摘 要：隨著數字技術的發展，無線通信技術迅速發展起來。GPRS（General Packet Radio Service ）是通用分組無線業務的簡稱，它是第2.5代移動通信系統，是在GSM的基礎上發展起來的一種新技術。GPRS采用分組交換技術，其核心網絡層采用IP技術，底層可使用多種傳輸技術，提供了與現有數據網的連接。GPRS的應用范圍很廣，可以用于開發互聯網、移動性管理以及無線監控等方面。本文主要針對GPRS在無線監控數據傳輸方面的應用，提出了一種基于新興的GPRS技術在嵌入式數據采集系統的方案。方案利用GPRS的Internet接入功能，在Internet上設置一個中心服務器，負責與GPRS終端設備的通訊，實現數據的實時采集和傳輸。 關鍵詞：GPRS；無線監控；數據采集；嵌入式系統 　　遠程監控技術的出現，是計算機網絡技術與故障監控技術相結合的必然結果。早期遠程監控技術是非實時非在線監控方式，而現代遠程監控技術是實時在線監控方式，借助于計算機、互聯網和通信技術，操作者可以依靠安裝在現場的各種傳感器及音視頻設備，便可隨時了解現場的情況，對現場進行監控、診斷與控制。遠程監控技術的模式是與通信技術的發展密不可分的，伴隨著通信技術的發展，出現了三種遠程監控模式：（1）人工遠程監控。這種方式無法實現實時在線監控，存在很多弊端，這是比較原始的方式。（2）有線網絡遠程監控。這是現代一種遠程監控模式，它將現場各個采樣點通過通信線連成網，但這種方式在網絡鋪設上投資巨大，而且受距離限制，各數據點之間的距離越遠鋪網的投資就要上升，主要是由于需要增設路由器。（3）無線網絡遠程監控。這類監控的通信方式是依托遍布全球的GSM網，它的最大特點是打破了距離的限制，從而可以實現全國乃至全球漫游監控。這類監控主要是利用GPRS數據業務通過Internet進行通信。利用GPRS進行遠程監控，通信速度快，建設和運行成本低，因而具有廣闊的前景。 1、GPRS簡介 　　GPRS（General Packet Radio Service ）是通用分組無線業務的簡稱，它是第2.5代移動通信系統，是在GSM的基礎上發展起來的一種技術。GPRS采用分組交換技術，其核心網絡層采用IP技術，底層可使用多種傳輸技術，提供了與現有數據網的連接。GPRS是GSM Phase 2+ 引入的非常重要的內容之一，利用GPRS進行數據傳輸具有：“永遠在線”、“按流量計費”、“快捷登陸”、“自如切換”等優點。圖1是GPRS系統原理圖。 [align=center] 圖1 GPRS系統原理圖[/align] 　　（其中：SGSN：GPRS業務支持節點;PCU：分組控制單元;GGSN：GPRS網關支持節點;PDN：分組數據網。） 　　GPRS采用與GSM相同的頻段、相同的頻帶寬度、相同的突發結構、相同的無線調制標準、相同的跳頻規則以及相同的TDMA幀結構。因此，在GSM基礎上構建GPRS系統時GSM系統中的絕大部分部件都不需要做硬件改動，只需作軟件升級。構建GPRS系統的方法是：（1）在GSM系統中引入三個主要組件，這三個主要組件是SGSN、GGSN和PCU，SGSN、GGSN又合稱GSN（GPRS支持節點）。（2）對GSM系統中的相關部件進行升級。 2、嵌入式系統概述 　　嵌入式系統被定義為以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件相結合，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，目前已經有大量的8，16，32位嵌入式微控制器在應用中，成為提高生產效率和產品質量、減少人力資源的主要途徑，如制藥工業過程控制、電力系統、電網安全、電網設備監測、石油化工系統等。隨著嵌入式系統的發展和應用的多樣性，對嵌入式軟件的要求也發生了相應的變化，主要有以下幾點：1）操作系統的支持;2）多任務且具有實時性;3）強大的聯網功能;4）窗口交互功能。 　　隨著計算機技術的不斷擴大，許多新型應用的不斷涌現，汽車、電視、電話及游戲機的芯片都需要操作系統和應用程序，這為嵌入式系統提供了更廣闊的發展舞臺。嵌入式系統在辦公設備，建筑物設計，制造和流程設計，醫療，監視，衛生設備，交通運輸，通信，金融銀行等系統中也有著廣泛的應用。 3、基于GPRS嵌入式數據采集系統得過硬件總體設計方案 　　系統由微控制器W77E58，GPRS模塊電路，電源模塊，時鐘電路和RS232電平轉化電路組成。系統硬件結構如圖2所示。微控制器通過串口0擴展232標準串口與采集設備、PC機或含有232接口的傳感器模塊進行通訊。串口1直接與GPRS模塊相連，完成對Q2406B的初始化以及與GPRS網絡的協商。 [align=center] 圖2 系統硬件結構[/align] 　　SIM300C是英國SIMCOM公司生產的一款具備GSM/GPRS 900/1800/1900MHz功能的芯片。它以小尺寸和低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的高速傳輸，內嵌TCP/IP協議。用戶可通過AT指令對模塊進行操作，依次完成檢測GPRS信號強度，注冊GPRS網絡，建立數據傳輸透明通道等。它廣泛應用在無線公話、商話、GSM汽車防盜、電力抄表、水務、油田、POS機、航運等行業中。 　　