第２０卷第５期四川理工学院学报（自然科学版）Ｖ０１．２０Ｎｏ．５ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＩＣＨＵＡＮＩ仆盯ＶＥＲＳＩＴＹＯＦ２００７年１０月ｓｃⅢＮｃＥ＆ＥＮＧＩＮＥＥＲｌＮＧ（Ｎ觚ｕＲＡＬｓｃｌＥＮｃＥＥＤＩＴｌＯＮ）ｏｃｔ２００７文章编号：１６７３一１５４９（２００７）０５—００１８—０５基于单片机的ＧＰＲＳ无线数据采集与传输系统的设计张正平，夏斌，刘桥（贵州大学计算机科学与工程学院，贵阳５５００２５）摘要：文章采用单片杌嵌入式终端。通过ＧＰＲｓ无线方式．以ＴｃＰ，Ｐ协议为基础详细讨论了系统的硬件结构。本系统也为现场工业控制提供了一种新的检测方法。关键词：单片机；ＧＰＲＳ；数据采集与传输中图分类号：ｒⅡ，３９３文献标识码：Ａ前言ＧＰＲｓ系统利用现有的ＧｓＭ网络资源，发挥其系统传输特性好的优势，为现场数据采集提供了一种便利的无线传输方式。同时，单片机具有功能多、软硬件容易裁剪、功耗小、价位低等优势，已经被广泛应用于各类工业或民用的嵌人式系统中。目前．随着互联网技术的迅猛发展和快速普及，越来越多的智能化设备都需要在互联网上进行数据交换或传输数据。针对单片机接入互联网，国内外厂商都进行了开发，推出了几类方案…：（１）采用专用的服务器，利用网络通信技术组成子网的单片机嵌入式系统，经过路由接人外部网络：（２）通过专用的网关，用网络通信技术组成的子网运行嗍Ｐ协议；（３）直接在单片机上实现ＴｃＭＰ协议，通过以太网接口控制芯片接人互联网。以上这些方式都是采用有线的接人方式，使用在一些固定的工作场所，本文讨论的是通过ＧＰＲｓ无线方式将单片机接人互联网的方案，在单片机上实现ＰＰＰ协议和简化的ＴＣＰ，ＩＰ协议，并用单片机驱动ＧＰＲｓ模块实现上网。１ＧＰＲＳ技术ＧＰＲＳ（Ｇ口ｅｒａｌＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏｓｅｒｖｉｃｅ，通用分组无线业务）是在ＧｓＭ系统的基础上发展而来的一种新的移动通信业务，它在移动用户和数据网络之间提供了一种连接，给移动用户提供高速无线ＩＰ。ＧＰＲｓ采用分组交换技术，每个用户可以同时占用多个无线信道，同一个信道又可以为多个用户使用．以提高无线信道的利用率。ＧＰＲｓ无线传输速率在理论上可以达到１８０Ｋｂ耐实际应用大约在１０Ｋｂｐｓ．８０Ｋｂｐｓ），特别适台于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适合偶尔的大量数据传输。ＧＰＲｓ网络覆盖范围广，无空间和距离。使用ＧＰＲｓ技术实现数据分组收发，用户永远在线，保证数据传输的实时性，接入速度快，且按流量计费，可以有效降低服务成本ｏ】。由此可见，采用ＧＰＲｓ方式是一种经济可行的单片机上网传输数据方案。２系统设计方案整个系统的硬件部分包括三个主要组成部分：收稿日期：２∞７＿０３－０７基金项目：童州省抖技厅工业公关项目，辟科夸ＯＹ字【２０∞】３０２０作者简介：张正平（１娜＾男，童州青阳人，剐最授．