基于GPRS的無(wú)線數(shù)傳模塊的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

基于GPRS的無(wú)線數(shù)傳模塊的設(shè)計(jì)****大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）④在IGT線信號(hào)轉(zhuǎn)換區(qū)間必須保證VBATT+的電壓不能低于3.0V，否則模塊不能被激活。3.6電路連接3.6.1電平轉(zhuǎn)換在數(shù)字電路系統(tǒng)中，一般情況下，不同種類器件接口，如TTL，RS232-C等，它們之間不能直接相連，不然就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)無(wú)效的情況，就算是同一種類器件由于電源電壓的不同也不能直接相連，不然長(zhǎng)期使用會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，這就涉及到電平轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。TL電平和RS232協(xié)議都對(duì)邏輯電平進(jìn)行了定義，但它們各自的定義有所不同：TTL電平信號(hào)被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯“1”，0V等價(jià)于邏輯“0”，這被稱做TTL（TransistorTransistorLogic晶體管-晶體管邏輯電平）信號(hào)系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)；TTL電平信號(hào)對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號(hào)直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路；再者，計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個(gè)要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于超過(guò)10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚?duì)稱的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)可靠性均有影響。RS-232-C個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“RecommendStandard推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。通常RS-232接口以9個(gè)引腳(DB-9)或是25個(gè)引腳(DB-25)的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組RS-232接口，分別稱為COM1和COM2。RS-232-C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。在TxD和RxD上邏輯1(MARK)=-3V~-15V，邏輯0(SPACE)=+3~+15V。在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上，信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3V~+15V，信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V~-15V。以上規(guī)定說(shuō)明了RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)，邏輯“1”的電平低于-3V，邏輯“0”的電平高于+3V；對(duì)于控制信號(hào)，接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平高于+3V，斷開(kāi)狀態(tài)（OFF）即信號(hào)無(wú)效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于-3～+3V之間的電壓無(wú)意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無(wú)意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在±（3~15）V之間。3.6.2軟硬件調(diào)試電路首先單片與PC機(jī)相連，下載相應(yīng)調(diào)試程序進(jìn)入單片機(jī)，驗(yàn)證模塊串口通信是否正常。單片機(jī)與PC機(jī)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232連接。然后單片機(jī)與TC35I連接，由于微控制器和GPRS模塊串口電平同為TTL電平，故他們可以直接相連，三根線接法為：MCU_RXD--TC35I_TXD，MCU_TXD--TC35I_RXD，MCU_GND--TC35I_GND。測(cè)試步驟：1.先把SIM卡插進(jìn)TC35I模塊插槽中，給模塊通電，電源指示燈亮，信號(hào)指示燈一亮一滅，亮與滅的時(shí)間相同，這時(shí)模塊正在搜索信號(hào)，等到信號(hào)指示燈閃一下，大約滅2-3秒，這時(shí)候說(shuō)明我們的GPRS模塊已經(jīng)注冊(cè)上信號(hào)，說(shuō)明TC35I工作正常。2.下載線連接上單片機(jī)，然后上電，電源指示燈亮，工作正常下載程序后與GPRS模塊相連，給單片機(jī)復(fù)位一次后，刷新串口即可進(jìn)行調(diào)試工作，調(diào)試工作包括撥發(fā)數(shù)據(jù)。