使用單片機實現GPRS通信小系統的研究

GPRS(通用分組無線電業務)是利用包交換的概念發展的一套無線傳輸方式。GPRS網絡是基于現有的GSM(全球移動通信系統)網絡實現的。在現有的GSM網絡中需要增加一些節點，如GGSN(GPRS網關支持節點)和SGSN(GPRS服務支持節點)。SGSN的主要作用是記錄移動終端的當前位置信息，并且在移動終端與GGSN之間完成移動分組數據的發送和接收。GGSN主要起網關作用，可以與多種不同的數據網絡連接，如ISDN(綜合業務數字網)、PSPDN(包交換公用數據網)和LAN(局域網)等。GGSN可以把GSM網中的GPRS分組數據包進行協議轉換，從而把這些分組數據包傳送到遠端的TCP/IP或X.25網絡。

GPRS網不但具有覆蓋范圍廣、數據傳輸速度快、通信質量高、永遠在線和按流量計費等優點，而且其本身就是一個分組型數據網，支持TCP/IP協議，可以直接與Internet互通。因此，CPRS在無線上網、環境監測便攜型、交通監控、移動辦公等行業中具有無可比擬的性價比優勢。

1 GPRS通信系統硬件設計

系統采用Sony Ericsson公司的內部嵌有TCP/IP協議棧的GPRS通信模塊GR47和PIC18f6720單片機，二者的串口均支持RS-232通信標準。

核心設計在于單片機與GR47的連接和軟件的編寫。PIC18f6720單片機具有兩個USART(通用異步串行接口)，其中一個與GR47模塊相連，進行數據和AT命令的傳輸；另一個與終端芯片的串口相連，與終端進行通信。GR47模塊外部需要安裝天線。如圖1所示。

PIC18F6720單片機控制GR47模塊發送和接收數據，在軟件中采用串行口的中斷來實現收發數據和轉發數據。

1.1 PICl8F6720簡介

PIC18F6720是Microchip公司生產的較為高檔的單片機。采用3.3 V供電，其大部分指令均為單周期指令，幾乎所有的相關硬件配置都映射成特殊寄存器，大大提高了運行速度；具有A，B，C，D，E，F，G這7個可編程的I/O口；內部除了3840B的RAM外，還有1024B的EEPROM和128 kB的Flash存儲器；擁有4個定時器和多個中斷源及2個中斷優先級，有2個USART，功能十分強大，是一款性價比很高的芯片。

1.2 GR47簡介

GR47是Sony Ericsson公司生產的一款雙頻段GSM900/GSM=1800的通信模塊。在此模塊基礎上，可進行GPRS數據傳輸，具有支持短消息服務等功能。采用3.6 V電壓供電；對外可提供多種接口，如天線接口、模擬音頻接口、異步串行接口、SIM卡接口等，也支持I2C通信；內部集成了TCP/IP協議棧，因此采用此芯片會大大降低微控制器編程工作的難度。

本方案中用到的GR47的端口并不多，對幾個重點的連接點作如下說明：

a)串行口TD：接單片機的RX2，RD接單片機的TX2。

b)DSR引腳：即DataSetReady，說明模塊準備好接收數據，此引腳經過三極管開關電路與單片機的RB0相連。DSR為高表示處在數據模式，為低表示處在命令模式。

c)DTR引腳：即Data Terminal Ready，說明終端設備準備好接收數據，可以通過控制此引腳電平的高低時間來進行GR47的數據態和命令態的切換。此引腳經過三極管開關電路與單片機的RF2相連。

2 GPRS通信系統軟件設計

系統軟件采用C語言編寫，在MPLAB環境下編譯。由于本系統是遠程管理終端的一個模塊，因此在程序的編寫中要遵守一定的協議，這樣才能保證正確通信。程序的主體是如何控制GR47的AT命令對GR47進行初始設置和對信息數據的處理。程序總體上可以分為以下幾個塊：CPRS連接的初始設置、短消息的判斷處理、無數據傳輸時的心跳處理、數據判斷轉發等。主程序是把這些程序塊有機結合到一起，相互控制，無限循環。 2.1 連接的建立

GPRS模塊連接到Internet和GPRS網絡的實現過程如下：

a)單片機軟件控制GR47模塊開機，等待此模塊正常啟動。

b)通過單片機和GR47模塊連接的串口，向GR47模塊寫入相應的AT設置命令，進行初始化，使模塊成功粘附在GPRS網絡上，獲得網絡運行商分配的動態IP地址，與目的終端建立連接。

2.2 數據的處理

數據包在數據中心服務器和GPRS服務器中的傳輸是基于IP數據包的，但明文傳送IP包不可取，因此大多選用PPP(點對點協議)進行傳輸，實現通過GPRS模塊的數據和Internet網絡的透明傳輸。GR47內部集成了TCP/IP協議棧，所以用戶對IP協議相關的程序就不必編寫，可以直接通過GR47傳遞數據。

a)模塊與Internet上PC機的數據傳輸：要求PC機具有公網的IP地址和開放的端口以及監視傳輸報文的運行軟件。這樣，模塊與Intemet傳輸數據時，報文就會顯示。在模塊成功聯入網絡后，單片機只要將要發送的數據通過串口發給GR47，GR47就會把數據轉發給相應的IP地址的PC機。

b)短消息數據的處理：GR47具有GSM的功能，可以與手機發送和接收短消息。短消息采用PDU格式，在程序中需要判斷短消息的到來和讀取短信內容，并根據內容執行相應的功能，最后把結果構造成PDU格式返回給相應的發送者。

c)GPRS通信心跳信息：網絡連接建立后，在設定周期內無數據通信時，GPRS模塊向數據服務中心發送心跳信息，數據服務中心收到心跳信息后，回應應答信號。

d)重要數據的存儲：程序中把一些重要的常用和易變的數據如計算機服務器的IP地址、端口號、終端地址、SIM卡號等存入單片機的EEPROM中。需要時從EEPROM中讀出或向EEPROM重新寫入數據進行設置。

2.3 主程序流程

主程序由模塊函數組成，模塊函數由基本函數嵌套組成。主程序流程大致如下：首先進行單片機設置變量的初始化，一般均為0；進行單片機相應配置單元的初始化，比如設定端口方向、沒置中斷優先級、定時器初始化等；然后由單片機控制GR47的電源，以決定是否開機；待開機成功后，查詢網絡是否注冊成功；成功后即可建立模塊與PC機服務器的連接，并進行數據傳輸和短消息處理；根據需要發送一定格式的心跳信息。見圖2。

3 結束語

本文給出了一種基于單片機和GPRS模塊的嵌入式無線數據傳輸終端的實現方案。以單片機應用系統為中心的小型GPRS通信系統成本低、設計周期短、便攜性好，尤其適用于遠程控制和數據傳輸。