&
Information
communications 信息通信
摘 要：介绍了通用分组无线业务(General Packet Radio Service，简称GPRS)无线传输技术，提出了基于BENQ公司M23模块和Winbond 公司W77E58单片机的无线数据传输系统，给出了硬件设计框图和软件设计流程图。实践证明，利用GPRS传输数据与传统的数传方式相比，具有耗资小、体积小、分布广、使用灵活等优点。 关键词：GPRS，M23模块，W77E58单片机，AT指令
中图分类号：TP368 文献标识码：A
文章编号：1673-1131(2009)02-048-03
一、GPRS技术概述[1-2]
通用分组无线业务(General Packet Radio Service，简称GPRS)是在GSM系统的基础上引入新的部件而
构成的无线数据传输系统，它使用分组交换技术，能兼容GSM并在网络上更加有效地传输高速数据和信令。
GPRS是一个以分组交换为基础的系统，它具有与其他分组数据系统一样的特性，特别适合突发性分组数据的传输，由于使用了分组交换技术，在无线接口上可以按需分配信道资源，一方面，每个用户可以根据需要同时使用多个信道(最多8个)；而另一方面，同一信道又可以同时由多个用户共享。GPRS理论上能提供9.05~171.2kbit/s的数据传输速率。
GPRS系统在无线资源分配上采用动态信道分配方式，仅在有效数据通信时占用物理信道资源，因此可以长时间保持在线，又没有独占信道，可以大大提高频率资源的利用率。当一则消息含有大量的数据时，它可以被分成多个分组，不同的分组可以通过不同的信道发送，这些分组都到达目的地以后，它们被重新组合起来，恢复成原来的消息。GPRS技术在传输突发数据方面有着较大的优势。
二、系统硬件电路设计
本文所设计的系统硬件电路由基本微处理系统、串行通信模块、GPRS通信模块和电源模块四部分组成，如图1所示。其中基本微处理系统又分为CPU模块、CPLD可编程模块、存储器模块和看门狗定时器模块[3]。下面对系统中的几个关键模块分别进行介绍。
2.1 M23无线数传模块[4]
本系统采用华邦公司生产的W77E58型单片机对M23无线数传模块进行控制。M23是B E N Q公司生产的
基于GPRS的
无线数据传输模块的设计
刘建平/江苏宏图高科技股份有限公司通信设备分公司（南京·210042）
Design of Wireless Data Transmission Module based on GPRS
Liu jianping
Telecommunications Company of Jiangsu Hongtu High-Tech Co.Ltd. P.R.China，Nanjing，Jiangsu 210042，china Abstract:The thesis introduces GPRS wireless transmission technology and represents, with the design framework drawing of hardware and design fl owing chart of software, the wireless data transmission system based on M23 module of BENQ and W77E58 MCU of Winbond Company. Practices has proved that compared with the traditional data transmission mode, GPRS data transmission has the advantages of lower consumption, smaller volume, more extensive distribution and more fl exible operation.
Keywords: GPRS, M23 module, W77E58 MCU, AT command．
48
专业论坛Specialized forum
一款多功能GSM/GPRS无线通信模块，共支持三个频段：GSM900/DCS1800/PCS1900。该模块内嵌TCP/IP协议，采用3.3V～4.5V电压供电，具有短消息服务、语音通话、数据传真等功能。对外可提供天线接口、模拟音频接口、异步串行接口、SIM卡接口等，采用AT指令进行控制，工作温度范围大，抗干扰能力强，适用于工业应用场合。
2.2 可编程逻辑器件模块
本系统采用Xilink公司生产的可编程器件CPLD芯片XC9572，以实现地址的锁存和灵活分配，以及控制信号的扩展等功能，使系统开放灵活方便，而且缩短了开发周期。 X C9500系列C P L D采用了系统内5V可编程F A S T F L A S H技术，并且含有内部J TA G双向扫描测试逻辑。XC9500系列产品内部含有800到6400个逻辑门，36到288个寄存器，而且能够反复擦写内部
