微控制器的GPRS無(wú)線上網(wǎng)

摘要：介紹一種在微控制器上實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議，并使其控制GPRS模塊通過(guò)GPRS連入Internet的方法；介紹GPRS技術(shù)和GPRS模塊的使用方法；重點(diǎn)介紹微控制器軟件的層次結(jié)構(gòu)和PPP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法。

引 言

　　微控制器以其體積小、功耗低、使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、民用的嵌入式系統(tǒng)中；而隨著互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的興起與普及，使微控制器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)就變得非常有意義。目前使微控制器上網(wǎng)的解決方案一般有兩種：一種是采用微控制器驅(qū)動(dòng)網(wǎng)卡，通過(guò)以太網(wǎng)連接Internet；另一種是使微控制器直接驅(qū)動(dòng)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）通過(guò)電話線向ISP撥號(hào)上網(wǎng)。這兩種方案的缺點(diǎn)在于都要使用有線的網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法應(yīng)用于在邊遠(yuǎn)地區(qū)或可移動(dòng)系統(tǒng)中。

針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出一種基于GPRS的微控制器上網(wǎng)的解決方案，即在微控制器中實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)GPRS模塊經(jīng)過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)連接到Internet實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于：① 覆蓋面廣，適用于廣大偏遠(yuǎn)地區(qū)；② 無(wú)線上網(wǎng)，適用于可移動(dòng)目標(biāo)；③使用廉價(jià)的微控制器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低；④ 安裝簡(jiǎn)便，維護(hù)方便。

1 GPRS技術(shù)及其特點(diǎn)

　　GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式。與原有的GSM比較，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)：通過(guò)多個(gè)GSM時(shí)隙的復(fù)用，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，理論峰值達(dá)115kb/s；不同的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)共享同一組GPRS信道，但只有當(dāng)某一個(gè)用戶(hù)需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)占用信道資源。這樣，通過(guò)多用戶(hù)的業(yè)務(wù)復(fù)用，更有效地利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道資源，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸，很好地適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點(diǎn)；GPRS計(jì)費(fèi)方式更加靈活，可以支持按數(shù)據(jù)流量來(lái)進(jìn)行計(jì)費(fèi)；與無(wú)線應(yīng)用協(xié)議（WAP）技術(shù)不同，GPRS能夠隨時(shí)為用戶(hù)提供透明的IP通道，可直接訪問(wèn)Internet中的所有站點(diǎn)和資源；采用信道復(fù)用技術(shù)，每一個(gè)GPRS用戶(hù)都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線；另外，GPRS還能支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行語(yǔ)音通話等等，而且相對(duì)于短消息等其它無(wú)線數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，GPRS的價(jià)格優(yōu)勢(shì)比較明顯。目前，我國(guó)移動(dòng)推出的GPRS上網(wǎng)業(yè)務(wù)最高每千字節(jié)也只有3分錢(qián)，而且用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要，以月租、包月等多種形式進(jìn)一步降低GPRS通信的費(fèi)用。

　　因此使用GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳送是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，特別是對(duì)于不易架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的邊遠(yuǎn)地區(qū)和可移動(dòng)裝置。

2 硬件連接和GPRS模塊設(shè)置

　　通過(guò)GPRS網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸一般需要使用GPRS模塊。目前，GPRS模塊一般是指帶有GPRS功能的GSM模塊，可以利用GPRS網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中比較流行的有法國(guó)Wave公司的WISMO系列和西門(mén)子公司的S系列等等。WAVECOM的WISMO模塊接口簡(jiǎn)單、使用方便且功能非常強(qiáng)大，它與微控制器、SIM卡、電源之間的連接如圖1所示。