博士，主要从事信号处理和通信理论方面的研究。万 方数据第２０卷第５期张正平等：基于单片机的ＧｐＲｓ无线数据栗集与传输系统的设计１９（１）控制单片机（Ｍｃｕ），它是系统的控制核心，负责驱动６ＰＲＳ模块与的连接，接收并处理ＧＰＲｓ模块上传来的数据报，组装或生成要发送数据报并传送给ＧＰＲｓ模块，控制其他串口外接模块的工作。（２）ＧＰＲｓ模块，它是系统的通信功能模块，它是单片机与互联网交换数据报的桥梁，负责单片机与互联网的连接。（３）其他外围工作单元，如ＬｃＤ，采集数据的传感器，Ａ巾转换器，继电器输出单元等，它们一般和单片机的串口相连。如图ｌ所示的硬件结构图。臣至，一ＳＣｎＳＣ比—圈∞口ｃＡＮ通１巨亘寸一臣’围一ＳＰＩ—回ⅡＣ—圈ＡＤＣ口—圈ｍ口ＰＷⅣＡ口Ｉ兰竺：！！Ｈ竺竺卜臣乎Ｂ口∞口—圆＋—’１人机界砸ＬｃＤ圈１数据采集终端硬件框图ＧＰＲｓ模块和单片机之间通过串口进行通信，除了串口发送７Ｘ、串口接收Ｒｒ和地Ｇ，讲信号以外，还包括载波检测ＣＤ（ｃａｍｅｒＤｅｔｃｃｔ）、终端就绪ＤＲＴ（ＤａｔａＴｅｍｉｎａｌＲｅａｄｙ）等硬件握手信号。对于单片机接人互联网，在软件协议上需要进行很多裁剪和简化，对于协议的取舍应遵循下面几个原则：一是协议实现的难易程度和协议的兼容性；二是实现协议所需的系统资源。结合单片机无线上网的特点，可以对协议栈做如下选择”ｊ（１）链路层选择ＰＰＰ协议。链路层的协议有串行互联网协议ＳＬＩＰ（ｓ缸ａｌＬｉｎｃＩｎｔｅｍｅｔＰｒ０魄０１）和点对点协议ＰＰＰ（Ｐｏｉｎｔ－ｔｏ－ＰｏｉｎｔＰｒ０１０ｃ０１）。ＰＰＰ协议是被广泛使用的简单的链路层协议，提供了互联网上对待实体之间建立连接传输数据报的一种方法。ＰＰＰ协议由链路控制协议ＬＣＰ（ＬｉｎｋｃｏｎⅡｄＰｒｏｔｏｃ０１）和网络控制协议ＮｃＰ（Ｎｃｔｗｏｒｋｃｏｎ仰ｌＰｍｔｏｃ０１）组成。ＰＰＰ协议在数据传输过程中有差错检测功能，通信双方可以协商数据报大小、认证方式、链路质量等”ｌ。（２）网络层协议ｍ协议和ＩｃＭＰ协议。妒协议的ＴｃＰ，口协议的核心部分，所有的上层数据报文，包括Ｔｌ，、Ｕ】）Ｐ、ＩＣＭＰ和ＩＧＭＰ报文都是以口报封装传输的。ＩｃＭＰ主要用来传送差错报文，在该系统中只实现类型为ｅｃｈｏｍｑｕｅｓｔ和ｅｃｈ０ｒｅｐｌｙ的两种报文（即我们通用的ｐｉｎｇ命令）即可，用来测试链路的连通性。如果链路出现意外，终端可以自动进行重新拨号。（３）传输层可以根据应用要求选择明）Ｐ或ＴｃＰ协议。ＴｃＰ提供了一种面向连接的可靠的双向数据传输服务。ＴＣＰ通过复杂的机制保证了传输的可靠性。Ｔ℃Ｐ连接建立和断开有严格的步骤，报问传输过程中有超时重传机制、滑动窗口机制、ＴｃＰ校验机制等。ｕＤＰ提供的是一种元连接、不可靠的服务，它通过上层协议来保证连接的可靠。ｕＤＰ的实现相对简单，传送数据也较ＴｃＰ快。所以对于可靠性要求较高的应用就选用ＴｃＰ，而对于实时性要求不太高的应用可以选用ｕＤ凡２．