基于GPRS的嵌入式Internet设备

随着国民经济的持续发展，Internet技术已经深入到人们的生活之中。在工业监控系统、智能仪器、安防系统等很多场合存在的大量电子设备都有接入Internet的需求。因为，通过接入Internet，可以在Internet网络到达任何地区实现对设备的远程控制、远程维护等操作。Internet技术与嵌入式系统相结合可称之为嵌入式Internet技术。目前广泛使用的8、16位的单片机系统硬件资源有限，在其上实现Internet协议比较困难。如何使这些大量存在的嵌入式设备上网，已经成为业界关注的热点。

目前，比较成熟的几种解决方案有：1、单片机＋硬件协议芯片＋以太网接口控制芯片。2、代理方式。即通过轻量型网络技术(如RS232、RS485、CAN总线)将多个嵌入式设备接入作为代理的PC机，利用PC机与外部Internet通讯。3、高性能CPU＋实时操作系
统＋以太网接口控制芯片。以上3种方式均是采用有线方式接入Internet。

通用分组无线业务(GPRS)是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务。它提供了基于IP的服务，可以与外部分组数据网络(如Internet )互联互通，而GPRS网络可以视为Internet的无线延伸，附着于GPRS网络的移动台(MS)也就相当于局域网内的主机。因此，MS可以与Internet上的主机进行通讯，如网页浏览、数据下载等。GPRS网络理论上最大传输速率可达171.2kbps。

在监控系统领域中，如江河中用于测试水位的浮标、移动送货车等情况,需要给监控中心传输自身采集到的数据，并接受监控中心的指令，此类应用不适合采用有线接入Internet的方案。针对此类情况，本文设计了一种基于GPRS网络的无线接入Internet的解决方案。

图1 给出了一个典型的基于GPRS网络的无线监控系统示意图。监控中心通过数字数据网(DDN)专线与Internet互联，具有固定的IP地址。远程设备由数据终端设备(DTE)和具有GPRS功能的数据传输设备(DCE)组成，DTE与DCE之间通过RS232通讯。DCE接入GPRS网络后，透明收发数据，从而实现将DTE接入Internet，与监控中心之间的通讯功能。



图1 典型的基于GPRS的无线监控系统

硬件实现

本系统采用了基于ARM核的微处理器S3C44B0X作为CPU，外部扩展了516Kbyte的Flash和1Mbyte的SRAM，采用西门子公司的MC35作为GPRS通讯模块。电源部分采用LM2596、TPS7133、TPS76325芯片，实现了宽电平4.5V至40V输入，输出4.2V、3.3V、2.5V，分别对MC35和CPU供电。采用串口电平转换芯片MAX3221进行电平转换。同时，采用看门狗芯片TPS3705来提高系统的抗干扰性。

下文介绍了系统的主要硬件功能：

SRAM用作临时数据交换区，亦用作运行整个程序。

软件部分实现

本GPRS数据传输装置要达到以下功能：系统以GPRS业务为主要通讯方式，以SMS和USSD为备份通讯方式，数据透明收发，系统具有高可靠性和实时性。

使用MC35模块实现GPRS业务的数据传输，需要在用户侧实现PPP等上层协议，发送数据时，设备从RS232接口处接收到欲发送的用户数据，经协议处理模块封装后发送到无线界面上。接收数据时，从无线界面上接收到数据帧，经协议处理模块拆封后，提取用户数据发送给RS232接口。

本文软件采用了在mC/OS-II实时嵌入式操作系统下编程实现GPRS功能。mC/OS-II下编程，就是将应用划分成多个任务来具体实现，并给任务分配唯一的优先级。任务间可以通过信号量、邮箱和队列等机制进行通讯。mC/OS-II的详细介绍可以参考资料。



图2 mC/OS-II下接收GPRS数据帧示意图   

根据模块功能不同，分六个部分介绍软件的具体实现：

结语

本文所实现的GPRS数据传输设备运用于路灯监控系统中，系统运行良好，能够满足无线监控需要。与同类产品相比较，本系统具有在线检测、掉线重拨功能以及GPRS、SMS以及USSD多种通讯方式。本设备在无线监控、信息家电及远程抄表等领域应有广泛的应用前景。