GPRS模塊經(jīng)過(guò)測(cè)試功能正常后就可以與微控制器連接執(zhí)行命令了。主要的AT指令如下：表3-1主要AT指令Tab.3-1ThemainATinstructions指令功能回答AT回車AT+CREGAT+COPS?AT+CIPCSGPAT+CIFSRAT+CIPSTART="TCP"AT+CIPSEND握手網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)服務(wù)商選擇設(shè)置數(shù)據(jù)模式獲取本地IP建立連接發(fā)送數(shù)據(jù)OK+CREG:0,1+COPS:0,0,"ChinaMobile"1；設(shè)置成GPRS模式OK>；數(shù)據(jù)內(nèi)容4無(wú)線數(shù)傳模塊軟件設(shè)計(jì)4.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)4.1.1模塊協(xié)議體系結(jié)構(gòu)傳輸層TCP傳輸層TCPIP網(wǎng)絡(luò)層IP網(wǎng)絡(luò)層GPRS物理層GPRS物理層圖4-1模塊協(xié)議體系結(jié)構(gòu)Fig.4-1Moduleagreementsystemstructure說(shuō)明：·物理層：在對(duì)GPRS模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后，微控制器利用AT（Attention）指令通過(guò)GPRS模塊撥號(hào)，AT指令格式表示從串口發(fā)送的所有數(shù)據(jù)都發(fā)送給GPRS模塊，正確反饋應(yīng)答后，一條物理通道即GPRS信道就在GPRS模塊和GPRS網(wǎng)絡(luò)之間建立起來(lái)了?！?shù)據(jù)鏈路層：PPP（PointtoPointProtocol，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）幀格式表示從串口發(fā)送的所有數(shù)據(jù)都透明地發(fā)送到了GGSN。PPP協(xié)議將原始的GPRS物理層連接改造成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，然后模塊將遠(yuǎn)程登錄Internet，并得到GPRS網(wǎng)關(guān)分配的IP地址。·網(wǎng)絡(luò)層：利用IP(InternetProtocol，因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議)協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，經(jīng)過(guò)IP路由選擇，可以實(shí)現(xiàn)模塊與連在Internet的終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?！鬏攲樱哼x擇TCP(TransmissionControlProtocol，傳輸控制協(xié)議)作為傳輸層協(xié)議，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的面向連接服務(wù)。4.1.2主控流圖1.總體主控程序流圖如下圖所示：開(kāi)始開(kāi)始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化服務(wù)器連接成功？服務(wù)器連接成功？NY數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收上位機(jī)顯示以TCP/IP發(fā)送串口數(shù)據(jù)？TCP/IP數(shù)據(jù)？上位機(jī)顯示以TCP/IP發(fā)送串口數(shù)據(jù)？TCP/IP數(shù)據(jù)？NNYYY發(fā)送到串口發(fā)送到串口模擬量（溫度）輸入、開(kāi)關(guān)量輸入或輸出模擬量（溫度）輸入、開(kāi)關(guān)量輸入或輸出圖4-2主控程序流圖Fig.4-2Mainprocedureflowchart說(shuō)明：說(shuō)面微控制器主控程序主要向GPRS模塊發(fā)送AT指令和等待GPRS模塊的反饋信息，完成對(duì)GPRS模塊的設(shè)置和測(cè)試，以及對(duì)GPRS模塊的撥號(hào)操作。首先，通過(guò)AT指令接口函數(shù)測(cè)試GPRS模塊是否正常，進(jìn)行必要的初始化設(shè)置；接著對(duì)接入的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商進(jìn)行連接信息配置；然后進(jìn)行連接，若能收到對(duì)方返回的連接成功信號(hào)，MCU就發(fā)送一個(gè)LCP（LinkControlProtocol，鏈路控制協(xié)議）的請(qǐng)求幀，以進(jìn)入PPP協(xié)議協(xié)商階段，協(xié)商完成后，撥號(hào)就成功了。此后，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是PPP幀，GPRS工作模式進(jìn)入無(wú)線連接狀態(tài)，不再響應(yīng)AT指令，直到斷開(kāi)連接為止。溫度采集及處理流圖如下：溫度采集是否有溫度采集命令？設(shè)置溫度范圍初始化開(kāi)始溫度采集是否有溫度采集命令？設(shè)置溫度范圍初始化開(kāi)始NY發(fā)送溫度值發(fā)送溫度值圖4-3溫度采集及處理流圖Fig.4-3Temperaturecollectionandprocessingflowchart3.GPRS模塊主控流圖如下：開(kāi)始開(kāi)始初始化初始化數(shù)據(jù)接收和發(fā)送連接成功？進(jìn)行TCP連接PPP協(xié)商成功？PPP協(xié)商撥號(hào)成功？發(fā)送AT指令撥號(hào)配置連接信息數(shù)據(jù)接收和發(fā)送連接成功？進(jìn)行TCP連接PPP協(xié)商成功？PPP協(xié)商撥號(hào)成功？發(fā)送AT指令撥號(hào)配置連接信息NYNYNY圖4-4GPRS模塊主控流圖Fig.4-4GPRSmodulecontrolflowgraph

