微控制器的GPRS无线上网方案

引言

微控制器以其体积小、功耗低、使用方便等特点，广泛应用于各种工业、民用的嵌入式系统中；而随着互联网（Internet）的兴起与普及，使微控制器通过互联网传送数据就变得非常有意义。目前使微控制器上网的解决方案一般有两种：一种是采用微控制器驱动网卡，通过以太网连接Internet；另一种是使微控制器直接驱动调制解调器（MODEM）通过电话线向ISP拨号上网。这两种方案的缺点在于都要使用有线的网络，无法应用于在边远地区或可移动系统中。
针对这一问题，本文提出一种基于GPRS的微控制器上网的解决方案，即在微控制器中实现PPP协议，并通过驱动GPRS模块经过GPRS无线网连接到Internet实现上网。这种方案的优点在于：① 覆盖面广，适用于广大偏远地区；② 无线上网，适用于可移动目标；③使用廉价的微控制器实现简单、成本低；④ 安装简便，维护方便。

1  GPRS技术及其特点

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式。与原有的GSM比较，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势：通过多个GSM时隙的复用，支持的数据传输速率更高，理论峰值达115kb/s；不同的网络用户共享同一组GPRS信道，但只有当某一个用户需要发送或接收数据时才会占用信道资源。这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用无线网络信道资源，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输，很好地适应数据业务的突发性特点；GPRS计费方式更加灵活，可以支持按数据流量来进行计费；与无线应用协议（WAP）技术不同，GPRS能够随时为用户提供透明的IP通道，可直接访问Internet中的所有站点和资源；采用信道复用技术，每一个GPRS用户都能够实现永远在线；另外，GPRS还能支持在进行数据传输的同时进行语音通话等等，而且相对于短消息等其它无线数据通信业务，GPRS的价格优势比较明显。目前，我国移动推出的GPRS上网业务最高每千字节也只有3分钱，而且用户可以根据自己的需要，以月租、包月等多种形式进一步降低GPRS通信的费用。

因此使用GPRS实现远程数据的传送是非常经济实用的，特别是对于不易架设有线网络的边远地区和可移动装置。

2  硬件连接和GPRS模块设置

通过GPRS网进行数据传输一般需要使用GPRS模块。目前，GPRS模块一般是指带有GPRS功能的GSM模块，可以利用GPRS网进行数据通信。其中比较流行的有法国Wave公司的WISMO系列和西门子公司的S系列等等。WAVECOM的WISMO模块接口简单、使用方便且功能非常强大，它与微控制器、SIM卡、电源之间的连接如图1所示。

图1  GPRS模块的硬件连接图

其中GPRS模块与微控制器间是通过串行口进行通信的，通信速率最快可以达到115 200b/s。模块与控制器间的通信协议是AT命令集，其中大部分命令是符合协议"AT command set for GSM Mobile Equipment (ME) (GSM 07.07 version 6.4.0 Release 1997)"的，但也有一些是Wavecom自己定义的AT命令。除了串口发送（TX）、串口接收（RX）之外，微控制器与GPRS模块之间还有一些硬件握手信号，如DTR、CTS、DCD等。为了简化微控制器的控制，硬件设计时没有使用全部的硬件握手信号，而只使用数据载波检测（Data Carrier Detect, DCD）和终端准备（Data Terminal Ready, DTR）信号。DCD信号可以检测GPRS模块是处于数据传送状态还是处于AT命令传送状态。DTR信号用来通知GPRS模块传送工作已经结束。

硬件连接完成后，在进行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：① 设置通信波特率，可以使用AT+IPR=38400命令，把波特率设为38 400b/s或其它合适的波特率，默认的通信速度为9600b/s。② 设置接入网关，通过AT+ CGD CONT=1, "IP", "CMNET"命令设置GPRS接入网关为移动梦网。③设置移动终端的类别，通过AT+CGCLASS="B"设置移动终端的类别为B类，即同时监控多种业务；但只能运行一种业务，即在同一时间只能使用GPRS上网，或者使用GSM的语音通信。④ 测试GPRS服务是否开通，使用AT+CGACT=1,1命令激活GPRS功能。如果返回OK，则GPRS连接成功；如果返回ERROR，则意味着GPRS失败。这时应检查一下SIM卡的GPRS业务是否已经开通，GPRS模块天线是否安装正确等问题。（其它相关的AT命令请参阅文献3。）

中国移动在GPRS与Internet网中间建立了许多相当于ISP的网关支持节点（GGSN），以连接GPRS网与外部的Internet网。GPRS模块可以通过拨"*99***1#"登录到GGSN上动态分配到Internet网的IP地址。其间GPRS模块与网关的通信要符合点对点协议（Point to Point Protocol, PPP），其中身份验证时用户名、密码都为空。使用PPP协议登录上之后，就可以通过GGSN接上Internet了。

3  软件整体结构

3.1  软件层次结构

程序中的所有代码都是由C语言编写的，并采用分层的结构，从底到上分别为：串口驱动层、GPRS模块驱动层、PPP协议层、IP协议层、UDP协议层与应用层。上层函数的实现需要应用到底层函数，而底层函数的任务就是为上层函数提供服务，最终完成应用层任务——传送数据。各层的主要函数如图2所示。

图2  软件层次结构

3.2  驱动程序编写

首先是串行口驱动层。它实现打开串口（OpenComm）、关闭串口（CloseComm）、读串口数据（ReadComm）、写串口数据（WriteComm）等函数。例如WriteComm函数向串口发送一个字节的数据，而transmit函数向串口发送一个字符串的数据：

void WriteComm(char c){
　　ES = 0;
　　SBUF = c;
　　while(TI==0);
　　TI=0;
　　ES = 1;
}
void transmit (char *data) {
　　Delay (250);
　　while (*data) {
　　　　WriteComm (*data++);
　　}
}

作者：清华大学 黄承安 张跃   来源：伟纳电子