　　其中GPRS模塊與微控制器間是通過(guò)串行口進(jìn)行通信的，通信速率最快可以達(dá)到115 200b/s。模塊與控制器間的通信協(xié)議是AT命令集，其中大部分命令是符合協(xié)議“AT command set for GSM Mobile Equipment (ME) (GSM 07.07 version 6.4.0 Release 1997)”的，但也有一些是Wavecom自己定義的AT命令。除了串口發(fā)送（TX）、串口接收（RX）之外，微控制器與GPRS模塊之間還有一些硬件握手信號(hào)，如DTR、CTS、DCD等。為了簡(jiǎn)化微控制器的控制，硬件設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有使用全部的硬件握手信號(hào)，而只使用數(shù)據(jù)載波檢測(cè)（Data Carrier Detect, DCD）和終端準(zhǔn)備（Data Terminal Ready, DTR）信號(hào)。DCD信號(hào)可以檢測(cè)GPRS模塊是處于數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)還是處于AT命令傳送狀態(tài)。DTR信號(hào)用來(lái)通知GPRS模塊傳送工作已經(jīng)結(jié)束。

　　硬件連接完成后，在進(jìn)行GPRS上網(wǎng)操作之前，首先要對(duì)GPRS模塊進(jìn)行一定的設(shè)置。主要的設(shè)置工作有：① 設(shè)置通信波特率，可以使用AT IPR=38400命令，把波特率設(shè)為38 400b/s或其它合適的波特率，默認(rèn)的通信速度為9600b/s。② 設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)，通過(guò)AT CGD CONT=1, “IP”, “CMNET”命令設(shè)置GPRS接入網(wǎng)關(guān)為移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)。③設(shè)置移動(dòng)終端的類(lèi)別，通過(guò)AT CGCLASS=“B”設(shè)置移動(dòng)終端的類(lèi)別為B類(lèi)，即同時(shí)監(jiān)控多種業(yè)務(wù)；但只能運(yùn)行一種業(yè)務(wù)，即在同一時(shí)間只能使用GPRS上網(wǎng)，或者使用GSM的語(yǔ)音通信。④ 測(cè)試GPRS服務(wù)是否開(kāi)通，使用AT CGACT=1,1命令激活GPRS功能。如果返回OK，則GPRS連接成功；如果返回ERROR，則意味著GPRS失敗。這時(shí)應(yīng)檢查一下SIM卡的GPRS業(yè)務(wù)是否已經(jīng)開(kāi)通，GPRS模塊天線是否安裝正確等問(wèn)題。

圖2 軟件層次結(jié)構(gòu)

　　中國(guó)移動(dòng)在GPRS與Internet網(wǎng)中間建立了許多相當(dāng)于ISP的網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN），以連接GPRS網(wǎng)與外部的Internet網(wǎng)。GPRS模塊可以通過(guò)撥“*99***1#”登錄到GGSN上動(dòng)態(tài)分配到Internet網(wǎng)的IP地址。其間GPRS模塊與網(wǎng)關(guān)的通信要符合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（Point to Point Protocol, PPP），其中身份驗(yàn)證時(shí)用戶(hù)名、密碼都為空。使用PPP協(xié)議登錄上之后，就可以通過(guò)GGSN接上Internet了。

3 軟件整體結(jié)構(gòu)

3.1 軟件層次結(jié)構(gòu)

　　程序中的所有代碼都是由C語(yǔ)言編寫(xiě)的，并采用分層的結(jié)構(gòu)，從底到上分別為：串口驅(qū)動(dòng)層、GPRS模塊驅(qū)動(dòng)層、PPP協(xié)議層、IP協(xié)議層、UDP協(xié)議層與應(yīng)用層。上層函數(shù)的實(shí)現(xiàn)需要應(yīng)用到底層函數(shù)，而底層函數(shù)的任務(wù)就是為上層函數(shù)提供服務(wù)，最終完成應(yīng)用層任務(wù)——傳送數(shù)據(jù)。各層的主要函數(shù)如圖2所示。

3.2 驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)

　　首先是串行口驅(qū)動(dòng)層。它實(shí)現(xiàn)打開(kāi)串口（OpenComm）、關(guān)閉串口（CloseComm）、讀串口數(shù)據(jù)（ReadComm）、寫(xiě)串口數(shù)據(jù)（WriteCo

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