毕业设计(论文)基于ARM内核的GPRS通信装置.doc
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1、毕1 教研组 教研组主任 批准日期 西 安 工 业 学 院毕业设计(论文)任务书一、 毕业设计(论文)课题: 基于ARM内核的 GPRS通信装置 二、 毕业设计(论文)工作自 2005年2月28日起至 2005年6月23日止三、 毕业设计(论文)进行地点: 西 安 工 业 学 院 校 内 四、 毕业设计(论文)的内容要求:作为2.5G移动通信的重要技术之一,GPRS技术具有传输速度快,永远在线、按流量计费等特点,可以有效地解决大范围实时测控系统的数据传输需求。本文利用ARM内核和GPRS技术来实现GPRS通信装置,此装置可以用于各种监控系统等,实时性强,安全可靠,按流量计费,比短消息和其它途径
2、更加经济、合理。设计任务如下:1:了解GPRS的工作原理,数据传输过程;2:掌握ARM嵌入式系统和程序设计;3:熟练了解 SM5100B GPRS模块相关的AT命令集;4:分布编写GPRS测试程序,给出流程,并调试。建议安排:2月下旬3月中旬:查阅GPRS相关资料、熟悉GPRS网络结构;3月下旬4月中旬:了解ARM嵌入式系统;4月下旬5月中旬:研究GPRS数据传输原理,并编程测试;5月下旬6月中旬:整理资料、撰写论文。主要参考资料:1 田 泽.嵌入式系统开发与应用.北京航空航天大学出版社,20052 先锋工作室.单片机程序设计实例.清华大学出版社,20033 李广弟、王秀山.单片机基础.北京航
3、空航天大学出版社,2001负责指导教师: 任务接受时间: 指 导 教 师: 学 生 签 名: 基于ARM内核的 GPRS通信装置摘 要本文对GPRS(通用分组无线业务)技术和ARM微处理器的特点进行了详细的探讨,并根据它们的优点,针对现有的监控系统速度慢、数据丢包、可靠性差的缺陷以及移动目标监控动态范围广、突发性事件多、实时性要求高等特点,采用了一种基于GPRS技术和ARM微处理器系统平台相结合的解决方案,有效的改善了现有的监控系统的弊端。而且该方案的数据传输方式依托中国移动的GPRS网络,数据传输按流量计费、更经济、合理.文章中重点介绍了三个方面的内容:(1)介绍了GPRS系统的基本原理,G
4、PRS系统的特点,GPRS系统提供的业务以及GPRS的应用等。(2)介绍了基于LPC2119 ARM处理器的硬件平台EasyARM2100开发板,以及开发板上的LED数码管显示模块、UART串口通信模块等和SM5100B GPRS模块。(3)结合现有的中国移动GPRS网络,利用ARM微控制器通过串口来控制SM5100B GPRS模块实现模块的入网、数据的传输等。关键词:嵌入式,GPRS网络,ARM,无线模块,数据传输GPRS Communicator Based on ARM KernelAbstractThis paper discussed detailedly the GPRS (Gen
5、eral Packet Radio Service) technology and the ARM microprocessor characteristic and according to their merit, in view of the existing supervisory system has the flaw of speed low, loose the data package, the reliability bad and has the characteristics of the mobile target monitoring has broad ynamir
6、ange , the burst event are many and real time characteristic request high, the passage use the solution based on the GPRS technology and the ARM microprocessor system platform, thus effectivly improvement the malpractice of existing supervisory system.Moreover data transmission way of this solution
7、rely on the GPRS network of China Mobile, and the data transmission charge according to the current capacity , more economically and reasonably.The passage introduced three aspects emphasisly:(1) Introduced the basic principle, characteristic, service, application of the GPRS system, and so on.(2) I