W77E58是增強型MCS-51系列單片機，它與標準的MCS-51系列單片機的指令和基本功能均兼容，并且擴充了很多新的功能。它的工作時鐘頻率最大可達40MHz，片內有32KB可多次擦除的ROM和1KB RAM，不用擴展程序存儲器和數據存儲器，整個芯片采用靜態CMOS設計。 　　時鐘電路：W77E58的時鐘可采用無源晶振，W77E58提供了二個時鐘管腳XTAL1和XTAL2，XTAL1又稱CLKIN，是一個輸入管腳，而XTAL2是一個輸出管腳。我們可以使用4腳臥式晶振，此時XTAL2腳懸空，晶振輸出送入XTAL1腳，如圖3所示： [align=center] 圖3 W77E58時鐘電路原理圖[/align] 　　電源模塊：由于W77E58要求用3.3V供電，我們采用了TI公司TPS7XXX系列電源轉換芯片中的TPS7333，將電路板外接的+5V轉換成+3.3V。同時，TPS7333提供系統復位信號，實現電壓監控。TPS7333內部帶有一個比較器監視輸出電平，對外實現RESET輸出信號，該信號在輸出電壓出現欠電壓時輸出低電平，當欠電壓狀態結束后，RESET信號經過一個約200ms 的延時后變為高電平。電源電路如圖4所示： [align=center] 圖4 W77E58電源電路[/align] 　　為了方便手工復位，在電路中使用了復位開頭SW1。當SW1接通后，輸出電壓將出現欠電壓狀態，TPS7333監視到這上變化后將在RESET端輸出一個寬度大于200ms 的低電平，迫使W77E58復位。 　　RS232轉換電路：由于從W77E58產生的串口信號電平為非TTL的，所以與標準的RS232串口連接前還就應作電平轉換，典型的轉換芯片有MAX232等。我們采用如圖5所示的轉換電路： [align=center] 圖5 RS232轉換電路[/align] 　　通過以上接口電路，將W77E58的串行口轉換成為標準RS232口，然后與PC機的COM1口通過DB9的插頭進行互連。 4、系統軟件流程 　　系統軟件流程如圖6所示。 [align=center] 圖6 系統軟件流程圖[/align] 　　上電啟動后，首先初始化各項參數，然后開始檢測串口0是否收到數據，如果收到數據再檢測是否是預先所定義好的采集信息的數據格式，如果是，開始通過串口1啟動GPRS連接，建立透明通道之后，把從串口0收到的數據通過串口1發送到GPRS模塊，然后通過GPRS網絡傳送到所預定的目的IP地址上去。如果持續不斷從串口0接收采集信息數據，那么就不斷執行轉發程序，發送數據到GPRS網絡，如果超過3分鐘串口0還是沒有數據，就執行斷開程序，斷開GPRS連接，讓系統進入節電模式以降低能耗。GPRS進行數據傳送是軟件設計的關鍵，GPRS通過以下過程完成數據傳輸設置：1、通過AT +CGATT命令與GPRS網絡附著。2、通過AT #GPRSMODE 命令讓模塊切換到GPRS模式。3、設置網絡的接入點名稱為CMNET。4、分別輸入APN的用戶名和密碼。5、通過AT #CONNECTIONSTART開始連接。6、設置TCP連接的服務器地址和端口號。7、打開TCP連接。 5、結 論 　　本系統的硬件設計本著低成本、低功耗、小體積和實時性的設計思想，采用了微控制器W77E58，實現了USB通信、GPRS通信等一些嵌入式應用技術，使系統的整體性能上有了很大的提高。同時，GPRS模塊采用了SIM300C，它以小尺寸和低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的高速傳輸，內嵌TCP/IP協議的芯片。軟件按照分模塊設計，使軟件系統在實際運行中更加高效、可靠。該系統的功能比較完善，適用性更強，可以廣泛應用于水利、監控、POS、銀行等場合。經實際應用證明，該系統運行良好，傳輸數據穩定。 　　本文作者的創新點：本系統比傳統的數據采集系統的體積更小、功耗更低、成本更低。系統采用了英國SIMCOM公司新出的一款GPRS模塊SIM300C芯片，使得整個系統更加高效、可靠性和實時性強。該系統的功能比較完善，適用性更強。經實際應用證明，該系統運行良好，傳輸數據穩定。 參考文獻： 　　[1] 韓斌杰.GPRS原理及其網絡優化[M].北京機械工業出版社,2003. 　　[2] 胥靜. 嵌入式系統設計與開發實例詳解[M].北京: 北京航空航天大學出版社, 2005 　　[3] Low Cost. Low Power Instrumentation Amplifier AD620[M].Analog Device Corporation. 2005 　　[4] 常 雄，周 旭. 基于GPRS的信息采集系統智能終端的設計[J].計算機技術與發展, 2006,12:154-158 　　[5] 楊健，張慧慧.一種面向數據采集系統的網絡接入研究與實現[J].微計算機信息，2006，3-2：137-139。 作者簡介： 　　李敏（1972-），女（漢族），湖北荊州人，博士，教授，長江大學計算機科學學院副院長，碩士研究生導師，目前主要研究方向：嵌入式系統。 　　王憑（1981-），男（漢族），廣東湛江人，長江大學計算機科學學院碩士研究生。 　　白凱（1980-），男（漢族），湖北荊州人，長江大學計算機科學學院講師。