基于ＡＲＭ／ＧＰＲＳ的無線數據傳輸系統設計

摘 要：隨著單片機及ARM技術的廣泛應用，以及芯片技術的不斷發展，GPRS通用分組無線業務在當前遠程無線數據傳輸、遙測遙控中越來越受到人們的重視，所以，由此而開發設計的二次設備和產品得到極大的推廣和應用。論述了基于WAVECOM Q2406B無線通訊模塊、ARM7 LPC2138微處理器的數據傳輸終端設計方案，并提供了部分硬件電路圖、軟件流程圖及程序代碼。

關鍵詞：GPRS模塊;RS 232;LPC2138;AT命令;ARM

中圖分類號：TN9295文獻標識碼：B文章編號：1004373X(2008)1903903

Design of Wireless Data Transmission System Engineering Based on ARM/GPRS

HOU Guocheng1，YANG Hongye2，FENG Jiapeng3，CAO Junqin4

(1.Dalian Meteorological Bureau，Dalian，116001，China；2.Inner Mongolia University of Technology，Hohhot，010051，China;

3.Taiyuan Institute of China Coal Research Institute，Taiyuan，030001，China；4.Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan，030024，China)

Abstract：Along with the wide application of single chip computer and ARM technique as well as the development of integrated chip technique，GPRS general grouping wireless service is attached with more importance by people in the current teledata transmission，telemetering and remote control.Therefore，secondary product and quality goods developed and designed according to the techniques mentioned are obtaining enormous promotion and application.The data transmission terminal design based on WAVECOM Q2406B Module and ARM7 LPC2138 are elaborated，and partial hardware electric diagram，software flowchart and program code are provided.

Keywords：GPRS module；RS 232；LPC2138；AT command；ARM

隨著無線通訊技術的發展，依托移動運營商提供的無線網絡實現遠程監控和數據傳輸已被廣泛應用于各個領域。通用分組無線業務(General Packet Radio Service，GPRS)是在現有GSM系統上發展出來的一種分組數據承載業務。因此，GPS車載終端、自動抄表系統等遠程遙測遙控系統利用GPRS實現數據傳輸將成為今后發展的趨勢。本文以ARM7 LPC2138與WAVECOM的Q2406B無線通信模塊為例具體介紹實現GPRS數據傳輸的方法以及關鍵技術。

1 GPRS數據傳輸的協議分析和實現

GPRS無線數據傳輸終端利用GPRS網絡實現與上位機的全雙工數據通信。終端需附著GPRS網絡，登陸Internet與連接其上的任意一臺普通PC機建立數據鏈路并隨時進行數據傳輸。完成這一過程必須實現GPRS的附著和PDP(Packet Data Protocol，分組數據協議)上下文的激活。通過GPRS的附著登記用戶信息，對用戶進行移動性管理；激活過程用于激活IP協議，保證數據能以IP報的形式進行傳送，使移動臺與GGSN(Gateway GPRS Support Node，網關GPRS節點)建立一條邏輯通路，進行數據傳輸。

可見，激活過程是系統實現的關鍵，它由中央控制器軟件來實現。分組數據協議的激活涉及到網絡的多個協議，如PPP協議、LCP(Link Control Protocol，鏈路控制協議)、NCP(Network Control Protocol，網絡控制協議)、PAP(Password Authentication Protocol，密碼認證協議) 和IPCP( Internet Protocol Control Protocol，Internet 協議控制協議)等。

協議實現過程如下：

系統設計的主要思路是微處理器通過發送AT指令控制GPRS模塊建立無線信道、完成數據傳輸。用AT指令實現以上協議并完成數據傳輸的步驟如下：

(1) 設置接入網關：AT#CGDCONT=1，“IP”， “CMNET”;

(2) GPRS 網絡附著： AT+CGATT=1;

(3) 激活GPRS模式：AT+GPRSMODE=1;

(4) 設置網絡接入點名稱：AT#APNSERV= “CMNET”;

(5) 請求網絡連接：AT#CONNECTIONSTART;

(6) 設置上位機的IP地址：AT#TCPSERV=“*”;

(7) 設置上位機偵聽的端口準備與客戶端通信： AT#TCPPORT=“6800”;

(8) 打開與上位機的連接：AT#OTCP;

(9) 斷開GPRS網絡連接：AT#CONNECTIONSTOP;

(10) 取消GPRS附著：AT+CGATT=0。

在完成GPRS數據傳輸過程中，以上AT命令均必須設置，但相鄰AT命令間要有一定延時，經驗證，約3 s即可。

2 數據傳輸終端的硬件設計

2.1 系統硬件框圖

系統硬件框圖如圖1所示。

2.2 系統硬件組成

2.2.1 微控制器

系統中，微控制器選用PHILIPS公司的LPC2138。LPC2138的典型特性如下(僅列舉與本終端設計密切相關的部分，如圖2所示):

