一種基于Sim卡座的GPRS無線通信模塊設計

◇ GPRS無線數傳模塊

GPRS無線模塊作為終端的無線收發模塊，把從單片機發送過來的IP包或基站轉來得的分組數據進行相應的處理后再轉發。

GPRS模塊采用德國Simens公司生產的MC35模塊。MC35模塊主要由射頻天線，內部Flash、SRAM、GSM基帶處理器、匹配電源和一個40腳的ZIF插座組成。GSM基帶處理器是核心部件，其作用相當于一個協議處理器，用來處理外部系統通過串口發送AT指令，射頻天線部分主要實現信號的調制和解調，以及外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換，匹配電源為處理器基射頻部分提供所需的電源。MC35的外圍電路如圖4所示。

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圖中，由AS2815將外部電壓轉換成3.3V工作電壓。系統中的啟動電路由三極管和上電復位電路組成，模塊上電后，為使之正常工作，必須在15腳加至少100ms的低電平信號，啟動后，15腳信號應保持高電平。

MC35在ZIF連接器上為SIM卡接口預留的引腳數為6個，要注意的是，CCIN引腳用來檢測SIM卡座是否插有SIM卡，當插入SIM卡，該引腳置為高電平時，系統方可進入正常工作。

SYNC引腳有兩種工作模式：一種是指示發射狀態時的功率增長情況，另一種是指示MC35的工組狀態，本設計中使用后一種模式，LED熄滅時，表明MC35處于關閉或睡眠狀態;當LED為600ms亮/600ms熄時，表明SIM卡沒有插入或MC35正在進行網絡登陸;當LED為75ms為亮/3s熄時，表明MC35已登陸進入網絡，處于待機狀態。

單片機通信程序設計

該程序軟件中的所有代碼都用C語言編寫，在Keil環境中編譯，Keil是Keil Software公司為8051及其兼容產品提供的專門開發工具，它支持在系統調試，Keil中C51譯碼器很好地集成了RTX多任務實時操作系統，編寫程序時，需在源代碼頭加入“#incluede rtx51.h”.所有代碼調試后經由TI Downloader下載到存儲器中。

目前，絕大多數基于GPRS網絡應用系統所使用的GPRS模塊不支持TCP/IP協議，也就是說，要想工作在相同的網絡層面上，其內部傳輸的數據必須都要采用相同的協議，所以除了利用GPRS模塊的功能外，必須在單片機系統中嵌入按TCP/IP和PPP協議標準編寫的程序，從而使設計的終端設備能夠方便的應用GPRS數據分組業務。

◇ TCP/IP協議的嵌入

有很多種方法可以完成協議轉換，本設計利用在嵌入式實時操作系統RTX51中移植部分IP和PPP協議來增強系統的可擴展性和產品開發的可延續性。

TCP/IP協議是一個標準協議套件，可以用分層模型來描述，數據打包處理數據時，每一層把自己的信息添加到一個數據頭中，而這個數據頭又被下一層中的協議包裝到數據體中。數據解包處理程序接收到GPRS數據時，把相應的數據頭剝離，并把數據包的其余部分當做數據體對待。

考慮到嵌入式系統的特點，本設計采用了系統開銷較小的IIP+UDP協議來實現GPRS通信，主機發送的UDP數據報文經GPRS通道傳送給GPRS通信模塊，GPRS通信模塊負責對數據報進行解析，解析后的數據按照一定的波特率串行傳送給用戶終端。

◇ 數據處理

數據包在主機和GPRS服務器群中傳輸使用的是基于IP的分組，即所有的數據報文都要基于IP包，但明文傳送IP包不可取。故一般使用PPP協議進行傳輸，模塊向網關發送PPP報文都會傳送到Internet網中相應的地址。而從Internet傳送過來的應答幀也同樣會根據IP地址傳送到GPRS模塊，從而實現采集數據和Internet網絡通過GPRS模塊的透明傳輸。

要注意的是，GSM網絡無靜態IP地址，故其他通信設備不能向它提出建立連接請求，監控中心必須擁有一個固定的IP,以便監測終端可以在登陸GSM網絡后通過該IP找到監控中心，關于這一點，很容易解決，只需在電信申請相應的服務就可以了。

GPRS模塊登陸上GSM網絡后，自動連接到數據中心，向數據中心報告其IP地址，并保持和維護數據鏈路的連接，GPRS監測鏈路的連接情況，一旦發生異常，GPRS模塊自動重新建立鏈路，數據中心和GPRS模塊之間就可以通過I地址通過UDP/IP協議進行雙向通信，實現透明的可靠數據傳輸。

上位機監控中心的設計

監控中心的功能是實現GPRS信息的接收和保存，設計語言采用Microsoft公司的Visual C++編程語言，C++語言應用靈活，功能強大，并對網絡編程和數據庫有強大的支持。

由于通過GPRS中心監控部分可以直接訪問互聯網，所以監控部分并不需要再設置GPRS模塊，中心只需通過中心軟件偵聽網絡，接收GPRS無線模塊傳來的UDP協議的IP包和發送上位機控制信息，以實現與GPRS終端的IP協議通信。接收到的信息要保存到中心的數據庫中，以備查歷史記錄。數據庫采用Access,用VC編制的界面窗口能推動AD()訪問Access中的數據，也可通過Socket接收網絡終端信息。

Socket接口是TCP/IP網絡的API,Socket接口定義了許多函數和例程，程序員可以利用它來開發TCPIP網絡上的應用程序，VC中的MFC列提供了CAsyncSocket這樣一個套接字類，用它來實現Socket編程非常方便，本設計采用數據報文式的Socket,這是一種無連接的Socket,對應于無連接的UDP服務應用。

CAsyncSocket使用DoCallBack函數來處理MFC消息，一個網絡事件發生時，DoCallBack函數按照網絡時間類型FD_READ、FD_WRITE、FD_ACCEPT和FD_CON-NECT來分別調用OnReceive、OnSend、OnAccept和OnCon-nect函數，以驅動相應的事件，從而完成網絡數據通信。

結束語

本文采用嵌入式TCP/IP協議，通過高速8位單片機實現GPRS業務的數據傳輸功能，具有外圍電路少，電路簡單，系統成本低等優點，通過標準RS232串口和外部控制器連接，只需按照預先規定的協議就可互相通信，通用性較強，系統軟件均使用C語言編寫，稍加改動就可以在各種控制器上實現，可移植性也較強。

基于GPRS的系統有有一定的缺點，例如，現在的GPRS網還不夠穩定，有丟包的現象，主控制器要實現IP協議，使用起來比較復雜;上位機基于互聯網的解決方案保密性較差等，上述問題經過精細設計是可以避免和解決的，所以基于GPRS的設計仍具有無可比擬的優勢。