基于单片机和GPRS的MCU的设计与实现

兰兰竺!／／ 基于单片机和GPRS的MCU的设计与实现 杨 ) (广州城建职业学院，广州510925) 摘要：介绍无线教据模块在嵌入式系统中的应用．并从硬件和软件两方面描述该系统的设计 及-实现方法。该系统利用单片机加上以太网接口芯片组成嵌入式以太网远程控制系统。 完成处在同一个网络内部的任意一台PC可以通过IE浏览器直接与远程控制系统进行 交互控制。 关键词：C8051F023单片机；GPRSModem；TCP；PPP 0 引言 目前进行远程系统连接与控制主要有两种方式： 一种系统以工控机为基础．加上各种数据采集插卡组 成．将由现场总线连接的测控设备组成的分布式测控 系统接入以太网．将上位管理工控机放在以太网内． 组成一个自控系统。这种组成方式成本很高．只适用 于大规模自控系统：另一种系统以嵌入式系统为基 础。加上以太网卡和采集卡组成。这种嵌入式系统实 质上是在硬件和软件上均可按用户需要进行剪裁的 PC。本文采用的就是第二种连接与控制方式——利 用单片机加上以太网接口芯片组成嵌入式以太网远 程控制系统【¨． 它直接以单片机取代PC．用以太网接口芯片取 代以太网卡。它仅仅能够将数据从串行设备送入以太 网的串行——以太网网关设备不同．本系统最显著的 特点是．处在同一个网络内部的任意一台PC可以通 过IE浏览器直接与远程控制系统进行交互控制。这 样。就构成了以单片机为中心控制单元．以太网接口 芯片、MAX一232为数据交换接口．单片机I／0接口直 接实现控制指令的电乎输出和数据采集的电平输入 的一套基于TcMP协议的嵌入式单片机远程控制系 统闭。 1 硬件系统设计 整个硬件系统的框架如图1所示． D^姒 图l硬件系统框图 该系统硬件设计按功能模块划分．主要可分为3 个部分：单片机、电源模块和GPRSModem。下面将结 合各个模块来详细介绍该系统的硬件模块。 (1)单片机部分四 该系统选取了CYGNAL公司的C8051F023处理 器，3．3V供电，其最高工作频率可达25MHz，且很多 指令都可以在1．2个MIPS内完成．速度很快：有两 个UARTl口；片载4KRAM和64Kn鼬h，为编写和 运行简单的TcMP伊PP协议程序提供了必要的空 间；还有充足的I，0接口。该款芯片提供多个串口。可 满足系统对串口数量的要求，并且带有肌G接口， 方便在线调试。如图2所示，J7、R1、R2、Cl、C15组成 单片机的复位电路，Yl、C30、C31组成单片机的时钟 电路。mGl为单片机的J，I’AG在线仿真／程序下载接 口。 单片机Po口管脚分配表如下： 收稿日期：2009一08—31修稿日期：2009—10一12 作者简介：扬川(1975一)，男，四川成都人。工程师。硕士，研究方向为单片机应用系统、接口电路设计、网络通信 183 MODERNCOMPUTER2009．1l |理 嵯 睡 万方数据 现 代 计 算 机 ^ 总 第 ： 二 九 期 - 表1单片机管脚分配 f卉 一簟树 备注 PO．O T)Ⅱ)2 单片机的TxDO．接wAvEc0M模块的串行输入 PO．1 R虹)2 单片机的RxDO，接wAvEcOM模块的串行输出 Po．● T功l 甲，{机的1xDl．接GPs接收机的}私ir输入 P0．5 R如l 单}{机的姒u1．接Gn接^机，n串}I输出 P0．6 (，f砧LED口船指小灯．低电，rHJ_^vE(0M复位 (2)电源部分 主电源转换模块采用HZD05—24s05模块电源． 将24V电压转换为5V，电流lA。如图3．主电源输入 (POWER24V)。经自恢复保险丝Fl接至主电源模块 U8的输入端。U8的第3脚是电源输出端VCC(+5V)。 主要为电源模块U7、MAX3232芯片供电。U7(LMl086) 是DC—DC转换模块，将5V转为3．3v(vDD)，为单片 机、nash、GPRS模块等提供电源。Dl为二极管，起反 向保护作用。R6为压敏电阻。当输入电压超过39V后 自动短路。 (3)CPRSModem部分 选用Sieme瑚公司的MC35。该模块提供了9针 的标准RS一232接口．通过MAX3232电平转换芯片 和C8051F023的UARTD口相连．可进行全双工的数 据通信。MC35需12V供电．在上电后还需要D’m的 低电平向高电平跳变触发启动。实际设计中．指定了 C805lFm3的{，2．0口经MAX3232电平转换后作为 MC35的DTR。 在设计中。数据端的数据来源可以有两种方式： 一种是由C805lF023自身运算或处理产生．另一种是 由其他终端数据设备通过UARllD口向C805lflD23发 送的数据．即把本系统应用成为通用的GPRS数据收 发模块。 2 无线数据传送实现过程分析及软件部分 系统软件采用模块化设计．每个模块实现一个功 能或一个协议．便于移植。同时，在编写软件时，留有一 些软件应用接口，便于软件升级．例如增加新协议等。 (1)系统软件实现数据传送的具体步骤和过程 ①对数据中心的主机进行初始化：将主机建立网 络连接。分配IP地址．设置好通信波特率和通信端 口．然后展开网络侦听： ②数据采集终端的初始化：终端的Mcu单片机 进行初始化设置．将通信波特率与远程主机同步，然 后进行M0dem拨号．将移动终端的类别设置为GPRs 上网模式： 图2单片机部分原理图 MODERNCoMPUTER2009．11 图3电源部分原理图 184 露II． 万方数据 兰兰竺竺／／ ③网络协商：设置GPRS接入网关，通过无线Mo． dem内置的TCMP栈拨号与GGSN进行通信链路的 协商．即进行点到点的各种通信链路的参数配置。并 分配IP地址： GPRS无线M0dem接收到IP地址后将其存入数 据终端的配置地址域．数据终端向数据中心发送配置 后的数据帧。告知其动态IP地址和IMSI号(国际移 动用户识别码)； ④数据传输过程：由于GPRS网络支持TCP，【P 协议．所以通过收发IP数据包来传送数据。此时．远 程数据终端系统向GGSN发送的所有包含IP报文的 PPP报文都会被传送给Intemet网中相应的IP地址。 从而完成终端系统向远程监控中心通过互联网传输 数据的过程． (2)软件实现及其相关流程图 单片机程序使用面向单片机的C5l语言实现．主 要由初始化模块、串口O中断服务模块、数据处理模 块、数据发送模块4个子程序构成，主程序的功能是 对各个功能模块不断地进行循环调用。主程序的流程 如图4所示。 上层应用软件采用VB编写．该软件通过接收 PC串口数据来达到与硬件板通信的目的。 3 结语 随着无线通信技术和单片机嵌入式技术的不断 提高．利用公共无线网络实现远程监控和数据传输正 被广泛应用于各个领域．例如自动抄表系统，家庭信 息自动化控制．智能交通监控系统等方面的应用。 详细介绍了基于5l系列单片机的一种移动通信 网络系统的软硬件设计方案。该方案采用模块化设 计．数据处理速度快．系统可靠性高，实时、低廉的传 输．为单片机实现GPRS的数据传送提供了一种通用 的解决方案。 启动看门狗-—瞬面鞋丽 J．j， o PPP—Rec—complete清osen棚ata』lag滴oNetTork』lag清o{ ·—， o l处理数据Deal_pat8()II读取GPs定位数据1l启动看门狗定时器1 l 处理发送数据 l延时等待系统复位 I 启动发送 图4主程序的流程图 参考文献 fl】潘琢金．C8051F单片机应用解析瞰】．北京：北京航空航 天大学出版社．2002 【21葛永明，林继宝．嵌入式系统以太网接口的设计忉．电子 技术应用。2002。f3)．17—19 【3】王柯，常青，朱庆伟．基于单片机的3G综合试验平台的 设计叨．微计算机信息，200r7，23(11)：224—226 DesignandlmplementatiOnOfMCUBasedOnSingIe ChipandGPRS YANGChuaIl (C时Co聃咖ctionCoUege0fGu明gzh∞，GuarIgzII伽510925) Abstract：Inn甜ucestheapplication0fwi陀k昭co唧lIllic“帅moduleineIIll)edded8y8tem．