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1、分类号 密级 UDC 编号10486 武 汉 大 学硕 士 学 位 论 文GPRS无线数据传输终端的设计与应用研究生姓名：指导教师姓名、职称：学科、专业名称：研究方向：2006年4月20日Design and Application of GPRS Wireless Data Transmission UnitByZHOU Jing April 20th, 2006郑 重 声 明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。学位论文作者（签名）： 年 月 日摘 要通信
2、作为信息社会的三大支柱之一，是人们长期研究的重要课题。在各工程领域测量与控制系统中，如何运用通信技术，实现数据快速、可靠以及有效的传输，确保系统远程监控的实时性和可靠性，是测控系统的重要组成部分。目前常用的通信手段分有线和无线方式。有线通信方式主要有CAN BUS,485总线以及MODEM等，其传输距离和物理环境的制约极大地限制了其应用范围。无线数据传输主要有无线数据传输电台,利用移动的网络传输等，无线数据传输电台能够取代长距离的传输线，极大地降低工程成本，但其受地理的限制，故障率较高。本文查阅大量文献，分析研究了通信技术的国内外发展现状和各种通信手段的特点与不足，在充分调研的基础上，选择移动
3、GPRS网络作为传输平台，设计了一种基于GPRS的无线数据传输终端。所谓GPRS(通用分组无线业务)是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS具有永远在线、高速传输、快捷登录、按量计费等显著优点，受到越来越广泛的关注，在测控系统中应用GPRS技术可以使系统更方便灵活。 论文设计了GPRS数据传输终端的硬件和软件，该终端硬件主要由单片机W77E58、GR47模块以及标准RS232串口组成。GPRS数据传输终端通过标准RS232串口和数据采集单元进行数据交换，数据经由GPRS网络与Internet网络通信，实现数据远传。软件包括终端与GPRS网络的数据链路的
4、建立、数据传输终端与数据采集单元的数据交换等。论文还进行了数据传输终端服务器的设计，针对GPRS网络的终端的性能，编写了相应的Internet网络服务器程序，并研究了改善系统实时性和可靠性的方法。通过PC机对终端进行参数设置，在服务器模式下实时侦听网络数据以及远程启动GPRS。论文所设计的GPRS数据传输终端在大坝安全监测系统中得到应用，取得较好的效果。应用结果表明，GPRS数据传输终端具有功能强大、数据传输可靠性高、体积小、结构简单等优点。论文最后对所做的研究工作和所取得的成果进行了总结，并展望了GPRS数据传输终端的应用前景。关键词：GPRS 无线传输 远程启动Abstract Commu
5、nication, one of the three braces of our information society,is an important task studied by people in long term.How to transmit the data fast,reliablly and effectively is the key factors of the monitoring-measurement system,which can ensure the reliable and real-time detection.At present,wire and w
6、ireless communication are in common use.Wire communication is composed of the CAN BUS,485 BUS and MODEM.However the transmission distance of the wire communication restricts the application largely.Wireless communication radio and the data transmission based GSM make up of the primary wireless commu
7、nication modes.The GPRS which is based on GSM system,is choosed as this articles transmission mode and offers point-to-point ,wide field IP connection.GPSR is always online,high-speed,fast logging and charged in quantity.The application of GPRS make the system convenient,agility and lower cost.This