說(shuō)明：網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議主要是基于GPRS通信的PPP協(xié)議和精簡(jiǎn)的TCP/IP協(xié)議應(yīng)用程序。PPP用于在串行鏈路上的封裝IP數(shù)據(jù)包，IP是Internet互聯(lián)的基礎(chǔ)，兩者都是必需的。TCP是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)運(yùn)輸層協(xié)議，具有較高的可靠性和成熟的流量控制。PPP協(xié)議：PPP協(xié)商過(guò)程是系統(tǒng)接入Internet的關(guān)鍵，由于PPP的協(xié)商屬于request-answer的方式，即用戶終端向ISP發(fā)起請(qǐng)求（request），ISP按照請(qǐng)求內(nèi)容作回應(yīng)（answer）。模塊的PPP協(xié)議內(nèi)容如下：·LCP協(xié)議內(nèi)容：即鏈路控制協(xié)議，PPP協(xié)議的一個(gè)子集，在PPP通信中，發(fā)送端和接收端通過(guò)發(fā)送LCP包來(lái)確定那些在數(shù)據(jù)傳輸中的必要信息。LCP檢查鏈接設(shè)備的標(biāo)識(shí)，決定是接受還是拒絕；確定傳輸中可接收的包字節(jié)數(shù)；核對(duì)雙方配置是否匹配，如果不匹配則斷開(kāi)鏈接。只有在LCP包鏈接是可用的情況下，數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。LCP負(fù)責(zé)設(shè)備之間鏈路的創(chuàng)建，維護(hù)和終止?！AP協(xié)議內(nèi)容：密碼認(rèn)證協(xié)議（PasswordAuthenticationProtocol，是PPP協(xié)議集中的一種鏈路控制協(xié)議，主要是通過(guò)使用2次握手提供一種對(duì)等結(jié)點(diǎn)的建立認(rèn)證的簡(jiǎn)單方法，這是建立在初始鏈路確定的基礎(chǔ)上的。完成鏈路建立階段之后，對(duì)等結(jié)點(diǎn)持續(xù)重復(fù)發(fā)送ID/密碼給驗(yàn)證者，直至認(rèn)證得到響應(yīng)或連接終止。登錄名和密碼名可不設(shè)?！PCP協(xié)議內(nèi)容：IP控制協(xié)議(IPControlProtocol)，負(fù)責(zé)建立，使能和中止IP模塊。IPCP和LCP協(xié)議使用相同的包交換機(jī)制。IPCP包在PPP沒(méi)有達(dá)到網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議階段以前不能進(jìn)行交換，如果有IPCP包在到達(dá)此階段前到達(dá)會(huì)被拋棄。用IP地址進(jìn)行IPCP請(qǐng)求，收到ISP(InternetServiceProvider，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商)的應(yīng)答后取出其中的得到的IP地址?！CP/IP協(xié)議棧：模塊中TCP協(xié)議的所有操作都是基于Socket套接字，是支持TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元，可以看做是不同主機(jī)之間的進(jìn)程進(jìn)行雙向通信的端面點(diǎn)，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是通信的兩方的一種約定，用套接字中的相關(guān)函數(shù)來(lái)完成通信過(guò)程。當(dāng)需要建立一個(gè)新的連接時(shí)，初始化一個(gè)新的Socket，連接成功則保存Socket，否則釋放Socket。請(qǐng)求、建立和關(guān)閉等過(guò)程的進(jìn)行由套接字Socket中的函數(shù)指針調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.2上位機(jī)軟件簡(jiǎn)介上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心（服務(wù)器）的通信功能，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的測(cè)量與控制。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的成本主要有GPRS流量決定?？紤]到安全性則需要實(shí)時(shí)傳送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心向客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)分為兩種類型：一是讀取無(wú)線數(shù)傳模塊的測(cè)量值；二是向無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送設(shè)定值命令或其他控制命令。當(dāng)客戶端需要通信時(shí)，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器專門為其分配端口，采用TCP方式與客戶端通信，平時(shí)服務(wù)器處于偵聽(tīng)狀態(tài)，當(dāng)客戶端有連接申請(qǐng)時(shí)，再完成與客戶機(jī)的連接通信。上位數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器程序和客戶機(jī)程序采用容易上手的Vi