基于PIC18F6720单片机和GR47模块实现GPRS通信系统的设计
引 言
gprs（通用分组无线电业务）是利用包交换的概念发展的一套无线传输方式。gprs网络是基于现有的gsm（全球移动通信系统）网络实现的。在现有的gsm网络中需要增加一些节点，如ggsn（gprs网关支持节点）和sgsn（gprs服务支持节点）。sgsn的主要作用是记录移动终端的当前位置信息，并且在移动终端与ggsn之间完成移动分组数据的发送和接收。ggsn主要起网关作用，可以与多种不同的数据网络连接，如isdn（综合业务数字网）、pspdn（包交换公用数据网）和lan（局域网）等。ggsn可以把gsm网中的gprs分组数据包进行协议转换，从而把这些分组数据包传送到远端的tcp/ip或x.25网络。
gprs网不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，而且其本身就是一个分组型数据网，支持tcp/ip协议，可以直接与internet互通。因此，cprs在无线上网、环境监测便携型、交通监控、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。
1、 gprs通信系统硬件设计
系统采用sony ericsson公司的内部嵌有tcp/ip协议栈的gprs通信模块gr47和pic18f6720单片机，二者的串口均支持rs-232通信标准。
核心设计在于单片机与gr47的连接和软件的编写。pic18f6720单片机具有两个usart（通用异步串行接口），其中一个与gr47模块相连，进行数据和at命令的传输；另一个与终端芯片的串口相连，与终端进行通信。gr47模块外部需要安装天线。如图1所示。
pic18f6720单片机控制gr47模块发送和接收数据，在软件中采用串行口的中断来实现收发数据和转发数据。
1.1 picl8f6720简介
pic18f6720是microchip公司生产的较为高档的单片机。采用3.3 v供电，其大部分指令均为单周期指令，几乎所有的相关硬件配置都映射成特殊寄存器，大大提高了运行速度；具有a，b，c，d，e，f，g这7个可编程的i/o口；内部除了3840b的ram外，还有1024b的eeprom和128 kb的flash存储器；拥有4个定时器和多个中断源及2个中断优先级，有2个usart，功能十分强大，是一款性价比很高的芯片。
1.2 gr47简介
gr47是sony ericsson公司生产的一款双频段gsm900/gsm=1800的通信模块。在此模块基础上，可进行gprs数据传输，具有支持短消息服务等功能。采用3.6 v电压供电；对外可提供多种接口，如天线接口、模拟音频接口、异步串行接口、sim卡接口等，也支持i2c通信；内部集成了tcp/ip协议栈，因此采用此芯片会大大降低微控制器编程工作的难度。
本方案中用到的gr47的端口并不多，对几个重点的连接点作如下说明：
a）串行口td：接单片机的rx2，rd接单片机的tx2。
b）dsr引脚：即datasetready，说明模块准备好接收数据，此引脚经过三极管开关电路与单片机的rb0相连。dsr为高表示处在数据模式，为低表示处在命令模式。
c）dtr引脚：即data terminal ready，说明终端设备准备好接收数据，可以通过控制此引脚电平的高低时间来进行gr47的数据态和命令态的切换。此引脚经过三极管开关电路与单片机的rf2相连。
2 、gprs通信系统软件设计
系统软件采用c语言编写，在mplab环境下编译。由于本系统是远程管理终端的一个模块，因此在程序的编写中要遵守一定的协议，这样才能保证正确通信。程序的主体是如何控制gr47的at命令对gr47进行初始设置和对信息数据的处理。程序总体上可以分为以下几个块：cprs连接的初始设置、短消息的判断处理、无数据传输时的心跳处理、数据判断转发等。主程序是把这些程序块有机结合到一起，相互控制，无限循环。 2.1 连接的建立
gprs模块连接到internet和gprs网络的实现过程如下：
a）单片机软件控制gr47模块开机，等待此模块正常启动。
b）通过单片机和gr47模块连接的串口，向gr47模块写入相应的at设置命令，进行初始化，使模块成功粘附在gprs网络上，获得网络运行商分配的动态ip地址，与目的终端建立连接。
2.2 数据的处理
数据包在数据中心服务器和gprs服务器中的传输是基于ip数据包的，但明文传送ip包不可取，因此大多选用ppp（点对点协议）进行传输，实现通过gprs模块的数据和internet网络的透明传输。gr47内部集成了tcp/ip协议栈，所以用户对ip协议相关的程序就不必编写，可以直接通过gr47传递数据。
a）模块与internet上pc机的数据传输：要求pc机具有公网的ip地址和开放的端口以及监视传输报文的运行软件。这样，模块与intemet传输数据时，报文就会显示。在模块成功联入网络后，单片机只要将要发送的数据通过串口发给gr47，gr47就会把数据转发给相应的ip地址的pc机。
b）短消息数据的处理：gr47具有gsm的功能，可以与手机发送和接收短消息。短消息采用pdu格式，在程序中需要判断短消息的到来和读取短信内容，并根据内容执行相应的功能，最后把结果构造成pdu格式返回给相应的发送者。
c）gprs通信心跳信息：网络连接建立后，在设定周期内无数据通信时，gprs模块向数据服务中心发送心跳信息，数据服务中心收到心跳信息后，回应应答信号。
d）重要数据的存储：程序中把一些重要的常用和易变的数据如计算机服务器的ip地址、端口号、终端地址、sim卡号等存入单片机的eeprom中。需要时从eeprom中读出或向eeprom重新写入数据进行设置。
2.3 主程序流程
主程序由模块函数组成，模块函数由基本函数嵌套组成。主程序流程大致如下：首先进行单片机设置变量的初始化，一般均为0；进行单片机相应配置单元的初始化，比如设定端口方向、没置中断优先级、定时器初始化等；然后由单片机控制gr47的电源，以决定是否开机；待开机成功后，查询网络是否注册成功；成功后即可建立模块与pc机服务器的连接，并进行数据传输和短消息处理；根据需要发送一定格式的心跳信息。见图2。