8、paper illustrates the study-meaning of the task at first and analyses that development inland and outland .Then it labors the transmission principle,the advantages of the GPRS,and explains the choice of the GPRS.The component of hardware is illustrated in detail. The data transmissionin unit changes
9、 the data with the exterior controller.The datas which is controlled by the W78E58 are transmitted between the GPRS net and Internet by GR47 at last.The design of the software is also introduced in the paper.which illustrates the establishment of data route to GPRS-net from the data floating and in
10、blocking.The aim of server is to test the performance of the wireless data transmission unit.The programme of server is composed of setting- parameter,intercepting-netdata and remote startup of GPRS unit.At last ,the summing-up and prospect are given.The system ,used in the monitoring-measurement sy
11、stem,got the better effect.It has small bulk,simple structure,mighty function and higher reliability .It also realize the wireless transmission conveniently and successfully.All made it a GPT(general practical terminal)Key words：GPRS wireless transmission remote starting目 录摘 要IABSTRACTII第一章 引言11.1 问
12、题的提出11.2 GPRS技术国内外发展现状11.3 本文所完成的工作3第二章 GPRS网络技术52.1 GPRS概述52.2 GPRS系统原理72.3 GPRS数据传输的特点82.4 GPRS业务简介9第三章 GPRS无线数据传输终端的硬件设计113.1 GPRS无线传输终端的总体结构113.2 GPRS无线数据传输终端各部分的电路设计113.2.1 单片机电路设计113.2.2 GR47模块接口电路的设计123.2.3 SIM卡外围电路的设计173.2.4 串口电平转换电路设计17第四章 无线数据传输终端软件设计204.1 GPRS终端软件开发环境keil uVision2204.2 GP
13、RS终端数据传输原理214.2.1 数据传输终端与GPRS网络的连接224.2.2 数据传输终端与测控系统的通信30第五章 数据传输终端服务器程序设计325.1 设计环境Visual Basic介绍325.2 设计原则325.3 各功能模块介绍325.3.1 参数设置模块设计335.3.2 网络侦听模块设计34第六章 无线传输终端在大坝安全监测系统中的应用406.1 无线传输终端在大坝安全监测系统中的应用406.2 大坝安全监测系统和服务器的通信416.2.1 GPRS终端的启动416.2.2 远程数据的接收46第七章 总结与展望487.1 总结487.2 展望49参考文献50致 谢52第一章
14、 引言1.1 问题的提出借助于通信技术将采集数据进行远距离传输，是现代测控系统实现远程监测与控制的必要手段。如何将现场获取的各种测量数据快速、准确以及可靠地远距离传输到监控计算机，由监控计算机进行数据分析与处理并完成系统监控任务，是现代监控系统研究的重要课题之一。目前，主要的数据传输方式可分为有线数据传输和无线数据传输两种方式。在测量点较为集中且传输距离不远（23km）的场合，通常都采用有线连接的数据通信方式，如各种现场总线方式（RS-485、CANBUS）等。但通信距离较远时，由于受通信线路铺设的成本、施工难度和地理环境的限制、线路防雷以及维护均费用等原因的影响，采用有线方式传输数据不便甚至