8、ntroduced EasyARM2100 platform based on LPC2119 ARM kernel, as well as the LED numerical demonstration module, UART serial communciation module and SM5100B GPRS module and so on.(3) Uniting existed the GPRS network of China Mobile, using the ARM microcontroller through the serial port to control SM5
9、100B, the GPRS modulemodule realized enterting the net, transmissing the data and so on.Key word: Embeded, The GPRS Network, ARM, Wireless Module, Data Transmission目 录1 绪 论11.1 课题的来源和意义11.2 课题研究的主要内容22 GPRS系统平台32.1 GPRS的特点32.2 GPRS系统平台介绍42.2.1 GPRS系统的基本原理42.2.2 GPRS移动分组数据的路由42.2.3 GPRS网络的逻辑结构及各个功能模块
10、62.2.4 GPRS骨干网络72.3 GPRS系统提供的业务72.3.1 GPRS网提供的承载业务72.3.2 用户终端业务82.4 GPRS的应用、性能及前景82.4.1 GPRS的应用82.4.2 GPRS网络的性能92.4.3 GPRS的市场前景92.5 GPRS模块简介92.5.1 GPRS模块的选择92.5.2 GPRS模块性能参数102.6 GPRS模块(SM5100B)测试报告112.6.1 测试准备条件112.6.2 使用注意事项122.6.3 测试的AT命令集122.6.4 一个完整的短消息接收、发送、删除的示例172.6.5 GPRS数据传输(发送和接收)的一个示例183
11、 系统硬件简介203.1 EasyARM2100开发板简介203.1.1 EasyARM2100开发板说明203.1.2 EasyARM2100开发板的板载资源213.2 LPC2119硬件资源与结构213.2.1 LPC2119硬件概述213.2.2 LPC2119特性223.2.3 LPC2119管脚图233.3 开发板系统相关单元电路简介233.3.1 LED显示电路233.3.2 LED1LED4控制电路243.3.3 串口及MODEM 接口电路253.3.4 开发板与SM5100B模块连接框图254 系统的软件设计274.1 软件开发平台ADS简介274.1.1 ADS简介274.1
12、.2 ADS使用步骤274.2 GPRS数据传输设计方案304.2.1 数据传输方案304.2.2 软件控制流程304.2.3 GPRS初始化流程314.3 开发板EasyARM2100初始化324.3.1 开发板EasyARM2100初始化324.3.2 周边软件设计334.4 SM5100B GPRS模块的初始化354.4.1 Gprs_Connection( )函数实现354.4.2 Gprs_Apn( )函数实现374.4.3 GprsServer_Start( )函数实现384.5 TCP数据传输的程序设计404.5.1 Gprs_Recever( )函数实现404.5.2 Gprs
13、_Send( )函数实现414.5 关键技术及实现434.5.1 串口程序的实现434.5.2 入网的确认434.5.3 TCP数据传输服务启动434.5.4 数据传输的实现435 测试方法、结果及应用445.1 测试方案445.1.1 测试环境445.1.2 测试方法455.2 测试结果475.2.1 功能测试475.2.2 性能测试48结 论49致 谢50参 考 文 献51附录 A 程序代码52附录 B 英文翻译64附录 C 开题报告73附录 D 中期报告771 绪 论1.1 课题的来源和意义在公安、交通、电力、电信、邮政、市政、金融等行业中,经常需要对移动目标进行监控,以进行各种调度管理
14、、救助和资产安全跟踪等。这就需要一个快速、准确、实时的通道。例如银行运钞车、邮政、物流公司运输贵重物品时,希望实时监控车载的位置和状态,进行车辆定位跟踪,以便对突发性事故及时处理;出租车公司需要监控本公司的车辆,以进行交通运输的合理调度,并需要对不可预见的危险进行防范,保证人身及财产安全;航海部门要求监控和定位出海船只,以便发生事故时及时、准确的出海救助等等。为满足这一社会需求,出现了各种基于位置信息技术、用于移动目标的监控系统,广泛应用于国民经济的各个部门这些监控定位系统技术实现上主要有两种方式:(1) 利用模拟无线数据收发模块实现该类监控数据传输的距离主要由发射机的发射功率来决定、所以适合
