒng)具有很大的實用價值，在市場上有廣闊的應用前景。