15、不可能。而采用无线数据传输方式则可实现远距离数据传输，如各种数据传输电台，以及近年来逐渐发展起来的GPRS网络通信等。但一般的数据传输电台其传输距离约为40km左右，且受地形地貌的限制、无线电干扰等因素的影响，数据传输不可靠，某些场合还存在维护困难且成本较高的问题，因此，数据传输电台的应用也受到一定限制。基于GPRS网络的无线数据传输是一种新的无线通信方式，它借助于中国移动的GPRS网络进行数据传输，具有使用范围广、传输数据可靠、费用低廉等特点。基于GPRS网络的通用型无线传输终端具有结构紧凑、体积小、功耗低的优点，因此使得该终端可以广泛地适用于远程数据传输、远程工业控制等领域，在很大程度上改
16、变了目前数据通信的工作方式。本课题研究的目的是：研制一种基于GPRS网络的通用无线数据传输终端，解决GPRS无线数据传输接口的通用性问题，使得不同监测控制系统的无线数据传输接口的设计更为简单灵活。1.2 GPRS技术国内外发展现状 GPRSGeneral Packet Radio Service,为通用分组无线业务的简称，是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。GPRS具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特点。目前世界上有大约10多亿普通电话用户，3亿多无线通信用户和1亿多互联网用户。世界电信业的发展趋势是无线语音业务的发展速度超过普通电话业务，两
17、者间在不断融合。未来的网络将是一个有线、无线和互联网三者合一的数字化的全球网络。其覆盖将超越一切地理障碍，使信息无处不在。GPRS是目前阶段解决移动通信信息服务的一种较完美的业务.它通过在原有GSM网上添加协议关口和改动少量设备，就可以提供高达171. 2kb/s的数据传输速率，支持X.25, TCP/IP等协议。GPRS标准的提出和应用主要是基于手机的，GPRS在运营系统上已经获得实验成功，目前，已有100多个国家的移动通信运营商投入了GPRS运营。其中，全球移动通信客户排名前10位的移动通信运营商中，已有沃达丰、法国电信、英国电信等7家选用了GPRS技术。中国移动在分析世界和中国通信发展形
18、式后，紧跟世界主流技术，选择了GPRS技术，于1999年开始搭建GPRS实验网。经过近三年的建设和不断完善，在2001年底中国移动已开通了覆盖全国241个省会城市和大中城市的GPRS网络。并于2002年正式投入商业运行，正在大规模形成GPRS业务的真正市场。由于我国GSM已建立了覆盖全国的完善的移动网络，在全国大部分地区实现了规模覆盖。随着GPRS物理网络的覆盖，以GPRS为基础的无线数据系统得到广泛的应用。GPRS使互联网进入无线领域。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网(INTRANET)，基于I
19、P的远程LAN接入等。GPRS现在的应用其主要分为面向个人用户的横向应用和面向集团用户的纵向应用两种。对于横向应用，GRPS 可以提供网上冲浪、Email、文件传输、数据库查寻、增强型短消息等业务。对于纵向应用，GPRS可以提供以下几类应用，即（1）运输业：车辆的自动调度；（2）金融、证券和商业：无线POS、无线ATM、自动售货机、流动银行等，实时发布股市动态、天气预报、交通信息等；（3）公共安全业：随时随地接入远程数据库；（4）遥测、遥感、遥控:如气象、水文系统收集数据，对灾害进行遥测和告警，远程操作提供VPN ( Virtual Private Network,虚拟专用络)业务，使企业员工
20、能够随时随地与总部保持联系，降低公司建设自己的广域网的成本；（5）提供以GRRS承载业务为基础的网络应用业务和基于WAP (Wireless ApplicationProtocol，无线应用协议)的各种应用；（6）保险业、彩票等。由上述可见，不论是对个人还是对集团用户，GPRS技术己得到了较广泛的应用。目前国内有很多厂家在进行GPRS网络的建设和系统集成，以及GPRS在电信、银行、社保的应用等方面的研发工作。比如中兴通信的ZXG 10-GPRS系统，提供了GPRS高速移动通信全面解决方案，提供支持GPRS业务的基站子系统(ZXG10-BSS)、移动交换子统(ZXGI O- MSS)、操作维护中
21、心(ZXG1 0-OMC)，以及GPRS新增的网络节点:ZXG10-SGSN, ZXGIO-GGSN, ZXGIO-CG。成电先锋则提出了“GPRS企业级无线数据应用”、“ GPRS在POS系统中的应用”、“ GPRS在彩票系统中的应用”、“基于GPRS的无线电子商务解决方案”等具体方案，并在银行、证券、保险等领域得到应用。1.3 本文所完成的工作本文旨在研制一种基于GPRS网络的通用无线数据传输终端，解决GPRS无线数据传输接口的通用性问题。围绕这一目的，本文主要完成了以下研究工作，即：（1）查阅大量的国内外文献资料，分析比较了监控系统的各种通信方式，特别是对GPRS无线通信相关的资料进行了
