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基于单片机/GPRS的小型采集传输系统设计

作者：张万江 孙凡 刘晓野

来源：《数字技术与应用》2013年第04期

摘要：随着通信技术的不断发展，采用GPRS的通信方式的移动数据通信已经覆盖到了全国各地，其运行稳定，传输距离长，等诸多优点带来了其广阔的市场前景。本文设计了一种基于单片机采集，GPRS DTU模块进行传输的小型系统，对其构造进行了阐述与设计，可以应用于大多数采集无线传输场合。 关键词：GPRS 单片机 TCP/IP

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0159-02 1 引言

51单片机始祖于Intel的8031单片机，随着Flash ROM的发展，51单片机有了巨大的进步，代表型号AT89系列，广泛应用与工业总线控制，测控系统等诸多领域，占有着大量市场，被开发者广泛使用。

随着手机在人们生活中扮演的角色越来越重要，GPRS无线传输的方便快捷性也被人们所称道，人们就希望利用这一技术，实现一些工业，民用的现场控制，达到方便、快捷、无障碍等各方面要求。传统的总线总要收到一些各方面的因素的影响，比如距离不能太长，天气不能太冷等诸多不确定因素。GPRS无线传输，是指GPRS无线通信网络的监控中心，和数据采集终端，建立起一个数据传输的桥梁。GPRS无线Modem，通过拨号的方式联入GPRS网络，从而达到数据采集数据的远程通信。 2 系统方案的总体设计

如图1所示，是单片机采集端的硬件结构框图。大体上分成三个部分：电源部分，AD DA转换部分和MCU单元。MCU采用的是ATMAL公司的AT89C52系列单片机，高性能CMOS8位单片机，片内含 8Kbytes PEROM（可反复擦写的只读程序存储器）和256bytes RAM。其地址，数据总线不引出MCU，具有可靠的抗干扰性能。P3.0和P3.1作为串口通信，通过通信能实现定值修改和回路检测。[1]

P1和P2口可用来扩展IO接口，类似LED显示模块和D/A转换模块。本文对这两个模块不做详细讨论，将对P0口的模数转换，GPRS无线传输终端模块做一些比较详尽的介绍。 3 模数转换的模块设计与分析

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如图2所示，AD转换运用到的模块是ADC0809。引脚功能如下。

（1）IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。（4）VR（+）、VR（-）——正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR（+）=5V，VR（-）=0V；双极性输入时，VR（+）、VR（-）分别接正、负极性的参考电压。（5）ALE——地址锁存允许信号，高电平有效。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。（6）START——A/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。（7）EOC——转换结束信号，高电平有效。（8）OE——输出允许信号，高电平有效。

ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据存入锁存器。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。[2]图3是ADC0809数据转换时序图。可以清楚的看到ALE、EOC、OE、D0-D7的时序变化。其中74HC573是八进制3态非反转透明锁存器，和74HS373功能引脚相近，功能用法不再赘述。 4 GPRS模块选型及使用

GPRS DTU选择天翼通DTU模块，天翼通DTU支持中国移动的GPRS网络，提供高速，永远在线，稳定，透明数据的高品质传输。

其具有如下特点：DTU内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈。提供了RS232串行通信方式，DTU可以将串口上的原始数据，转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原用数据。

DTU内置标准的RS232 DB9头，九针定义1：NC、2：/RXD、3： /TXD、 4：NC、5：GND、6：NC、7：NC、8：NC。电平已经转换成RS232电平。RS232排针，可以用排线电缆，直接连接COM口。虽然串口只使用了235口（RXD口、TXD口、GND口），但不意味着1，4，6，7，8悬空。9脚是悬空状态。未悬空的引脚按照NULL接法连接。

模块启动时，红灯会持续点亮，当进入睡眠状态，红灯熄灭。无SIM卡时、未输入PIN码或者是正在搜索网络过程中，将会快速闪烁。当已经注册网络，将会慢速闪烁。当数据传输中时，将会匀速闪烁。 DTU数据传输方式：

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（1）指令模式传输：事先使用set指令设置必要参数，这些set指令作为set ip/set port/set uid/set pwd，set ip为DTU指定需要连接的远程服务器IP地址（公网地址）；set port是指定服务器接收DTU数据的TCP端口；set uid设定PPP拨号的用户名；set pwd设定PPP拨号的密码。当参数设置完毕后，使用PPP指令，TCP指令，SND指令，TCPCLS指令，PPPCLS指令进行数据传输和关闭网络连接。

（2）透明模式传输：在透明模式下，DTU不接受上面任何指令，也不接受AT指令。DTU上电后将自动连接set指令设定好的服务器。当服务器连接上后，DTU开始在没有数据传输的时候发送心跳包来维持网络连接。此时DTU的串口每收到一个字节的数据，都将被认为是需要传输的数据，而且都通过网络发送到服务器端。当服务器连接失败时，DTU会根据set retry参数来继续连接服务器或者退出该模式。[3]

当DTU暂时没有数据通过GPRS网络的时候，隔一段时间会自动断开GPRS连接，为了防止DTU被网络断开。每隔一段时间，便会发送一个数据包来维持DTU的连接，这个数据包就是我们经常说的心跳包。也就是所说的永久在线。默认心跳包内容有11个字节，格式为HBTxxxxxxxx，xxxxxxxx，即8字节S/N号，方便用户刷新监控。 5 结语

基于单片机/GPRS的无线网络小型采集传输系统，是一种经济廉价，且有效，实用的系统。随着GPRS无线传输技术的完善，更加复杂的监控，传输技术将会被开发和迅速普及。当运用到大型控制目标时，可以将51单片机升级成基于ARM处理器，应用前景十分广阔。 参考文献

[1]郭天祥.51单片机C语言教程.电子工业出版社，2009.6，100-112页. [2]潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.人民邮电出版社，1999.6. [3]GPRS DTU产品简介.LONGWING TECH，2008.2009.3.