无线通信技术在可穿戴计算机中的应用研究

4 GPRS技术在可穿戴计算机中的应用

4.1GPRS技术概述

通用分组无线业务(GPRS)是在现有的全球移动通信系统(GSM)网络基础上叠加了一个新的网络,它充分利用了现有移动通信网的设备,在GSM网络上增加一些硬件设备并进行软件升级,形成一个新的网络逻辑实体。它突破了GSM网只能提供电路交换的思维定式,以分组交换技术为基础,采用IP数据网络协议,能够提供比现有GSM网9.6kbps更高的数据速率,其数据速率可达170kbps;它可以给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务,包括收发电子邮件、因特网浏览等IP业务功能。

由于GPRS是分组交换技术,应用了统计复用技术,因此GPRS开通的数据通信是按用户数据的传输信息量计费,而不是按传统的按时计费方式,所以对用户而言还可以节省费用。另外,由于GPRS支持X.25协议和IP协议,因此,对于GSM网现有电路交换数据业务(CSD)和短信息业务(SMS),GPRS是补充而不是替代。

GPRS开启了大众移动数据应用的大门。采用GPRS技术,用户可以得到以下好处:只对传输数据收费(实际用量)而对连接间隙不收费;保持永久连接;通过IP的直接ISP接入更廉价;新的应用能够实现真正的插入及操作方案;用户可以即时接入多种服务,如:在上网的同时可以进行语音呼叫;手机的IP功能(互联网、遥测、电子商务等)。

基于可穿戴计算机的可移动性和灵活性,能够与外界进行良好的无线通信成为其必备的功能。因此,笔者为WearComp配备了一个基于GPRS技术的无线网卡。

4.2 USB接口的GPRS Modem的设计

4.2.1 硬件设计

本Modem设计中用到的主要元件包括51系列单片机W77E58、独立的USB接口芯片PDIUSBD12及爱立信公司生产的GPRS模块GM47(如图4所示)。



W77E58是由Winbond公司生产的与51系列兼容的单片机。它支持40MHz晶振频率且缩短了指令周期,具有与51系列兼容的指令集和与80C52兼容的引脚排列,以及32KB的Flash EPROM和1KB的片上SRAM;另外,它所提供的CMOS电平也与GM47模块所提供的CMOS电平完全兼容,无需再进行电平转换。以上这些特性都说明将单片机W77E58用于本Modem的设计是非常合适的。

由PDIUSBD12和W77E58构成的USB接口电路DIUSBD12的8位并行数据接入W77E58的P0口,P2.6作为PDIUSBD12的命令或数据的选择线。PDIUSBD12与W77E58的数据交换采用中断方式(外部中断0)。USB设备通过四线电缆接入主机或USBHub,这四线分别是:Vbus(总线电源)、GND(地线)、D+和D-(数据线)。主机通过D+和D-上的电压变化检测设备的状态。

由GM47模块和W77E58构成的GPRS接口电路:作为一种应用终端模块,GM47通过自带的UART端口与控制它的MCU或PC机联系。在UART端口引脚中,RD(串行数据输出)和TD(串行数据输入)作为数据口分别与W77E58的RXD和TXD连接,而CTS(发送清零)、TS(发送请求)、DTR(数据终端准备好)、DCD(数据有效检测)作为控制口分别与W77E58的P1.0～P1.3连接。这样就完成了GM47与W77E58的通信控制连接。为了实现GPRS的功能,GM47模块还需要完成SIM卡、天线、电源等部分的连接。

4.2.2 软件设计

USB部分:W77E58对PDIUSBD12的控制软件主要完成USB协议处理与数据交换以及其它应用功能程序。在本设计中,要求利用W77E58相对高的处理速度完成可穿戴计算机主机发来的较大数据量的处理(如经压缩过的视频、音频信号等)。

GPRS部分:GM47 GPRS模块的软件部分对外提供了一个控制系统操作的AT指令集,通过接收来自UART的AT指令,解释并执行相应的操作,从而实现无线Modem的对应功能。所有的Modem命令都是从一个特定的指令前缀(AT)开始,到一个命令结束标志结束。以下介绍几个常用的AT指令:

ATD //拨号指令:在后面接电话号码,并可通过MESM、LD等控制字选择号码的来源是机器、SIM卡或是最近所拨号;

ATH //挂起:提示终止通话;

ATO //返回至在线数据模式:在通话过程中从在线控制模式转换到在线数据模式;

AT+CGATT //是移动终端进入或离开GPRS服务(后接′′1′′为进入,′′0′′为离开);

AT+CGDATA //进入数据状态:利用PPP等协议完成将移动终端连接到网络上的操作;

AT+CGEREP //GPRS事件报告;

AT+CDREG //GPRS网络登记状态。

GM47模块还提供了很多其他指令,这些指令为实现该模块强大的功能奠定了基础,也为众多应用开发人员提供了优良的开发平台。