22、分析研究，较好地掌握了该领域的发展动态。并结合工程实际需要，进行了基于GPRS网络的通用无线数据传输终端的研制工作；（2）设计了GPRS网络的通用无线数据传输终端的硬件。其中包括单片机型号的选择，单片机外围电路的设计以及GPRS模块与单片机的接口电路的设计。在提高单片机时钟频率和存储器访问速度方面进行了探讨。所设计的基于GPRS网络的通用无线数据传输终端具有结构简单、功能强大、可靠性高以及功耗低等特点。通用无线数据传输终端的GPRS模块经过技术经济比较，选择索尼爱立信公司的内嵌TCP/IP协议的GR47模块，有效地缩短了开发周期。（3）设计了GPRS网络的通用无线数据传输终端的软件部分。其中包
23、括通用无线数据传输终端与GPRS网络的连接，数据传输终端与数据采集模块通信等程序。还设计编写了服务器端软件。其功能主要包括参数设置，Internet网络数据侦听和数据库的管理等。参数设置功能改变终端预先设置的初始值满足实际测控需要；网络通侦听主要是用户在监控中心根据双方预先设定的端口和协议实时侦听数据，实现监控中心与测控系统互相通信。（4）论文所设计的GPRS通用无线数据传输终端在在大坝安全监测系统中得到应用，取得较好的效果。GPRS通用无线数据传输终端具有通用性，用户只需通过RS232串口，合理的利用AT命令即可和GPRS终端之间进行通信，实现数据的远距离传输。第二章 GPRS网络技术2.1
24、 GPRS概述 移动通信通常分为三代。第一代是模拟的无线网络，第二代是数字通信包括GSM(全球移动通信系统Global System for Mobile Communications), CDMA(码分多址(CodeDivision Multiple Access)等，第三代是分组型的移动业务，称为3G. GPRS是通用无线分组业务(General Packet 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 ，目前通过升级GSM网络实现。称之为2.5G是比较恰当的，因为它是一个混合体，采用TDMA(时分多址)方式传输语音，采用分组的方式传输数据。GP
25、RS是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。它可以提供高达115.2kbps的空中接口传输速率。GPRS使多个移动用户能够同时共享一个无线信道，一个移动用户也可以使用多个无线信道。实际不发送或接收数据包的用户仅占很小一部分网络资源。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”(always online)。此外，GPRS是营运商以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。GPRS采用信道捆绑和增强数据速率来实现高速接入，目前GPRS的设计可以在一个载频或8个信道中实现捆绑，将每个信道的传输速率提高到14.4kbps，因此GPRS方式
26、最大速率是8x14.4=115.2kbps. GPRS发展的第二步是通过增强数据速率改进将每个信道的速率提高到48kbps,因此第二代的GPRS设计速率为384kbps。GPRS基于GSM系统，提供端到端的、广域的无线IP连接。它是一项高速数据处理的方案，以“分组”的形式将资料传送到用户手上。为了实现GPRS需要在现有的GSM网络中引入三种新的逻辑网络实体:服务GPRS支持节点(SGSN)、网关GPRS支持节点(GGSN)和分组控制单元(PCU)。SGSN提供GPRS网络与外部分组数据网络之间的交互操作,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，通过帧中
27、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.在基站子系统中，PCU负责管理分组分段和规划、无线信道、传输错误检测和自动重发、信道编码方案、质量控制、功率控制等。图2-1给出了GPRS骨干网逻辑体系结构。图2-1 GPRS逻辑体系结构在激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动台(MS)的移动性和安全性方面的信息。SGSN的功能包括：将分组交换到正确的BSS建立数据到相应GGSN的路由；对移动台的加密、认证、移动性管理和逻辑链路管理；提供到HLR等数据库的连接，支持计费数据收集和话务管理。SGSN接入外部数据网络