逻辑，可以在外部I/O引脚定义和接线不变的情况下，实现CPLD内部逻辑的改变。它的这一优良品质，不仅为编程内部逻辑，而且为PCB板设计提供了极大的便利。XILINX的编程比较灵活，可采用多种发式，如HDL语言、状态图方式和电路原理图方式[5]。
验光组合该模块采用电路原理图方式对CPLD进行逻辑编程，实现对地址信号的锁存和对地址信号进行译码的功能，如图2所示。
uc39071. 对地址信号的锁存。由于W77E58地址线和数据线是复用的，CPLD通过CPU的地址锁存信号线ALE，把16位的地址信号锁存起来再输出，与系统中数据总线分开。
2. 对地址信号进行译码，以产生的需要的各种片选信号，如静态数据存储器的片选信号，程序存储器的片选信号，串行通信电平转换模块的片选信号，GPRS控制芯片的片选信号。
2.3 串行通信模块
W77E58单片机对外可供二个全双工串行口，其中一个与GPRS无线模块M23通信，另一个用来与外部需要进行数据传输的终端设备相连。为了增强本系统与外部终端设备连接的通用性，该模块提供了RS-485或RS-232两种串行通信接口方式，因为W77E58串行口电平是TTL电平，所以需要将TTL电平信号转换为RS-485或RS-232总线电平信号。另外，RS-232串行接口可与PC机直接相连，这样就可 在PC机上通过串行口发布AT指令对M23模块进行单独调试。本系统选用的是M a xi m公司的M A X485和M A X232，使用中通过短接线很发便选择使用MAX485或者MAX232。
2.4 看门狗电路
ip电话系统GPRS无线终端能否正常工作的关键是看CPU能否正常工作，GPRS无线终端现场运行时，由于现场的冲击干扰及其它原因，使得CPU工作出现异常，造成程序跑飞，极易造成通信故障，甚至会丢失数据。因此GPRS无线终端需要加上看门狗(WATCH DO G)电路，如图3所示，电路有M A X813芯片构成。
led调光电源
主程序正常运行时，必须每隔1.6S之内向MAX813芯片的WDI引脚送一次信号（喂狗信号），若超过1.6S，MAX813
图1 GPRS无线终端硬件结构模块图
图2 CPLD锁存和译码内部结构框图
图3 MAX813与单片机系统的连接电路
49
&Information
communications
信息通信
通信。当然，如果M23不先去连接serve，serve是无法主动连接到M23的。
3.3 M23与主站的连接方式
当单片机向M23模块发出“ATD*97#”指令后，就可与主站建立PPP连接，并可使用M23内嵌的TCP/IP协议进行数据传输。M23与主站的连接方式有以下几种：
第一种与主站的连接方式是主站有固定IP地址的方式。固定IP地址构建的系统稳定，当主站IP有足够的带宽时可以建立起大型的系统，理论上一个IP最大系统仅受带宽的限制。
第二种方式是使用域名解析DNS。
由于申请固定IP的费用比较高，主站可以申请一个域名，M23本身有域名解析的功能。这样的连接由于主站IP的不稳定性，建议用来构建中小型系统，但主站的维护费用很低。
第三种方式是与中国移动协商使用专门的APN。向中国移动申请使用移动公司内网的IP地址做主站，这个主站IP由于是移动公司的内网IP ，运行费用相对较低，稳定性取决与移动的网络，可以用来构建大型的系统。
3.4 程序的设计[6]
为了方便调试、维护和移植，无线终端软件设计遵循模块化设计思想，采用C语言编程。无线终端软件主要分为系统初始化模块、建立连接模块、数据传输模块、断开连接模块4部分。系统程序流程图如图4所示：
程序首先对系统软硬件进行初始化，用AT指令初始化M23模块并建立PPP连接，PPP连接建立后，M23模块进入数据传输模式，可以以PPP帧格式直接传送数据。一方面，
接受不到喂狗信号，则产生看门狗输出，使WDO引脚由高电平变为低电平，由于W DO引脚与W R （手动复位端）直接相连，所以WR此时输入为低电平，当该引脚上的低电平保持140ms以上时，MA
X813的RST端就产生脉宽为200ms的高电平，从而复位单片机W77E58，使程序重新运行。
三、数传终端的软件设计
数传终端系统的软件设计的关键部分是单片机与GPRS模块的通信，两者间需定义通信协议、规定数据传输的帧格式，通过AT指令令实现GPRS网络的附着、PDP激活、Internet的接入及数据传输。
3.1 AT指令的调试
利用AT指令控制M23模块建立无线信道进行数据传输的步骤如下：
(1) AT$NOSLEEP=1 ：防止串口进入睡眠状态。利用M23进行TCP/IP数据连接前必须使串口永远打开，否则可能会造成数据丢失。
(2) AT+CGDCONT=1,“IP” ，“APN”：设置接入网关，中国移动的APN是CMNET。
(3) AT%CGPCO=1,“PAP , ,”,1 :PAP验证，默认的用户名和密码。
(4) AT$DESTINFO＝“*.*.*.*”,1，主站的端口号 ：设置远端主站的IP地址，其中“*.*.*.*”指远端主站的固定的IP 地址，“1”指支持TCP协议，若为“2”指支持UDP协议。