3、 结束语
本文给出了一种基于单片机和gprs模块的嵌入式无线数据传输终端的实现方案。以单片机应用系统为中心的小型gprs通信系统成本低、设计周期短、便携性好，尤其适用于远程控制和数据传输。
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gprs网不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，而且其本身就是一个分组型数据网，支持tcp/ip协议，可以直接与internet互通。因此，cprs在无线上网、环境监测便携型、交通监控、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。
1、 gprs通信系统硬件设计
系统采用sony ericsson公司的内部嵌有tcp/ip协议栈的gprs通信模块gr47和pic18f6720单片机，二者的串口均支持rs-232通信标准。
核心设计在于单片机与gr47的连接和软件的编写。pic18f6720单片机具有两个usart（通用异步串行接口），其中一个与gr47模块相连，进行数据和at命令的传输；另一个与终端芯片的串口相连，与终端进行通信。gr47模块外部需要安装天线。如图1所示。
pic18f6720单片机控制gr47模块发送和接收数据，在软件中采用串行口的中断来实现收发数据和转发数据。
1.1 picl8f6720简介
pic18f6720是microchip公司生产的较为高档的单片机。采用3.3 v供电，其大部分指令均为单周期指令，几乎所有的相关硬件配置都映射成特殊寄存器，大大提高了运行速度；具有a，b，c，d，e，f，g这7个可编程的i/o口；内部除了3840b的ram外，还有1024b的eeprom和128 kb的flash存储器；拥有4个定时器和多个中断源及2个中断优先级，有2个usart，功能十分强大，是一款性价比很高的芯片。
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本方案中用到的gr47的端口并不多，对几个重点的连接点作如下说明：
a）串行口td：接单片机的rx2，rd接单片机的tx2。
b）dsr引脚：即datasetready，说明模块准备好接收数据，此引脚经过三极管开关电路与单片机的rb0相连。dsr为高表示处在数据模式，为低表示处在命令模式。
c）dtr引脚：即data terminal ready，说明终端设备准备好接收数据，可以通过控制此引脚电平的高低时间来进行gr47的数据态和命令态的切换。此引脚经过三极管开关电路与单片机的rf2相连。
2 、gprs通信系统软件设计
系统软件采用c语言编写，在mplab环境下编译。由于本系统是远程管理终端的一个模块，因此在程序的编写中要遵守一定的协议，这样才能保证正确通信。程序的主体是如何控制gr47的at命令对gr47进行初始设置和对信息数据的处理。程序总体上可以分为以下几个块：cprs连接的初始设置、短消息的判断处理、无数据传输时的心跳处理、数据判断转发等。主程序是把这些程序块有机结合到一起，相互控制，无限循环。 2.1 连接的建立
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a）单片机软件控制gr47模块开机，等待此模块正常启动。
b）通过单片机和gr47模块连接的串口，向gr47模块写入相应的at设置命令，进行初始化，使模块成功粘附在gprs网络上，获得网络运行商分配的动态ip地址，与目的终端建立连接。
2.2 数据的处理
数据包在数据中心服务器和gprs服务器中的传输是基于ip数据包的，但明文传送ip包不可取，因此大多选用ppp（点对点协议）进行传输，实现通过gprs模块的数据和internet网络的透明传输。gr47内部集成了tcp/ip协议栈，所以用户对ip协议相关的程序就不必编写，可以直接通过gr47传递数据。
a）模块与internet上pc机的数据传输：要求pc机具有公网的ip地址和开放的端口以及监视传输报文的运行软件。这样，模块与intemet传输数据时，报文就会显示。在模块成功联入网络后，单片机只要将要发送的数据通过串口发给gr47，gr47就会把数据转发给相应的ip地址的pc机。
b）短消息数据的处理：gr47具有gsm的功能，可以与手机发送和接收短消息。短消息采用pdu格式，在程序中需要判断短消息的到来和读取短信内容，并根据内容执行相应的功能，最后把结果构造成pdu格式返回给相应的发送者。
c）gprs通信心跳信息：网络连接建立后，在设定周期内无数据通信时，gprs模块向数据服务中心发送心跳信息，数据服务中心收到心跳信息后，回应应答信号。
d）重要数据的存储：程序中把一些重要的常用和易变的数据如计算机服务器的ip地址、端口号、终端地址、sim卡号等存入单片机的eeprom中。需要时从eeprom中读出或向eeprom重新写入数据进行设置。
2.3 主程序流程
主程序由模块函数组成，模块函数由基本函数嵌套组成。主程序流程大致如下：首先进行单片机设置变量的初始化，一般均为0；进行单片机相应配置单元的初始化，比如设定端口方向、没置中断优先级、定时器初始化等；然后由单片机控制gr47的电源，以决定是否开机；待开机成功后，查询网络是否注册成功；成功后即可建立模块与pc机服务器的连接，并进行数据传输和短消息处理；根据需要发送一定格式的心跳信息。见图2。
3、 结束语
本文给出了一种基于单片机和gprs模块的嵌入式无线数据传输终端的实现方案。以单片机应用系统为中心的小型gprs通信系统成本低、设计周期短、便携性好，尤其适用于远程控制和数据传输。
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