28、的节点，对于外部网络，它是一个子网路由器，GGSN接收MS发送的数据，选路到相应的外部网络，或接收外部子网的数据，根据其地址选择GPRS网内的传输通道，传给相应的SGSNGGSN 是外部数据网与GPRS核心网之间的网关节点。GGSN通过配置一个分组数据协议(PDP, Packet Data Protocol)被分组数据网接入。它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路山信息，并根据该信息将分组数据单元(PDU, Packet Data Unit)利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN。 GGSN 可以经Gc接口从HLR查询该移动用户当前的地址信息。GGSN主要是起网关作用，它可以和
29、多种不同的数据网络连接，如ISDN,LAN等.。GGSN 可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。GGSN的上作过程是这样的。对MS用户进行鉴权和移动性管理，进行路由选择，建立MS到GGSN的传输通道，接收BSS透明传送来的MS数据，进行协议转换后通过GPRS网络传送给GGSN或反向上传，并进行计费和业务统计。GPRS网络系统中的各单元的接口都用G来标识。从图2-1可以以看出，GPRS的接口可以分为两大类：(1)既可传输信令，也可传输数据的接口；(2)只能传传输的接口。下面也给予简单的说明。Gn/Gp接口是SGSN与GG
30、SN之间的接口。其中Gn接口是SGSN和GGSN之间或同一PLMN网中不同SGSN之间的接口:Gp接口是不同运营商之间SGSN和GGSN之间的接口。Gp和Gn接口都同时支持信令和数据信息的传输，Gp接口除具有Gn接口的全部功能外，还具有PLMN间相互通信的安全功能。Gb接口是BSS与S GSN之间通信的接口，负责移动终端分组数据经BSS到SGSN的传输，同时也支持S GSN和PCU C Packet Control Units，分组控制单元之间的信令。Gr接口是SGSN与HLR之间的接口，通过MAP信令传送用户数据和位置等因为LR保存着GPRS的用户数据和路由信息。Gs接口是SGSN与MSC/
31、VLR之间的接口，它是用来支持联合的位置更新及利用分组信道传输寻呼消息，它是一个可选接口。Gc接口是GGSN与HLR之间的接口，以支持GGSN从HLR获得移动终端的位置信息，从而实现由网络发起的数据业务，它是一个可选接口。Gi接口是GGSN与外部数据网之间的接口，这个接口根据所互通的数据网不同而采用相应的协议。Gf接口是SGSN与EIR之间的接口，SGSN通过Gf接口访问EIR中存放的移动设备信息。2.2 GPRS系统原理 GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的时分多址(TDMA)帧结构。GPRS数据传输和通话可以同时进行，语音传输使用GSM，数据
32、传输使用GPRS。目前的GSM移动通信网的传输速率为每秒9.6kByte，GPRS手机在2003年年初推出时己达到56kbps的传输速率，到现在更是达到了115.2kbps(连接显示速率)。GPRS定义了3类MS：(1)A类可同时工作于GPRS和GSM； (2)B类可在GPRS和GSM之间自动切换工作；(3)C类可在GPRS和GSM之间人工切换工作。 本文中选择的GR47属于B类。图2.2给出了GPRS系统工作原理。图中BTS（Base Transceiver）为基站收发信器, BSC（Base Station Controller）为基站控制器。用户通过串行或无线方式接到GPRS Modem
33、上，GPRS Modem与GSM基站通信。GPRS分组是从基站发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GGSN进行通信，GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络，来自Internet、标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。 图2.2 GPRS系统原理图2.3 GPRS数据传输的特点GPRS的分组交换技术，具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、自如切换的优点。1、 实时在线实时在线，即用户随时与网络保持联系。举个例子，用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送
