GPRS技术的沿岸海洋机动调查测量数据传输系统的研究

2 系统软硬件设计
2．1 软件部分
首先需制定合理规范的数据通信传输格式，实现数据标准化共享。需要制订的数据格式主要有：单片机对数据处理后存储、加密格式及压缩后通过串口进入GPRS模块的数据格式；打包传输格式；数据处理终端对采集设备控制命令(如加密观测的设置及解除、回补发送)格式，采集端对命令的应答格式；数据存储格式等。软件系统具有如下功能：采集端应用模块对数据的采集、处理、存储、发送；GPRS模块对应用模块发送数据格式的识别、打包发送及对下传指令的识别执行；数据中心IP地址和端口设置，上网指令，数据接收、存储和管理；状态检测及对采集端设备发送控制指令。图2为系统软件流程图。

单片机通信控制单元是数据采集、传输子系统的核心部分，它通过AT指令实现对短信收发模块的控制，把数据以短消息的形式送至远程监控中心，并通过接收到的控制字符采取相应的控制动作。为了实现短消息的收发和系统的控制与管理，可通过设定特征字符的方法实现通信控制模块和短信收发模块之间的数据传输。通信控制模块通过串行口与GSM模块进行数据传输。开机后单片机初始化，通过串口向通信模块发送AT命令，对其进行正确配置。此模块工作时，如果接收到GSM模块传送的数据，便进入串口中断服务程序。在中断服务程序中，对接收到的数据进行检测，如果检测到某一特征字符便调用相应的子程序。单片机部分程序如下所示：


2．2 硬件部分
硬件部分主要是GPRS通信接口电路的设计，GPRS通信接口电路原理图如图3所示。

GPRS通信接口电路主要由三部分组成：电平转换电路、单片机控制电路和GPRS通信模块电路。电平转换电路实现将输入电平转换为各功能模块所需电平。单片机控制电路主要完成控制电压转换，与GPRS通信模块和采集电路进行异步串行通信等任务。无线通信模块的功能是接收和发送各种指令。单片机接收采集电路指令，控制GPRS发送数据，GPRS通信模块将包括数据信息在内的GPRS分组和专用APN信息经基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN)，SGSN与GPRS网关支持节点(GGSN)进行通信，GGSN对分组数据进行相应的处理，再经Internet路由至监控中心，同时，来自监控中心的命令，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到GPRS通信模块，由单片机向底层采集电路发送控制指令，完成校时、状态监测、提取数据等任务。
控制模块电路是整个系统的核心，因此控制芯片的选择尤为重要，选型时，既要考虑到芯片的功耗，又要满足所需的功能，设计中采用Atmel公司研制的ATmega128L微控制器，它采用低功耗CMOS工艺生产，基于RISC结构，具有片内128 KB的程序存储器(FLASH)、4 KB的SRAM和4 KB的E2PROM，2个8位和2个16位硬件定时／计数器，JTAG、SPI等接口，而且它可以在多种不同模式下工作，除了正常操作模式外，还具有六种不同等级的低能耗操作模式，掉电时电流小于25μA，2个异步通信串行口实现分别与通信模块和采集电路功能，完全满足设计需要。
无线通信模块选择Siemens公司的MC55模块，此模块被誉为当今世界上最具价值、尺寸最小的三频GSM／GPRS模块，除具有普通的GSM模块的通话、短信、电话簿管理、CSD(电路交换数据)传输等功能和无线MODEM的GPRS连接功能外，内置完整的TCP／IP协议栈，不仅支持SOCKET连接下的TCP／UDP数据传输，还支持HTTP，FTP，SMTP，POP3等上层应用协议。图4为MC55模块原理框图。

由于通信模块工作电压典型值为4．2 V，而单片机工作电压典型值为5 V，因此需要将5 V电压转换为4．2 V。在电路设计中，选用MICR EL公司的MIC29302BU芯片。此芯片具有高电流，高精度，快速的瞬态响应等特点，同时对过流、输入极反向、反插引脚，高温状态具有保护功能。转换电路的外部结构简单，只要几个电阻和电容就可以输出稳定的电压值。电路图如图5所示。

GPRS通信模块启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。模块上电10 ms后(电源电压须大于3 V)，为使之正常工作，必须在IGT引脚加时长至少为100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间小于1ms。启动后，IGT的信号应保持高电平。在设计中，利用单片机的I／O引脚实现对IGT引脚的控制。

通信模块串口的工作电压并不满足TTL电平标准，高电平仅为2．65 V，因此需要在串口信号的TXD和RXD的两个引脚上，利用三极管进行电压调节，将单片机串口输出的TTL电平信号调整到通信模块串口电压。单片机与MC55串行通信电路如图6所示。

3 结语
本文只是探究了远程数据传输的终端和监控中心的设计，对数据采集部分没有涉及。在后期的研究中，可