MSC1210的GPRS无线通信系统设计
引言
近年来,通信技术和网络技术的迅速发展,特别是无线通信技术的发展，使得电力系统的自动化程度进一步提高。 GSM网络出现后，技术人员很快把GSM莫块嵌入到各种仪表仪器中，如多功能电能表、 故障测录仪、 抄表系统和用电负荷监控等，从而使这些仪表仪器具有远程通信功能。
GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务支持 TCP/IP协议，可以与分组数据网(Internet等)直接互通。GPRS无线传输系统的应用范围非常广泛，几乎可以涵盖所有的中低业务和低速率的数据传输，尤其适合突发的小流量数据传输业务。
本文设计的GPRS无线通信模块，内嵌了TCP/IP协议，采用工业级的GPRS模块，适用于单片机数据采集传输系统没有TCP/IP协议栈，但使用串口通信的情况。
1GPRS通信原理及应用特点
GPRS简介
GPRS是通用无线分组业务(GeneralPacket Radio System )的缩写，是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常称为2.5G。GPRS采用与GSS目同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标
准、跳频规则以及相同的
TDMA帧结构。因此，
在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。有了 GPRS
用户的呼叫建立时间大大缩短，几乎可以做到“永远在线”。此外，GPRS是以营运商传输的数据量而不是连接时间为基准来计
费，从而令每个用户的服务成本更低。
基本工作原理
GPRS是在原有的基于电路交换（CSD方式的GSM网络上引入两
个新的网络节点：
GPRS服务支持节点（SGSN）和网关支
持节点（GGSN。SGSN和MSC在同一等级水平，并跟踪单个 MS
的存储单元实现安全功能和接入控制，
并通过帧中继连接
到基站系统。GGSN支持与外部分组交换网的互通， 并经由基
于IP的GPRS骨干网和 SGSN连通。图1给出了 GPRS与 Internet
连接原理框图。
GPRS终端通过接口从客户系统取得数据，处理后的 GPRS分 组数
据发送到GSM基站。分组数据经 SGSN封装后，SGSN1 过GPRSt
干网与网关支持接点 GGSN进行通信。GGSN寸分组 数据进行相
应的处理，再发送到目的网络，如网络。
Internet或
若分组数据是发送到另一个 GPRS^端，则数据由GPRSt干 网发送到SGSN再经BSS发送到GPRS^端。
2嵌入式GPR^信系统的实现
GPRS模块的硬件设计
嵌入式 GPRS无线通信模块主要由嵌入
TCP/IP的单片机
（MSC1210Y5、GPRS模块、SIM卡座、外部接口和扩展数 据存储器等部分组成。图 2是系统的硬件框图。
MSC1210控制GPRS模块接收和发送信息， 通过标准RS232串 口
和外部控制器（比如数据采集端）进行数据通信。用软件 实现中
断，完成数据的转发。
2.1.1单片机模块
单片机采用美国德州仪器公司最新推出的基于 8051内核的MSC1210Y5该芯片具有很强的数据处理能力，时钟频率为
33 MHz，指令运行速度实际上与运行在的标准8051内核相当。32 KB Flash 程序存储器，256 B内 部RAM 99 MHz时钟频率下
和1024 B片上SRAM 2 KB启动ROM支持串行和并 行的在系统编
程。双数据指针的移动速度。
DPTRC和DPTR何加快数据块
其主要实现过程如下：
①通过AT指令初始化GPRS无线模块，使之附着在 GPSF网 络上，获得网络运营商动态分配的 GPRS^端IP地址，并与 目的终端建立连接。
②通过串口 0扩展MAX232标准串口和外部控制器（例如数 据采集端）连接，外部控制器端接出标准串口，按照约好的 协议可很容易利用本设计的控制器进行通信。
③复用和，也就是串口1分别和GPRS模块的TXDO和RXDO连接，P1口的其他6个端口分别接到GPRS莫块对应的剩余RS232
通信口，通过软件置位完成对GPRS模块的收发数据。
2.1.2扩展数据存储器部分
MC35的初始化和控制
MSC1210的 Flash存储器可全部作为 Flash程序存储器，也 可以全部作为数据 Flash程序。因为要嵌入实时操作系统和 网络协议，需要一定的空间，因此将其全部用作程序存储器， 而通过74HC573作为地址锁存器，扩展 6264作为外部数据 存储器，8 KB的数据存
储空间足够程序正常运行。
图3给出了 MSC121C与数据存储器之间的硬件连接图。
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AG-A7 AS XI2 和」;： PSFS uT CS2 曲
|
2.1.3 GPRS无线数传模块
GPRS无线模块作为终端的无线收发模块， 来的IP包或基站传来的分组数据进行相应的
处理后再转发。
把从单片机发送过
GPRS模块采用德国 Simens公司生产的 MC35模块。MC35模 块主
要由射频天线、内部
Flash、SRAMGSM基带处理器、
匹配电源和一个 40脚的ZIF插座组成。GSM基带处理器是核 心部件，其作用相当于一个协议处理器，用来处理外部系统 通过串口发送 AT指令。射频天线部分主要实现信号的调制 和解调，以及外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转 换。匹配电源为处理器基射频部分提供所需的电源。 MC35外
围电路如图4所示。
□ VfUTT
AS2815将外部电压转换成V工作电压。
启动电路由三极管和上电复位电路组成，模块上电后，为使之正常工作，必须在 15脚加至少为100ms的低电平信号。启动后，15脚