15、小范围的监控,它的弊端主要有以下几点:u 监控范围受发射距离的限制,监控范围小。u 数据在空中传输,易受各种电磁波和其他干扰,导致监控数据可靠性很低。u 这类收发模块功耗较大,且发射距离越远,功耗越大。u 实时监控,传输大量数据时,数据传输速率很低。(2)利用GSM网络实现 这类监控的通信方式是依托遍布全球的GSM网,它的最大特点是打破了距离的限制,从而可以实现全国乃至全球漫游监控。这类监控主要是利用GSM短消息业务或语音业务进行通信。语音业务就是利用语音信道进行通信,也就是手机通话业务,主要是把各种信息转换成语音信号,然后通过语音信道发送,按时间计费,相对费用较高。所以目前大多数监控是基于短
16、消息业务,短消息业务是利用信令信道传输,是GSM网所特有的,它不用拨号建立连接,直接把要发送的信息加上目的地址发送到短消息中心,由短消息中心再发送给最终的信宿。短消息的收发不影响通话,它的优点在于其无需建立连接,服务费用低。但是它有很多的缺陷:u 由于GSM网络状况、短消息中心容量及各款终端的兼容问题,短消息的发送不能保证100%的成功率,经常会发生丢包现象。利用短消息监控,缺乏一定的安全性。u 根据理论分析之短消息传送时间:上行(车载台GSM基站GSM交换机短消息服务中心叶监控中心),小于1.5秒,下行(监控中心短消息服务中心GSM交换机GSM基站载台)小于5秒。但在实际运行中,随着短消息用
17、户的增多,有些地方短消息中心由于没有扩容,造成短消息的实际传送时间有时候远远大于理论分析值。因而无法做到真正的实时监控,不能很好的满足用户要求,尤其是报警需求。u 编码后单条短消息最大长度为140个字节,可以承载160个英文字符或70个汉字,发送短消息的长度受限。针对现有上述系统的种种不足,在此基础上提出了本课题,本文利用ARM内核和GPRS技术来实现。GPRS技术传输速度快,永远在线,利用GPRS技术实现的各种监控系统等,实时性强,安全可靠,按流量计费,比短消息和其它途径更加经济、合理。1.2 课题研究的主要内容本课题主要实现GPRS终端和服务器端的可靠通信和无线数据传输,将终端数据信息传送
18、到服务器端,服务器端也可发送数据到终端进行控制,并完成数据的接收和发送,如图1.1所示:图1.1 系统的数据流图本文是基于ARM内核和GPRS系统平台实现的,在下面的章节里,将先介绍一下GPRS和ARM硬件系统平台的有关知识。2 GPRS系统平台 GPRS(General packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称,它是第2.5代移动通信系统,是GSM向3G过渡的一个桥梁。GPRS是在GSM系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统。它的基本功能是在移动终端和Internet网络的路由器之间传输分组数据。2.1 GPRS的特点与GSM电路交换相比,GPRS非常重要的
19、优点是引入了分组交换能力。利用GPRS进行数据传输具有:“永远在线”、“按流量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”等优点。(1)接入范围广GPRS是在现有的GSM网上升级,可充分利用全国范围的电信网络,可以方便、快速、低成本的为用户数据终端提供远程接入网络的部署。(2)高速传输传输速率高,数据传输速度可达到57.6kbps,最高可达到115kbps170kbps,是常用有线Modem理想速率的两倍,是当前GSM网络中电路数据交换业务速度的十几倍,下一代GPRS业务的速度甚至可以达到384kbps,完全可以满足用户应用需求。(3)快捷登陆 接入时间短,GPRS接入等待时间短,可快速建
20、立连接,平均耗时为两秒。(4)永远在线 提供实时在线功能。“实时在线”,或叫“永远在线”即用户随时与网络保持联系,即使没有数据传送,终端还一直与网络保持联系,这将使访问服务变得非常简单、快速。(5)按流量计费 用户只有在发送或接收数据期间才占用无线资源,用户可以一直在线,计费方式是按照用户接受和发送数据包的数量,没有数据流量传递时,用户即使挂在网上也是不收费的。(6)切换自如 用户在进行数据传送时,不影响语音信号的接收。数据业务和语音业务的切换有两种方式:自动和手动,具体形式依据不同终端而定。2.2 GPRS系统平台介绍下面介绍一下GPRS网络原理、结构及数据传输等一些基本知识。2.2.1 G
21、PRS系统的基本原理GPRS是在GSM系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统,它采用分组交换技术,能兼容GSM并在网络上更加有效的传输高速数据和信令。图2.1 GPRS系统原理图GPRS采用与GSM相同的频段、相同的频带宽度、相同的突发结构、相同的无线调制标准、相同的跳频规则以及相同的TDMA帧结构。因此在GSM基础上构建GPRS系统时GSM系统中的绝大部分部件都不需要做硬件改动,只需要做软件升级。构建GPRS系统的方法是:在GSM系统中引入三个主要组件,这三个主要组件是SGSN(GPRS业务支持节点)GGSN(GPRS网关支持节点)和PCU(分组控制单元)。SGSN和 GGSN又合称
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