１系统单片机电路图本系统是采用的Ａ１ｒ９８ｃ５ｌ单片机来作为控制器的核心，鉴于文章的篇幅，文中没有给出单片机的内部结构图，模拟转换模块采用的是ＡＤｃ０８０９芯片。系统中还设计有继电器输出电路以及开关量输人万 方数据四川理工学院学报（自然科学版）２００７年１０月蹦出电路。图２表示的是单片机与外部模拟采集芯片的连接图。３系统的ＧＰＲＳ模块ＭＣ３５ｉ±：兰｜墓丰吐；：尊誊罨妻盂羹；ｊ童兰量盏篓≈莲图２ｐ∞９ｃ５ｌ与其他芯片的接线圈系统的ＧＰＲｓ模块选用的是Ｍｃ３５ｉ，该模块是采用ＡＴ指令进行控制的，采用ＡＴ指令可以实现模块参数的设置，实现数据的发送与接收。网。它的覆盖范围一般在１０３．１系统的通信协议…米以内。比无线局域网还小。“特别连接”包含两层意思，一是指设备既能承担主控功能、又能承担被控Ｍｃ３５ｉ模块有固定的传输参数：ｓ位数据位和ｌ位停止位，无校验位。在监控中心和远程数据终端功能的能力；二是指设备加入或离开现有网的方便性。．应用程序之间进行数据通信采取的主要方式为短消息，因此短消息中每个数据信息代表的具体意义以及短消息中ＩＥＥＥ８０２．１５是由ⅢＥＥ制定的一种蓝牙无线通信规范标准，应单片祝数据的排列规则都需要通信的双方达成一致，所以通信双方必须具有数据协议。硬件连接完成后，在进用于无线个人区域网。ⅢＥＥ８０２．１５具有短程、低能量、低成本、小行ＧＰＲｓ上网操作之前，首先要对ＧＰＲＳ模块进行一定的设置。主要的设置工作有：型网络及通信设备等特征，适用于个人操作空间。ＩＥＥＥ８０２．１５．４整（１）设置通信波特率，可以使用ＡＴ＋ＩＰＲ＝３８４００命令，把波特率设为３８加ｏｂ，ｓ或其它合适的波特体实现的系统结构如图ｌ所示。系统最低层是Ｂ∞ｅｂ∞ｄ芯片（如摩率，默认的通信速度为９６００ｂ，ｓ。托罗拉公司的Ｍｃｌ３１９２芯片）和硬件射频电路，负责实现ⅢＥＥ（２）设置揍人网关，通过ＡＴ＋ｃＧＤ８０２．１５ｃＯⅣｒ－１，“ＩＰｉ：。台｝墓囊恭誉ｍ邑封基羞轰ｉ番￡筒瞬污“．４协议中规定的射频和电气物理特性，它通过硬件输入衙出鲥酮姜。接口（如串行外设接口）与微处理器（单片机）进行通信，使ⅢＥＥ８０２．１５．４的ＰＨＹ限ⅢＡｃ／ＮｗＫ层协议的软件部分能在微处理器中运！｜ｉ协登；街馨荇奏镨鲞；引抓拼｜薹薹篓藿蚕璜§ｌ。“啐９翌摹壁鬻量掣雾噶湛厘垂鹊ｊ羹萎窭萋警嘲行，完成对整个通信过程的控制。图１示出两种应用集成方案。左侧是简单的应用集成方案，如无线开关、探测装置等，因为应用程序相对简单，可以与ＭＡｃ，ＰＨＹ集成在一个芯片中。右侧是较复杂万方数据 万方数据 四川理工学院学报（自然科学版）２００７年１０月闻隔时间，并且选择“定时发送”。在数据接收区显示所以网络连接信息和数据的接收信息，包括数据的来源地址和接收时间，以及Ｄ１哪或客户端的连接时间和断线时间信息，它可监视整个端口的数据进出详细记录，如图５所示：如果在数据发送区选择了１６进制为接收发送，则接收到的数据全部为１６进制数据，用户可根据Ｄ１ｕ连接的设备判读远程读回来的数据。