基于GPRS的汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究

GPRS英文簡稱，是在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)在短消息方面的應(yīng)用具有不需撥號(hào)、價(jià)格低廉、傳輸可靠、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，適用于需頻繁傳送小流量數(shù)據(jù)和不宜鋪設(shè)線路的應(yīng)用場合。GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是利用單片機(jī)組成的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)以短消息的形式完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，即在傳統(tǒng)的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中增加支持短消息、數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)的GPRS模塊，并為其分配一個(gè)獨(dú)立的SIM卡，結(jié)合單片機(jī)系統(tǒng)通過串行通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸。監(jiān)控終端可以是PC機(jī)，也可以是移動(dòng)電話或移動(dòng)終端。

1 GPRS原理及優(yōu)點(diǎn)

1.1 工作原理

GPRS網(wǎng)是在GSM網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加以下功能實(shí)體構(gòu)成的：

服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)服務(wù)中心（PTMSC）。系統(tǒng)共用GSM基站，但基站要進(jìn)行軟件更新，并采用新的GPRS移動(dòng)臺(tái)：GPRS要增加新的移動(dòng)性管理程序；通過路由器實(shí)現(xiàn)GPRS骨千網(wǎng)互聯(lián)；GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要進(jìn)行軟件更新和增加新的MAP信令和GPRS信令等。

GPRS骨干網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)左如圖：

圖1 GPRS骨干網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)

1.2 優(yōu)點(diǎn)

GSM與GPRS兩種業(yè)務(wù)特點(diǎn)的對(duì)比如附表所示。

與GSM電路交換數(shù)據(jù)傳送方式相比較，GPRS具有瞬間上網(wǎng)、永遠(yuǎn)在線、快速傳輸、按量計(jì)費(fèi)、自由切換等優(yōu)點(diǎn)。

附表 GSH與GPRS兩種業(yè)務(wù)特點(diǎn)的對(duì)比

2 GPRS終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于對(duì)應(yīng)用場合的需求分析，本文要設(shè)計(jì)一個(gè)基于GPRS網(wǎng)絡(luò)通信的、采用S12單片機(jī)為核心芯片的終端系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在“code warrior for HCS12”環(huán)境下開發(fā)，終端系統(tǒng)采用Motorola公司的MC9S12DG128芯片作為CPU處理器，使用SIMCOM公司最新推出的SIM300模塊作為收發(fā)數(shù)據(jù)的GPRS通信模塊。

2.1 單片機(jī)模塊

單片機(jī)采用摩托羅拉的16位HCS12系列單片機(jī)MC9SDG128，它是基于16位HCS12CPU的存儲(chǔ)器產(chǎn)品中的中檔芯片。片內(nèi)擁有128KB的Flash E E PROM、8KB的RAM、2KB的E E PROM，同時(shí)片上還集成了許多標(biāo)準(zhǔn)模塊，包括2個(gè)異步串行通信口SCI、2個(gè)同步串行通信口SPI、8通道輸入捕捉/輸出比較定時(shí)器、2個(gè)10位8通道A/D轉(zhuǎn)換模塊（ADC）、１個(gè)8通道脈寬調(diào)制模塊（PW M）、一個(gè)數(shù)字式字節(jié)數(shù)據(jù)鏈接控制器（BDL C）、29個(gè)獨(dú)立數(shù)字I/O口（（Port A, Port B, Port K andPort E ），其中20個(gè)具有外部中斷及喚醒功能、兼容CAN2.0A/B協(xié)議的5個(gè)CAN模塊、B軟件兼容模塊（MSCAN12）以及一個(gè)內(nèi)部IC總線模塊；其較高的性能價(jià)格比使其非常適合用于一些中高檔汽車電子控制系統(tǒng)。同時(shí)其較簡單的背景開發(fā)模式（BDM），也會(huì)使開發(fā)成本進(jìn)一步降低，同時(shí)也使得現(xiàn)場開發(fā)與系統(tǒng)升級(jí)變得更加方便。

