基于GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊

W77E58是Winbond公司推出的一款快速8051兼容微控制器，它的內(nèi)核經(jīng)過重新設(shè)計(jì)，整體運(yùn)行速度要比標(biāo)準(zhǔn)的8051快2．5倍。W77E58具有1 KB的片上外部數(shù)據(jù)存儲器和32 KB的FLASH EPROM，省去了外擴(kuò)SRAM所需的I／O引腳，從而用來擴(kuò)展鍵盤與液晶顯示屏。
W77E58較為突出的特性是它具有兩個增強(qiáng)型全雙工串行口，在數(shù)據(jù)采集模塊中可將一個串口采用RS 232協(xié)議與GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，另外一個串口則采用RS 485協(xié)議接收檢測儀器發(fā)送的數(shù)據(jù)。RS 485是在工業(yè)檢測現(xiàn)場應(yīng)用非常廣泛的現(xiàn)場總線，總線上一臺主機(jī)可以與多達(dá)32臺從機(jī)進(jìn)行通信。在實(shí)際應(yīng)用中可將一臺GPRS數(shù)據(jù)采集模塊與多臺檢測設(shè)備通過RS 485總線相連，提高通信模塊的利用率，這在電表、水表等低成本的檢測儀表無線通信應(yīng)用中十分重要。
GPRS無線通信模塊負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)，GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信需要TCP／IP／PPP協(xié)議支持，當(dāng)前常見的GPRS模塊可分為自帶TCP／IP協(xié)議棧與不帶協(xié)議棧的兩大類，自帶協(xié)議棧的模塊有Simcom的SIMl00，使用方便，用戶只需通過AT指令來控制數(shù)據(jù)傳輸就能實(shí)現(xiàn)無線通信，當(dāng)然價(jià)格相對較高；而不帶協(xié)議棧的模塊還需用戶自己在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP／IP／PPP協(xié)議棧來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。考慮到模塊的成本與W77E58高性能，這里選用了西門子的MC35i通信模塊。MC35i穩(wěn)定性及性價(jià)比都比較高，接口簡單，AT指令完善，支持GPRS CLASS 10。使用時只需自行設(shè)計(jì)外圍電路，包括電源供電、RS 232通信、SIM卡接口電路以及通信天線。該模塊不帶TCP／IP／PPP協(xié)議，需要自己編寫，在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)。

2 TCP／IP／PPP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
通常的Internet網(wǎng)絡(luò)通信只需實(shí)現(xiàn)TCP／IP協(xié)議簇，但是對于無線網(wǎng)絡(luò)的接入還需實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議。TCP／IP／PPP協(xié)議其實(shí)是一系列網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的集合，為了能在資源有限的單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，只能根據(jù)特定的功能來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的協(xié)議，這包括PPP，IP，ICMP，UDP，TCP等協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建應(yīng)用程序的API接口。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)，在GPRS無線通信模塊中采用了5層結(jié)構(gòu)。如圖3所示，位于最底層的是網(wǎng)絡(luò)硬件驅(qū)動程序，也就是GPRS模塊的驅(qū)動，MC35i與GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接、斷開以及數(shù)據(jù)通信都是通過一系列的AT指令來實(shí)現(xiàn)。
接下來是數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層控制互聯(lián)網(wǎng)上主機(jī)之間數(shù)據(jù)鏈路的建立，該層實(shí)現(xiàn)了精簡的PPP(Point―to―Point Protoco1)點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議。GPRS模塊在撥號后首先要與GPRS網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信鏈路的協(xié)商，即協(xié)商點(diǎn)到點(diǎn)的各種鏈路參數(shù)配置。協(xié)商過程遵守LCP(Link Control Protoco1)，PAP(Password Authen―tication Protoco1)和IPCP(Internet Protocol ControlProtoco1)等協(xié)議。其中LCP協(xié)議用于建立、構(gòu)造、測試鏈路連接；PAP協(xié)議用于處理密碼驗(yàn)證部分；IPCP協(xié)議用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議環(huán)境，并分配IP地址。一旦協(xié)商完成，鏈路已經(jīng)創(chuàng)建，IP地址已經(jīng)分配就可以按照協(xié)商的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行IP報(bào)文的傳輸了。數(shù)據(jù)傳輸完成之后，單片機(jī)會向GGSN發(fā)送LCP的斷開連接報(bào)文，以終止網(wǎng)絡(luò)連接。