如图６所示。接收数据区善尸端：１钯ｌ∞０的日寸ｌ司：２幔５—４—１５１６．０６∞巳经Ｔ口连擐ｔ傩”来自１９２ｌ∞０嘶：ｌ１９２收到：３啦ｎ・‘）时问２００５—４一ｉ５１６∞：１４数据：ｒ２Ｄ＂誉户端２１ｉＩ∞．１∞２０３时问：２∞５—４一１５１６：∞２５已经ＴｃＰ莲接ｆ—ｃＴｃＰ）来自：２ｌｌ１３日１４３２０３１：８６４收到２４恤ｙｔｅｓ】时间：∞０５—４・１５１Ｂ∞器骜菇Ｍ∞３５３０３．３Ｉ蒉∞３０：ｌ２０３Ｉ∞盯竹∞∞３‘“３２抖３０５２郅一ａｃＰ）来自：２ｎ１３Ｂｌ躬２口３・ｌ：ｅ“收到．“疆计・ｉ）时同，２０皓一十１５蝇．嘴：羁嚣冕Ｈ∞羁∞３‘３ｌ篇∞∞：Ｉ∞３ｌ３３研３Ｔ∞３９３Ｉ３Ｉ麓甜∞５２∞图６５总结论文设计了一种基于单片机的网络技术ＧＰＲＳ无线数据终端。该ＧＰＲｓ无线数据采集终端在８位高性能微处理器和实时多线程操作系统的基础上设计实现。ＧＰＲｓ无线数据终端通过ＲＳ２３２采集用户终端数据信息，解释、处理用户数据服务中心下传的命令；通过ＧＰＲｓ网络、ｈｌ蛐ｅｔ互联网，简洁、快速地向远程用户数据服务中心，上传用户终端数据信息，实现自动报警、数据收集等功能。该ＧＰＲｓ无线数据终端的最大特点就是使用户终端以低廉、快速、可靠酌方式连入ＧＰＲｓ网络和互联网，使用户终端数据信息可以简洁、实时的进行传送，为用户终端安全稳定的运行提供了可靠的保证。参考文献：【ｌ】李明，康静秋，贾智平．嵌入式＿Ｉ℃副口协议栈的研究与开发【Ｊ】．计算机工程与应用．２００２，１（６）：ｌ・２．【２】坤章队，蒋文怡．ＧＰＲｓ通用分组无线业务ＩＭ】．北京：北京人民邮电出版社．２００１．【３】安亚兴．童小惫，基于ＯＰＲｓ的草片机无线接八Ｉｌｌｔｃ【Ⅱｃｔ方式［Ｊ】．计算机与敷字工程．２００５，３３：ｌｌ６＿１１９【４Ｊ张占新，孟如基于ＭＣ３５的无线数据采集系统【Ｊ】微计算机信息．２００５，２ｌ：１００－１０２．Ｄｅｓ．ｇｎｏｆｔｈｅＳｙｓｔｅｍｏｆＧＰＲＳＷｉｒｅｆｅｓｓＤａｔａＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｊｏｎＢａｓｅｄＯｎＳＣＭｚＨ４＾『Ｇ劢ｇｗ－ｐ打培，ｘＭＢｉｎ，Ｌ，ＵＱｆ∞（ｃｏｍｐｕｔ盯ｓｃｉ％ｃｃ卸ｄＥｎｇｉｎ嘲ｉＩｌｇ’Ｇｕｉ曲ｏｕＵｍｖ∞吼Ｇｕｉｙ柚ｇ５５００２５，ａｌｉ蚰）Ａｂｓ”ａｃｔ：Ａｄ叩ｉｎｇｔＩＩｅｅｍｂｅｄｄｅｄ船ＩＩｌｉⅡａｌｏｆｓｃＭ，ｂｙＧＰＲＳｗｉｒｃｌｅｓｓａＩｌｄｂ嬲ｅｄａｏｎＴｃＰ，ＩＰｐｒｏｔ‘）ｃｏｌ，ｔｈｅｈａｒｄｗａｆｅｓｔｍｃｎｌｒｃｏｆｓｙｓｔｃｍｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄＴｈｅｓｙｓｔｃｍｐＩｏｖｉｄｅｓｃｏｎｎ＿０ＩＨｎｇ．ｎｅｗｃｈｅｃｌ（ｉｎｇｗａｙｆｏｒｔ１１ｅｌｏｃａｌｅｉｎｄｕｓ仃ｙＫ吖ｗｏｒｄ８：ＳＣＭ；ＧＰＲＳ；ｄａｔａｃｏｎｅｃｄｏｎ锄ｄ锄ｎｓ“ｓｓｉｏｎ万方数据
