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微控制器的GPRS無線上網(wǎng)
摘要：介紹一種在微控制器上實現(xiàn)PPP協(xié)議，并使其控制GPRS模塊通過GPRS連入Internet的方法；介紹GPRS技術和GPRS模塊的使用方法；重點介紹微控制器軟件的層次結構和PPP協(xié)議的實現(xiàn)方法。引 言
微控制器以其體積小、功耗低、使用方便等特點，廣泛應用于各種工業(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動網(wǎng)卡，通過以太網(wǎng)連接Internet；另一種是使微控制器直接驅動調(diào)制解調(diào)器（MODEM）通過電話線向ISP撥號上網(wǎng)。這兩種方案的缺點在于都要使用有線的網(wǎng)絡，無法應用于在邊遠地區(qū)或可移動系統(tǒng)中。
針對這一問題，本文提出一種基于GPRS的微控制器上網(wǎng)的解決方案，即在微控制器中實現(xiàn)PPP協(xié)議，并通過驅動GPRS模塊經(jīng)過GPRS無線網(wǎng)連接到Internet實現(xiàn)上網(wǎng)。這種方案的優(yōu)點在于：① 覆蓋面廣，適用于廣大偏遠地區(qū)；② 無線上網(wǎng)，適用于可移動目標；③使用廉價的微控制器實現(xiàn)簡單、成本低；④ 安裝簡便，維護方便。
1 GPRS技術及其特點
GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，是在GSM基礎上發(fā)展起來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)務的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢：通過多個GSM時隙的復用，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，理論峰值達115kb/s；不同的網(wǎng)絡用戶共享同一組GPRS信道，但只有當某一個用戶需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時才會占用信道資源。這樣，通過多用戶的業(yè)務復用，更有效地利用無線網(wǎng)絡信道資源，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸，很好地適應數(shù)據(jù)業(yè)務的突發(fā)性特點；GPRS計費方式更加靈活，可以支持按數(shù)據(jù)流量來進行計費；與無線應用協(xié)議（WAP）技術不同，GPRS能夠隨時為用戶提供透明的IP通道，可直接訪問Internet中的所有站點和資源；采用信道復用技術，每一個GPRS用戶都能夠實現(xiàn)永遠在線；另外，GPRS還能支持在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進行語音通話等等，而且相對于短消息等其它無線數(shù)據(jù)通信業(yè)務，GPRS的價格優(yōu)勢比較明顯。目前，我國移動推出的GPRS上網(wǎng)業(yè)務最高每千字節(jié)也只有3分錢，而且用戶可以根據(jù)自己的需要，以月租、包月等多種形式進一步降低GPRS通信的費用。
因此使用GPRS實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的傳送是非常經(jīng)濟實用的，特別是對于不易架設有線網(wǎng)絡的邊遠地區(qū)和可移動裝置。
2 硬件連接和GPRS模塊設置
通過GPRS網(wǎng)進行數(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)進行數(shù)據(jù)通信。其中比較流行的有法國Wave公司的WISMO系列和西門子公司的S系列等等。WAVECOM的WISMO模塊接口簡單、使用方便且功能非常強大，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串行口進行通信的，通信速率最快可以達到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，如DTR、CTS、DCD等。為了簡化微控制器的控制，硬件設計時沒有使用全部的硬件握手信號，而只使用數(shù)據(jù)載波檢測（Data Carrier Detect, DCD）和終端準備（Data Terminal Ready, DTR）信號。DCD信號可以檢測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信號用來通知GPRS模塊傳送工作已經(jīng)結束。
硬件連接完成后，在進行GPRS上網(wǎng)操作之前，首先要對GPRS模塊進行一定的設置。主要的設置工作有：① 設置通信波特率，可以使用AT IPR=38400命令，把波特率設為38 400b/s或其它合適的波特率，默認的通信速度為9600b/s。② 設置接入網(wǎng)關，通過AT CGD CONT=1, “IP”, “CMNET”命令設置GPRS接入網(wǎng)關為移動夢網(wǎng)。③設置移動終端的類別，通過AT CGCLASS=“B”設置移動終端的類別為B類，即同時監(jiān)控多種業(yè)務；但只能運行一種業(yè)務，即在同一時間只能使用GPRS上網(wǎng)，或者使用GSM的語音通信。④ 測試GPRS服務是否開通，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。這時應檢查一下SIM卡的GPRS業(yè)務是否已經(jīng)開通，GPRS模塊天線是否安裝正確等問題。
圖2 軟件層次結構
中國移動在GPRS與Internet網(wǎng)中間建立了許多相當于ISP的網(wǎng)關支持節(jié)點（GGSN），以連接GPRS網(wǎng)與外部的Internet網(wǎng)。GPRS模塊可以通過撥“*99***1#”登錄到GGSN上動態(tài)分配到Internet網(wǎng)的IP地址。其間GPRS模塊與網(wǎng)關的通信要符合點對點協(xié)議（Point to Point Protocol, PPP），其中身份驗證時用戶名、密碼都為空。使用PPP協(xié)議登錄上之后，就可以通過GGSN接上Internet了。
3 軟件整體結構
3.1 軟件層次結構
程序中的所有代碼都是由C語言編寫的，并采用分層的結構，從底到上分別為：串口驅動層、GPRS模塊驅動層、PPP協(xié)議層、IP協(xié)議層、UDP協(xié)議層與應用層。上層函數(shù)的實現(xiàn)需要應用到底層函數(shù)，而底層函數(shù)的任務就是為上層函數(shù)提供服務，最終完成應用層任務——傳送數(shù)據(jù)。各層的主要函數(shù)如圖2所示。
3.2 驅動程序編寫
首先是串行口驅動層。它實現(xiàn)打開串口（OpenComm）、關閉串口（CloseComm）、讀串口數(shù)據(jù)（ReadComm）、寫串口數(shù)據(jù)（WriteCo
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