實(shí)現(xiàn)方法如下：

（1）復(fù)用串口1分別和GPRS模塊的TX D0和RX D0連接，PT口的其中6個(gè)端口分別接到GPRS模塊對(duì)應(yīng)的剩余通信口，通過軟件置位完成對(duì)SIM300的初始化和控制GPRS模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)。

（2）通過串口0擴(kuò)展外部控制器（例如數(shù)據(jù)采集端）連接，外部控制器端接出標(biāo)準(zhǔn)串口，按照約好的協(xié)議可很容易利用本設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行通信。

2.2 GPRS模塊

SIM300是SIMCOM推出的GSM/GPRS 雙頻模塊，主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。

SIM300集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合于開發(fā)一些GSM/GPRS 的無線應(yīng)用產(chǎn)品，如移動(dòng)電話、PDA、PCMCIA無線MODEM卡、USB無線MODEM、無線POS 機(jī)、無線抄表、無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，無線公用電話、無線商務(wù)電話、監(jiān)控、調(diào)度、車載、遙控、遠(yuǎn)程測量、定位和導(dǎo)航等系統(tǒng)和產(chǎn)品，應(yīng)用范圍十分廣泛。

SIM300模塊為用戶提供了功能完備的系統(tǒng)接口，用戶只需投入少量的研發(fā)費(fèi)用，在較短的研發(fā)周期內(nèi)，就可集成自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶的主要工作集中在控制系統(tǒng)和人機(jī)界面方面。

DG128控制GPRS模塊接收和發(fā)送信息，通過標(biāo)準(zhǔn)串口和外部控制器（比如數(shù)據(jù)采集端）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。用軟件實(shí)現(xiàn)中斷，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3 通信模塊硬、軟件設(shè)計(jì)

通信模塊硬件設(shè)計(jì)如圖2。

圖2 模塊硬件設(shè)計(jì)圖

GPRS模塊通過串口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在系統(tǒng)中，GPRS模塊相當(dāng)于單片機(jī)系統(tǒng)的串口，GPRS的數(shù)據(jù)相當(dāng)于單片機(jī)系統(tǒng)的串口數(shù)據(jù)。因此對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集就對(duì)應(yīng)了對(duì)單片機(jī)串口數(shù)據(jù)的采集。串口采用中斷調(diào)用。串行口中斷服務(wù)程序完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接收等功能，可接收上位機(jī)發(fā)送給本系統(tǒng)的各種命令，也可將本報(bào)警儀的結(jié)果傳送給上位機(jī)。

單片機(jī)和GPRS發(fā)送流程為：在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端要給出請求發(fā)送RTS，接收端利用這個(gè)信號(hào)清空接收緩沖區(qū)，發(fā)送端接收到接收端的允許發(fā)送信號(hào)CTS。接著接收端發(fā)出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)DTR，發(fā)送端的DTR接收到對(duì)方的DTR以后，開始在TX D上送出數(shù)據(jù)。

CAN通信發(fā)送、接受流程如圖3。

圖3 發(fā)送和接收流程

3 結(jié)語

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，原有的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)己日益不能滿足多方面的要求，我們需要更低成本的通信方式。

GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)利用現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)資源，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高、傳輸特性好等優(yōu)勢，為現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供一種便捷的無線數(shù)據(jù)傳輸方式，這必將成為工業(yè)控制及現(xiàn)場監(jiān)測等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，并可廣泛應(yīng)用于交通、安防報(bào)警、電力監(jiān)控、石油、礦山等行業(yè)。正是基于以上考慮，本系統(tǒng)中嵌入了GPRS模塊，運(yùn)用它最具優(yōu)勢的短信功能，將采集的數(shù)據(jù)以短信的方式發(fā)送到基站，基站也以短信方式實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的適時(shí)監(jiān)控和管理。