鲫dde- scribestIled朗i印蛐dimplementati∞metIIodbylIaIdware柚ds0IftWa弛．11Ii8e础)edded 础emet飓maleconnDlsyglemmal【髓up硝tIlMCS蛐detllemetinte如cechip，itcomp】et船 intemcd帆con仰lbymdi弛cdywit|ItlIe即删船connDlsy8tem岫dertlIe8帅enetworl【 砌dom蚰Pc． Keywords：C8051FU23singleChip；GPRSModem；TCP；PPP 185 MODERNCOMPUTER2加9．1l 现 代 计 算 机 ^ 总 第 三 _- 九 期 一 虽 万方数据 基于单片机和GPRS的MCU的设计与实现 作者： 杨川 作者单位： 广州城建职业学院,广州,510925 刊名： 现代计算机（专业版） 英文刊名： MODERN COMPUTER 年，卷(期)： 2009，(11) 引用次数： 0次 参考文献(3条) 1.潘琢金.C8051F单片机应用解析[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002 2.葛永明,林继宝.嵌入式系统以太网接口的设计[J].电子技术应用,2002,(3):17～19 3.王柯,常青,朱庆伟.基于单片机的3G综合试验平台的设计[J].微计算机信息,2007,23(11):224～226 相似文献(2条) 1.期刊论文 王柯.常青.WANG KE.CHANG QING 基于单片机的3G综合试验平台的设计 -微计算机信息2007,23(11) 本文介绍了基于C8051F023单片机的3G(GNSS/GPS/GPRS)综合试验平台的系统功能,并给出了其完整的硬件和软件设计方案与实现方法. 2.学位论文 武前军 基于GPRS技术的数字化环境噪声监测终端的研究与设计 2006 基于GPRS技术的城市环境噪声监测终端是信息技术在环境监测领域的应用。我国噪声监测的最终目标是实现实时在线自动监测、无线传输。目前 ，我国水和大气自动监测已经具有相当的规模和技术，而城市环境噪声污染具有瞬时性和空间分布上的不连续性，只有采用多点抽样法测量且尽量提高 监测频次，才能较真实的反映噪声污染水平。由于我国在环境噪声实时在线自动监测系统项目开发上的欠缺和现有监测仪器的落后，使环境噪声实时在 线自动监测系统的开发成为环境监测部门亟待深入开展的工作。 合肥工业大学噪声与振动工程研究所将此作为课题深入研究，开发了基于GPRS通 信技术的环境噪声实时在线自动监测系统，此系统由环境噪声监测终端、噪声数据管理中心、噪声数据处理中心和分析处理软件四个部分组成。本论文 是它的一个子系统，即基于GPRS技术的环境噪声监测终端的研究与设计，本论文根据课题的实际要求提出了整体设计方案和原理框图。接着从硬件和软 件设计两方面对监测终端的设计做了详细的说明。在硬件设计方面，本文从前端探头设计、信号调理模块设计、数据采集处理模块设计和GPRS通信模块 设计等四个方面讨论了监测终端的硬件设计和解决方法。在软件设计方面，以C8051F023单片机为核心，详细阐述了监测终端的软件设计思想，主流程图 以及相应参数计算的流程图。监测终端将噪声数据及时、准确地通过GPRS网络传给环境监督管理部门，为环境噪声监测和治理提供有效的依据，为我国 各大中型城市实施安静工程提供有效的环境噪声监测手段，对推动环保领域的技术进步和科技发展具有十分重要的现实意义。 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xdjsj-xby200911053.aspx 下载时间：2010年3月21日