(5) ATD*97# ：拨号建立连接。当建立了TCP /IP的连接后，可以通过发送“+++”(后面不能有任何字符)命令从TCP 状态切换到AT命令状态，TCP状态此时没有断开只是被暂时挂起，在AT命令状态可以使用“ATO”命令来返回到TCP状态，也可以在AT命令状态发送“ATH”彻底断开TCP连接。
3.2 M23建立TCP /IP连接的原理
由于GPRS的TCP/IP连接是基于IP地址的连接技术，因此，建立TCP/IP连接必须要提供对方的IP地址。M23只能作为client端，不能作为serve端。Serve端建议使用固定IP ，这样建立的连接比较稳定。当serve端的主站有了固定IP 后，M23端在没有连接主站时是没有IP地址的，只有当使用了“ATD*97#”命令与主站建立连接后，M23端才会被分配一个移动公司网内的虚拟IP地址，移动公司与外网的连接会通过网关，建立连接后，从serve端来看，M23在经过网关的时候被分配了一个临时的公网IP地址和端口号，这个临时的IP地址和端口号从M23端无法得到，但从serve端可以看到，这样就能够实现从M23到serve，从serve到M23的双向
50
图4 系统程序设计流程图（下转第63页）
崩解剂
运营探讨Operation discussion
客票发售与预
订备份
以太网10M
车站－铁道部票务中心运营调度系统
备份
以太网10M
车站（段）－客专调度所
经营管理信息
系统
以太网10M/100M
车站（段）－客专公司
四、结束语
文中针对信息通信技术（ICT）在铁路客运专线的应用，介绍铁路客运专线通信、信息公共基础平台构架，详细叙述了各平台的组网方式，给出了铁路客运专线通信网络基础平台的各种通道要求及接口设计。各系统平台间如何更加有效融合是今后研究的重点。
表2 通信网络基础平台的接口
接口类型用途
STM-16 ADM
622Mbit/s光接口IP数据网通道的上联汇聚及接入网的通道保护2Mb/s电口
各业务网的互联以及高实时性、安全性要求的
各种控制系统的专线互联
STM-4 MSTP ADM+LT： V5.2接口，2/4线音频接口及低速数据接口，2Mb/s电口STM-4 MSTP ADM
+NU
存车牌2Mb/s电口
各业务网的互联以及高实时性、安全性要求的
各种控制系统的专线互联
155Mbit/s光接口
IP数据网广域互联、接入层通道的上联汇聚及接
入网的通道保护FE口
自动售检票联网以及IP数据网接入层通道采用100M以太网共线/点对点方式，通过光传输系统透传
GE口
IP数据网汇聚层通道采用1000M以太网共线/点对点方式通过光传输系统透传自动电话接口办公用户
2/4线音频接口及
低速数据接口
办公用户
参考文献
[1] 黄雪.通信技术在铁路交通中的应用研究[J ]. 科技资讯, 2008.[2] 邢芳. I CT ，通信运营的新方向[J ]. 中国计算机用户, 2007 .[3] Bchrouz A Forouzan.数据通信与网络.机械工业出版社,2005.
[4] 王喆，罗进文.现代通信交换技术.人民邮电出版社,2005.[5] 刘富强.数字视频信息处理与传输教程.机械工业出版社,2004.
[6] 全子一.数字视频图像处理[J ].电子工业出版社,2005.
作者简介
吴国庆（1955-），女，高级工程师，湖南平江人，主要从事铁路通信设计工作。
（上接第50页）M23接受主站服务器发来的命令或数据并通过串行口发给单片机，单片机根据主站的命令进行相应的处理；另一方面，单片机通过RS-232或RS-485串行口接受外部终端发来的数据或请
求并通过另一个串行口发给M23，M23就会把数据转发给相应的IP地址的PC机。M23模块在接入网络后，在设定的周期内无数据通信时，由单片机控制M23模块向主站发送心跳信息，以保持GPRS网络的连接，主站收到心跳信息后，回应应答信号。
四、结束语
GPRS数传模块由于具有永远在线、自由切换、传输速率高、计费灵活便宜等优点而有着极为广泛的应用。本文设计的GPRS数传系统可以将标准串行口数据通过GPRS网络连入互联网，在远端设备和主站之间提供了一条透明的传输通道。该系统可广泛地应用于无线电力抄表、远程配变监测系统、无线车载监控系统等领域。
参考文献
[1] 吕鑫，王忠.GPRS数据传输模块的设计与实现[J].无线通信，2008(9):18-20.
[2] 孙鸣，吴珏.基于TC45模块的GPRS无线抄表系统[J].自动化与仪器仪表，2005(6):29-31.
[3] 徐敏锐.GPRS在配变监测系统中的应用[D].南京：东南大学电气工程系，2005.
[4] M23 GSM/GPRS Wireless Module DATASHEET. BenQ Corp.2005.
[5] 程云长.可编程逻辑器件与VHDL语言[M].北京：科学出版社，2005.
[6] 张齐，杜贵.单片机应用系统设计技术－基于C语言[M].北京：电子工业出版社，2004.
作者简介
刘建平（1976-），男， 工程硕士，东南大学电子与通信工程系毕业，研究方向为电子与通信工程，长期从事电力线通信系统的研究和相关产品的研发管理。
63
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议