基于GPRS的汽车远程监控系统的研究[图]

引言

   GPRS英文简称，是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS网络在短消息方面的应用具有不需拨号、价格低廉、传输可靠、覆盖范围广等特点，适用于需频繁传送小流量数据和不宜铺设线路的应用场合。GPRS远程监控系统是利用单片机组成的数据监控系统，通过GPRS网络以短消息的形式完成远程数据的传输，即在传统的单片机数据采集系统中增加支持短消息、数据通信等业务的GPRS模块，并为其分配一个独立的SIM卡，结合单片机系统通过串行通信接口，实现数据的远程无线传输。监控终端可以是PC机，也可以是移动电话或移动终端。
   1 GPRS原理及优点
   1.1 工作原理
   GPRS网是在GSM网的基础上增加以下功能实体构成的：
   服务GPRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）和点对多点服务中心（PTMSC）。系统共用GSM基站，但基站要进行软件更新，并采用新的GPRS移动台：GPRS要增加新的移动性管理程序；通过路由器实现GPRS骨千网互联；GSM网络系统要进行软件更新和增加新的MAP信令和GPRS信令等。
   GPRS骨干网的逻辑结构左如图：
   
图1 GPRS骨干网的逻辑结构
   1.2 优点
   GSM与GPRS两种业务特点的对比如附表所示。
   与GSM电路交换数据传送方式相比较，GPRS具有瞬间上网、永远在线、快速传输、按量计费、自由切换等优点。
   附表 GSH与GPRS两种业务特点的对比

   2 GPRS终端系统设计
   基于对应用场合的需求分析，本文要设计一个基于GPRS网络通信的、采用S12单片机为核心芯片的终端系统，软件系统设计是在“code warrior for HCS12”环境下开发，终端系统采用Motorola公司的MC9S12DG128芯片作为CPU处理器，使用SIMCOM公司最新推出的SIM300模块作为收发数据的GPRS通信模块。
   2.1 单片机模块
   单片机采用摩托罗拉的16位HCS12系列单片机MC9SDG128，它是基于16位HCS12CPU的存储器产品中的中档芯片。片内拥有128KB的Flash E E PROM、8KB的RAM、2KB的E E PROM，同时片上还集成了许多标准模块，包括2个异步串行通信口SCI、2个同步串行通信口SPI、8通道输入捕捉/输出比较定时器、2个10位8通道A/D转换模块（ADC）、１个8通道脉宽调制模块（PW M）、一个数字式字节数据链接控制器（BDL C）、29个独立数字I/O口（（Port A, Port B, Port K andPort E ），其中20个具有外部中断及唤醒功能、兼容CAN2.0A/B协议的5个CAN模块、B软件兼容模块（MSCAN12）以及一个内部IC总线模块；其较高的性能价格比使其非常适合用于一些中高档汽车电子控制系统。同时其较简单的背景开发模式（BDM），也会使开发成本进一步降低，同时也使得现场开发与系统升级变得更加方便。
   实现方法如下：
   （1）复用串口1分别和GPRS模块的TX D0和RX D0连接，PT口的其中6个端口分别接到GPRS模块对应的剩余通信口，通过软件置位完成对SIM300的初始化和控制GPRS模块的收发数据。
   （2）通过串口0扩展外部控制器（例如数据采集端）连接，外部控制器端接出标准串口，按照约好的协议可很容易利用本设计的控制器进行通信。
   2.2 GPRS模块
   SIM300是SIMCOM推出的GSM/GPRS 双频模块，主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。
   SIM300集成了完整的射频电路和GSM的基带处理器，适合于开发一些GSM/GPRS 的无线应用产品，如移动电话、PDA、PCMCIA无线MODEM卡、USB无线MODEM、无线POS 机、无线抄表、无线数据传输业务，无线公用电话、无线商务电话、监控、调度、车载、遥控、远程测量、定位和导航等系统和产品，应用范围十分广泛。
   SIM300模块为用户提供了功能完备的系统接口，用户只需投入少量的研发费用，在较短的研发周期内，就可集成自己的应用系统。用户的主要工作集中在控制系统和人机界面方面。
   DG128控制GPRS模块接收和发送信息，通过标准串口和外部控制器（比如数据采集端）进行数据通信。用软件实现中断，完成数据的转发。
   2.3 通信模块硬、软件设计
   通信模块硬件设计如图2。
   
图2 模块硬件设计图
   GPRS模块通过串口与单片机进行数据传送。在系统中，GPRS模块相当于单片机系统的串口，GPRS的数据相当于单片机系统的串口数据。因此对远程数据的采集就对应了对单片机串口数据的采集。串口采用中断调用。串行口中断服务程序完成数据发送和接收等功能，可接收上位机发送给本系统的各种命令，也可将本报警仪的结果传送给上位机。
   单片机和GPRS发送流程为：在发送数据之前，发送端要给出请求发送RTS，接收端利用这个信号清空接收缓冲区，发送端接收到接收端的允许发送信号CTS。接着接收端发出数据终端准备好信号DTR，发送端的DTR接收到对方的DTR以后，开始在TX D上送出数据。
   CAN通信发送、接受流程如图3。
   
图3 发送和接收流程
   3 结语
   随着通信技术的发展，原有的远程监控系统己日益不能满足多方面的要求，我们需要更低成本的通信方式。
   GPRS远程监控系统利用现有的GPRS网络资源，发挥网络覆盖率高、传输特性好等优势，为现有数据采集系统提供一种便捷的无线数据传输方式，这必将成为工业控制及现场监测等领域的发展趋势，并可广泛应用于交通、安防报警、电力监控、石油、矿山等行业。正是基于以上考虑，本系统中嵌入了GPRS模块，运用它最具优势的短信功能，将采集的数据以短信的方式发送到基站，基站也以短信方式实现对终端的适时监控和管理。