多個串行接口，包括2個16C550工業標準UART、2個高速I2C接口(400 kb/s)、SPI和SSP(具有緩沖功能，數據長度可變)。

支持ISP(通過UART0實現)和IAP，扇區擦除或整片擦除的時間為400 ms，1 ms可編程256 B。

2個32位定時器/計數器，內置看門狗。

CPU操作電壓范圍：3.0~3.6 V(3.3 V±10%)，I/O口可承受5 V的最大電壓。

2.2.2 串口電平轉換

LPC2138串口通過SP3232E完成TTL/CMOS電平轉換后與GPRS模塊相連接，實現模塊初始化和數據收發。同時可擴展串口與其他嵌入式系統或PC機進行數據交換，如圖3所示。

2.2.3 GPRS模塊WAVECOM Q2406B

GPRS模塊選用法國WAVECOM的Q2406B，該模塊內置TCP/IP協議并提供了9針的標準RS 232接口。模塊大致原理圖及其與SIM卡的連接如圖4所示。

3 數據傳輸終端的軟件實現

系統軟件設計的核心部分是微控制器LPC2138與GPRS模塊的通信，兩者間需定義通信協議、規定幀格式，通過AT指令實現GPRS網絡的附著、PDP激活、Internet的接入及數據傳輸。

3.1 AT指令調試及波特率的設置

微控制器以一定的協議向模塊發送AT指令，接收模塊執行指令后的返回值，并進行相應校驗。在Windows自帶的超級終端中利用AT+IPR=“波特率”指令設置無線通信模塊的波特率，并通過命令后加“;W”將所設值存儲在模塊E2PROM中，掉電后不會丟失(如：AT+IPR=“115200”;W)。系統設計過程中通信的不暢通常是由于波特率不匹配造成。

3.2 建立連接

為了方便程序設計，增強程序可讀性，將建立連接所需的AT命令以字符串形式存放于AT命令緩存區，所需多條AT指令長度不一且發送順序不可改變，為了有效控制每條AT指令、提高CPU利用率需將AT指令緩存區設置為指針數組形式，在建立連接時通過循環調用字符串發送函數將這些AT命令發送，相鄰AT命令間要有2~3 s的延時，所以每發送完一條AT命令都要調用一個3 s的延時子程序，然后通過串口中斷接收函數接收AT命令返回值來判斷連接是否成功。需要注意的是AT命令均以回車符作為結束標志，并以字符串形式傳送，因此在定義AT命令緩存區時一定要注意轉義字符的使用。

3.3 數據傳輸

在與上位機連接成功后，通過字符串發送函數發送數據緩存區中的數據，數據緩存區仍需設置為指針數組形式，發送數據的原理與建立連接時的基本相同，圖5是系統程序流程圖。

下面是用串口中斷發送字符串的函數舉例。

********************

函數名稱：UART0SendStr()

函數功能：向串口發送字符串

入口參數：str要發送的字符串的首地址指針

********************

void UART0_SendStr( char const *str)

{

Str_Send_P = str;

U0THR = *Str_Send_P++;

U0IER|=0x02;//開啟THRE中斷

}

在中斷發送程序中的處理為：

switch(IIR 0x0e)

{

case0x02: //利用THRE中斷，發送字符串

if((*Str_Send_P)!=′\\\\0′)

U0THR = *Str_Send_P++;

else

U0IER=(~0x02);//關發送中斷

break;

…

}

3.4 斷開連接

數據鏈路的釋放可通過發送數據傳輸結束標志“+++”實現，但必須延時一定時間后再發送斷開連接指令：

AT#CONNECTIONSTOP

AT+CGATT=0

4 結 語

本文在介紹GPRS網絡應用技術的基礎上，為LPC2138實現GPRS數據傳輸提供了一種通用的解決方案，通過以上的軟硬件設計，可以實時地發送和接收數據。此方案稍做修改便可移植到GPS車載終端、自動抄表等實際應用工程中。

參考文獻

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［9］WAVECOM company.AT Commands Interface Guide.Version1.00［Z］.2001.

［10］WAVECOM company.AT commands for GPRS.Version 1.8［Z］.2002.

作者簡介

侯國成 男，1962年出生，天津薊縣人，工程碩士，大連市氣象局處長、高級工程師。研究方向為計算機網絡通信和JAVA企業應用。

楊宏業 男，1962年出生，呼和浩特人，教授，碩士生導師。研究方向為嵌入式軟硬件系統、車載導航及應急通信系統。

馮家鵬 男，1977年出生，河北新河人，碩士，助理工程師。研究方向為單片機、ARM嵌入式系統及車載定位導航，電氣自動化。

曹俊琴 女，1978年出生，山西太原人，碩士，太原科技大學電子信息工程學院任教。