信号应保持高电平。
MC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留的引脚数为6个，要注意的
该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。
是，CCIN引脚用来检测SIM卡座是否插有SIM卡。当插入SIM卡，
SYNC引脚有两种工作模式：一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示 MC35的工组状态。本设计中使用后一种模式，LED熄灭时，表明MC35处于关闭或睡眠状态；当
LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或MC35正在进行网络登陆；当LED为75ms亮/3s熄时，表明MC35已登陆进
网络，处于待机状态。
单片机通信程序设计
软件中的所有代码都用
C语言编写，在Keil环境中编译。
Keil是Keil Software 公司为8051及其兼容产品提供的专 门开发工
具，它支持在系统调试。Keil中C51编译器很好地 集成了 RTX多任务实时操作系统，编写程序时，需在源代码 头加入“#
incluede ”。所有代码调试通过后经由 TI
Downloader下载到存储器中。
目前，绝大多数基于GPRS网络应用系统所使用的GPRS莫块不支持 TCP/IP协议。也就是说，要想工作在相同的网络层面上,其内部传输的数据必须都要采用相同的协议，所以除了利用GPRS模块的功能外，必须在单片机系统中嵌入按TCP/IP和PPP协议标准编写的程序，从而使设计的终端设备 能够方便的应用 GPRS数据分
组业务。
2.2.1TCP/IP 协议的嵌入
有很多种方法可以完成协议转换，本设计利用在嵌入式实时
操作系统RTX51中移值部分IP和PPP协议来增强系统的可扩展性和
产品开发的可延续性。
TCP/IP协议是一个标准协议套件，可以用分层模型来描述。数据打
包处理数据时，每一层把自己的信息添加到一个数据头中，而这个
数据头又被下一层中的协议包装到数据体中。
数据解包处理程序接收到 GPRS数据时，把相应的数据头剥
离，并把数据包的其余部分当作数据体对待。
考虑到嵌入式系统的特点，本设计采用了系统开销较小的
IP+UDP协议来实现GPRS通信。主机发送的UDP数据报文经GPRS通道传送给GPRS通信模块，GPRS通信模块负责对数据报
进行解析，解析后的数据按照一定的波特率串行传送给用户终端。
2.2.2数据处理
数据包在主机和GPRS服务器群中传输使用的是基于 IP的分组，即所有的数据报文都要基于IP包。但明文传送IP包不可取，故一般使用 PPP协议进行传输。模块向网关发送 PPP报文都会传送到Internet网中相应的地址，而从Internet传送过来
的应答帧也同样会根据
IP地址传送到GPSF模块,
从而实现采集数据和Internet网络通过GPRS模块的透明传 输。
要注意的是，GSM网络无静态IP地址，故其他通信设备不能 向它提
出建立连接请求，监控中心必须拥有一个固定的IP，以便监测终端可以在登陆 GSM网络后通过该IP找到监控中心。关于这一点，很
容易解决，只需在电信申请相应的服务就可以了。
GPRS模块登陆上GSM网络后，自动连接到数据中心， 向数据中心报告其IP地址，并保持和维护数据链路的连接。GPRS监测链路的连接情况，一旦发生异常，GPRS模块自动重新建立链路，数据中心和 GPRS模块之间就可以通过I地址通过UDP/IP协议进
行双向通信，实现透明的可靠数据传输。
3上位机监控中心的设计
监控中心的功能是实现GPRS信息的接收和保存。设计语言采用 Microsoft公司的VisualC++编程语言，C++语言应用灵活，功能强
大，并对网络编程和数据库有强大的支持。
由于通过GPRS中心监控部分可以直接访问互联网， 所以监控部分并不需要再设置GPRS模块。中心只需通过中心软件帧听网
络，接收GPRS无线模块传来的UDP协议的IP包和发送上位机控制
信息，以实现与
收到的信息要保存到中心的数据库中,以备查历史记录。数据库采用 Access,VC编制的界面窗口通过ADO访问Access中的数据。需要说明的是，笔者是通过Socket接收网络终端信息的。
Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数和例程，程序员可以利用它来开发 TCP/IP网络上的应用程序。VC中的MFC类提供了CAsyncSocket这样一个套接字类，用它来实现 Socket编程非常方便。本设计中采用数据报文式的 Socket，它是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
CAsyncSocket类用DoCallBack函数处理MFQ肖息，当一个网络事件发生时， DoCallBack函数按照网络事件类型：FD_READ FD_WRITE FD_ACCEPT和FD_CONNEC分别调用OnReceive、OnSend、OnAccept和OnConnect函数，驱动相应的事件，完成
网络数据通信过程。
4结论
本文采用嵌入式TCP/IP协议，通过高速8位单片机实现GPRS业务的数据传输功能，具有外围电路少，电路简单，系统成本低等优点。通过标准 RS232串口和外部控制器连接，只需按照预先规定的协议就可互相通信，通用性较强。系统软件均使用C语言编写，稍加改动就可以在各种控制器上实现，可移植性也较强。
基于GPRS的系统也有一定的缺点，例如，现在的 GPRS网还不够稳定，有丢包的现象；主控制器要实现IP协议，使用起来比较复杂；上位机基于互联网的解决方案保密性较差等。上述问题经过精心设计是可以避免和解决的，所以基于GPRS的设计仍具有无可比拟的优势。