34、和接受数据，就算没有数据传送，终端还一直与网络保持联接，不但可以由用户侧发起数据传输，还可以从网络侧随时启动push类业务，不像普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网。2、 按数据流量计费用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量传递时，用户即使挂在网上，也是不收费的。3、 快捷登录GPRS的用户启动后连接到GPRS网络，每次使用时只需一个激活的过程，而固定拨号方式接入互联网需要拨号、验证用户名密码、登录服务器等过程，至少需要8-10秒甚至更长的时间。4、 高速传输GPRS采用分组交换的技术，数据传输速率最高理论值能达115.2k bps，但实际速度受到编码的
35、限制和手机终端的限制，可能会有所不同.电路交换数据业务，速率为每秒9.6kbit，因此电路交换数据业务(简称CSD)与GPRS的关系就像是9.6k Modem和33.6k, 56k的Modem的区别一样。5、 自如切换GPRS还具有数据传输与话音传输可以同时进行或切换进行的优势。也就是说用户在用移动电话上网冲浪的同时，可以接收语音电话。举个例子，原来的电话拨号上网，接入之后就不能再打电话，也不能接电话，而GPRS就类似于固定电话的ADSL的概念，电话上网两不误。相对原来GSM的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有高速和永远在线的优点2.4 GPRS业务简介GPRS作为GSM分组数
36、据的一种业务,主要包括Internet接入、WAP、专网接入、基于终端安装业务、专线接入、GPRS短消息等7种业务。1、 Internet接入业务GGSN接入Internet有透明和非透明两种方式。如果移动运营商作为GPRS运营商的同时，直接作为ISP提供Internet接入服务，建议采用透明方式，用户接入因特网无须进行认证，可由移动用户鉴权替代，这样可加快用户接入速度，减少RADIUS服务器的投资。也可以采用非透明方式接入Internet，通过RADIUS进行用户认证。2、 GPRS承载WAP业务GSM系统中，承载WAP有3种方式：短消息、电路型数据、GPRS分组数据。与GPRS相比，前两种
37、方式有一定的局限性：短消息承载WAP，长度只有160个字节，不能适应WAP业务数据量逐步增长的需求。短消息对于QoS方面缺乏保证，接续时间过长，因此不推荐短消息承载WAP。现在国内GSM网上承载方式为9.6kbps电路方式，带宽有局限性，数据单用户开展业务对系统资源的占用比较多，接入时间过长。GPRS承载WAP有很多优势：GPRS本身基于分组方式，系统资源占用少，接续速度快，时时在线，而且单用户带宽有保证，3、 专网接入业务采用VPDN技术实现专网接入业务方案，MS采用PPP方式接入VPN虚拟网，使用第二层隧道协议L2TP。GGSN通过输入的公司名或主被叫号码从Radius服务器获取建立隧道的
38、相关信息，然后启动到企业网关的L2TP隧道协议，建立起GGSN和企业网关之间的隧道连接。此时用户的PPP包可以直达企业网关，由企业网关通过公司的Radius服务器完成对用户级的认证，通过后，就建立起GRPS终端到达企业网关的PPP链路，从而真正实现移动办公业务。4、 基于PDA数据业务基于PDA的数据业务的解决方案以及对网络和设备的影响等同于PC+无线终端上网方式，即普通Internet接入方式。5、 基于无线终端安装数据业务在GPRS终端内置特定Internet应用，通过终端内置应用软件实现，无须外接PC。应用包括POP3 Email和即时信息Instant Messaging（IM）。6、
39、 专线接入业务专线接入业务时，GGSN（无须参与认证，采用透明接入方式）、GPRS网络仅仅作为承载通道，将数据包透明发往业务处理中心，用户接入业务中心权限的认证由MS与业务中心进行。该业务需用特定的APN进行区分，以决定是否认证及连接方式，专线接入业务主要应用于集团用户，如MPOS、高速公路流量统计、环境监测等。7、 GPRS短消息业务MS发出的短消息由MSC或SGSN接收，再通过MAP信令送给MS指定的IW-MSC,最后由IW-MSC通过内部协议转发到SC。SC对MS发来的消息进行具体处理，如果是发给某个MS的短消息，则把此条消息存储到消息库中。SC要把消息库中的消息传递给某个MS时，首先把
40、短消息传给相连的GMSC，由GMSC到HLR中查找路由后，将短消息发送给HLR指定的MSC或SGSN，最后通过MSC或SGSN将短消息发送给MS。SMS over GPRS与原有SMS的主要区别在于原有SMS在无线口上使用SACCH或SDCCH信道进行传递，SMS over GPRS则使用PDTCH信道进行收发.原有SMS在A接口通过SCCP进行承载，SMS over GPRS使用Gb口的LLC层进行承载，减少了SCCP链路需求。第三章 GPRS无线数据传输终端的硬件设计3.1 GPRS无线传输终端的总体结构GPRS无线通信终端主要由单片机（W78E58），GR47模块，SIM卡座，RS232
