基于GSM／GPRS的无线数据采集系统

GSM是目前全球最成熟的数字移动通信标准，它具有模拟移动电话系统无可比拟的保密性和抗干扰性、音匝清晰通话稳定，并具备容量大、频率资源利用率 高、接口开放、功能强大等优点。我国目前已建成了覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众陆地移动通信网的主要方式。它提供多种业务．主要有话音 业务、短消息业务，数据业务等，选择哪一种业务传进终端采集的数据对整个系统的性能有很大的关系。

1、远程通信方案

GSM／GPRS 无线数传监视和控制系统为一个点到多点的远程无线双向数据通信和控制系统。系统由数据采集终端和监控中心两部分组成，其数据监控指挥中心由计算机网络，数 据库和GSM／GPRS通信接口组成，主要负责各种信息和数据的收发和整理工作：一方面，接收各个监控点上传的信息和数据，并把它们放人相应的数据库和分 发给相应的监控计算机，以实现对各个监控点的监控和管理；另一方面，监控中心响应监控计算机发出的对各个监控点的控制信息，并且把这些信息下发到相应的监 控点上，从而达到对监控点设备进行控制的目的。

2、嵌入式系统选择

系统的任务就是希望实现嵌人式系统完成数据采集和利用无线移动网进行远程数据传输的功能。概括而言，此嵌人式系统的目标是：

• 对多路模拟信号进行实时检测井进行数据处理，将结果保存到指定的缓冲区内等待进一步址理。为了提高系统的扩展性和通用性，设计对l6路信号进行检测．其中8路信号转换精度为1O位，另外8路信号转换精度为16位。

• 提供标准的gS252串口来进行GSM／GPS模块的配置，包括数据传输所用串口的速率，通讯格式及信号质量检测等初始设置，实现数传功能。

• 数据传输协议的确定及实现。

系统框图的确定

按照上述系统方案得到的系统框架如图1、图2所示。

图1 数据采集终端系统框

图2 GSM／GPRS监控中心系统框

3、系统硬件设计

3.1 数据采集模块硬件设计

数据采集模块最为主要的目的就是将传感器所采集到的模拟信号转换成单片机可以处理的数字信号，然后将数据处理等待发送。系统拟定对16路信号进行采集，其中，8路信号精度要求为10位AD采集、8路信号精度要求为16位AD采集。

为 了满足两类数据采集精度的要求和控制系统成本，必须选用两种类型的模／数(A／D)转换芯片。考虑到性价比和整体设计的可靠性，10位AD转换选用内部自 带10位ADC的单片机，因而选择AVR的高端单片机Atmeag128L，16位AD转换选用MAXIM 公司的MAX1 132。

3.2 无线通信模块硬件设计

(1) GSM／GPRS引擎模块

GSM 引擎模块提供的命令接口符合GSM07．05和GSM07．07规范。GSM07．07中定义的AT Command接口提供了一种移动台(Ms)与数据终端设备(DTE)之间的通用接口，GSM07．05对短消息作了详细的规定。在短消息模块收到网络发 来的短消息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向短消息模块传送各种命令。

MC35i是西门子公司的第一款GPRS模块，它的 接收速率可以达到86．20kbps，发送速率可以达到21．5kbps，当然最大的数据吞吐量还依赖于GPRS网络支持。MC35i也支持GSM900 和GSM 1800双频网络。它为远程测量和监控提供了一个理想的解决方案，因此采用此模块。

(2) 数据通信电路

数据通信 电路主要完成与PC机通信、短消息收发、软件流控制等功能。串行接口是控制单元和MC35i模块进行连接的通道，也是利用AT指令控制MC35i及进行通 信数据传输的关键。从系统的总体方案分析，按终端和监控中心具有不同的控制单元，需要考虑两种用户通信环境及相应的硬件电路设计与选择。

• 在监控中心， 以计算机为控制单元，由于计算机内部的RS一232接口多数采用士12V供电的接口芯片，而MAX232的RS一232接口都是采用单电源(+3．3V或 +5V)供电，由内部的电荷泵电路(倍压和倍压反相两种方式)产生接口所需的电源，这样就简化了电源设计。因此，在监控中心端，接收数据电路选择 MAX232作为接口电路芯片。

• 在数据采集终端中，以单片机为控制单元，单片机使用TTL电平，SP3238是+3.0V +5．5V的RS232转换器。它可以完成TTL电平与RS232电平之间的转换及串口通信功能；具有低功耗、高数据速率、增强型ESD保护等特性。

从通用性考虑，终端的设计同时满足监控中心和采集终端的需要。因此，数据通信电路以TI公司的MAX232及sP3238芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能。

4、软件设计

4.1 MC35i模块AT指令及其应用

在由ESTI(欧洲电信标准协会)制订的SMS／GPRS规范中，与短消息收发有关的规范主要包括GSM 03．38、GSM03．40和GSM 07．05。前二者着重描述SMS的技术实现(含编码方式)，后者则规定了SMS的DTE-DCE接口标准(AT命令集)。

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