41、接口，扩展数据存储器等部分组成。图3-1是系统的硬件框图。W78E58控制GR47模块通过GPRS网络接收和发送信息，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，完成数据的转发。数据传输终端和数据采集端的数据可以双向流动。图3-1 系统硬件框图。3.2 GPRS无线数据传输终端各部分的电路设计3.2.1 单片机电路设计增强型51系列单片机W77E58可与标准的8052兼容，它内含4个8位I/0口、3个16位计数器和全双工串行通信接口。由于W77E58对处理器内核进行了重新设计，因而其性能较之于标准的8052有了很大提高。W77E58改进了传统处理器的时序。机器周期与时钟之
42、比可以由软件来控制，最快时一个机器周期仅需4个时钟，最慢时一个机器周期需1024个时钟。在同样的时钟频率下，当时钟/机器周期等于4时，W77E58的指速度比传统的51单片机提高了1. 53倍(平均2. 5倍)。如果以时钟/机器周期等于4为正常工作方式，那么时钟/机器周期等于1024就可以认为是经济模式了。W77E58为全静态CMOS设计，其工作时钟最高为40MHz，最低可以为0，因此W77E58可以工作在空闲方式和掉电方式。W77E58片内的可多次编程的程序存储器为32kB，还具有1kB的片内数据存储器。为了方便程序对数据的操作，W77E58增加了一个数据指针(DPTR1)和一条指针运算指令(
43、DECDPTR)。W77E58还另外增加了一个串口，因而它具有两个全双工的串行接口，从而大大增强了其在通信方面的能力。此外W77E58还增加了一个片内的看门狗。单片机通过AT指令初始化GPRS无线模块，使之连接到GPSR网络上，获得网络运营商动态分配的GPRS终端的IP地址并与目的终端建立连接。因为考虑单片机只有32kB程序存储空间，1kB的数据存储空间，单片机中要实时保存传输过程中的数据以及为保持GPSR网络的畅通而接收GPRS网络发送的系统数据，所以通过地址锁存器74HC573和静态RAM芯片6264扩展了8kB的数据存储空间。图3-2给出了扩展原理图。 图3-2 数据存储的扩展电路3.2
44、.2 GR47模块接口电路的设计在系统中，GPRS模块主要完成与数据采集模块之间的数据交换和通过移动公司的GPRS网络与远端计算机进行数据交换。市场上GPRS模块的产品较多，如西门子，索尼一爱立信以及摩托罗拉等，本课题所设计的终端选择的GPRS模块经过分析比较，采用索尼一爱立信生产的工业级GR47模块。该模块使用方便，有很好的技术支持，性价比很高，且模块内嵌TCP/IP协议栈，有利于缩短开发周期。GR47模块属于Sony Ericsson新一代的移动通信GPRS模块。可以很方便与微处理器通信。1、GR47模块可支持的服务功能(1)SMS(短消息)模块支持下列SMS服务：发送：MO，支持双PDU
45、和文本模式；接收：MT，支持双PDU和文本模式。 GSM网络里，信息发送到所有CBM定位服务用户或更多特殊单元，例如单元定位信息。SMS状态报告依据 GSM 03.40。SMS信息最大长度，使用7位编码时是160个字符，对于8位数据，最大长度是140个字符。模块功能一直扩展支持到6个信息连接。(2)DATA（数据） 模块支持下列数据协议，即：常规信息包无线服务(GPRS)。模块是B类终端，提供同步激活和相连的GPRS和GSM服务。GR47模块是GPRS4+1服务，每个结构(上行线)能在一个时间槽里发射，每个结构(下行线)在最大4个时间槽内接受。电路转换数据(CSD)。GR47模块能建立9.6k
46、bps的电路数据转换。高速电路转换数据(HSCSD)。GR47支持HSCSD通信，上行线传输每个结构容量用一个时间槽，下行线(2+1)传输每个结构容量用2个时间槽。(3)语音呼叫GR47/GR48 提供MO和MT语音呼叫能力，也支持紧急呼叫。除同线之外，呼叫等待和呼叫转移也是有用的特色。某些功能是特殊的操作。模块提供常规的模拟输入输出线，差分模式的模拟音频输入输出线和数字音频接口，访问内部数字音频线是可能的。此外，GR47内嵌消除器并抑制噪声，提供高品质音频。2、GR47模块的系统连接接口（引脚）与该模块的电气连接(除了天线)都是通过系统连接接口实现的，该系统连接接口为双列60脚的连接接口。表
47、31给出了设计中所用到的管脚及功能。表3-1 设计中所用管脚说明引脚号功能说明1, 3, 5, 7, 9VCC电源2, 4, 6, 8, 10DGND数字地14ON/OFF模块开关输入管脚，该管脚内部接有上拉电阻，开路状态，设计电路时应接一电容到地。15SIMVCC SIM卡供电电压管脚。模块通过该管脚给外部的SIM卡提供3V的供电电压。16SIMPRESENCE SIM卡状态输入管脚。该管脚内部接有上拉电阻，开路状态设计电路时可以直接接地。当该管脚输入为“1”时，表明SIM卡不存在，而当该管脚输入为“0”时，表明SIM卡存在。17SIMRST SIM卡复位输出18SIMDATA SIM卡数据输入输出管脚。模块通过该管脚与SIM
