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1、三峡大学硕士学位论文基于GPRS的嵌入式数据传输终端的设计与实现姓名：左希庆申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：曾维鲁20050401内容摘要随着信息技术的迅速发展，通信技术和网络技术促使了现场设备的网络化，设备的网络化经历了从有线到无线这样一个过程。随着无线网络的普及，嵌入式系统已越来越重视网络特性。由成本低廉的单片机和无线 Modem 实现采集数据、数据的无线收发以及设备的监控就成为了一种趋势。本文采用 ATMEL 公司的 Atmega128 微控制器作为处理核心，通过 Motorola 的 g20Data Module 实现无线网络的连接。通过该终端实现了对远程智能设备的
2、数据采集、无线数据收发以及无线监控。本论文详细介绍了 GPRS Modem g20 和 Atmega128 芯片构成的嵌入式数据传输终端的软硬件设计过程。关键词：GPRS g20 监控无线嵌入式系统IIAbstractWith the rapid development of information and technology, telecommunication andnetworks make live devices networking. That networking experienced a process from wireto wireless. As the mobile
3、 networks widespread, embedded system has paid more and moreattention to network identity. Using low-cost MCU and wireless Modem to realize datacollecting, sending and receiving and devices supervision has become a kind of trend.Our design used Atmega128 (a set of micro processor of ATMEL company) a
4、s theprocessing center and implemented wireless network connection by Motorola g20.Through that terminal we realized long-distance devices data collecting, wireless datasending and receiving and wireless monitor and control.This paper introduces the process of designing the hardware and software for
5、 datatransmitting terminal made up of GPRS Modem g20 and Atmega128 chip.Keywords: GPRSg20monitor and control wirelessembedded systemIII表格目录表 1.1 RTOS 的作用9表 1.2 GPRS Modem 性能比较10表 2.1 9 针串口功能一览表.20表 2.2 10 针 JTAG 接口定义.24表 2.3 并行 ISP 接口定义.25表 3.1 各种仿真软件比较31表 3.2 RC5 算法参数定义.47表 3.3 常数 Pw、 Qw取值表48插图目录图
6、1.1 已经实现的数据传输终端3图 1.2 SH to MT.6图 1.3 DH to MT.7图 1.4 MH to MT.7图 1.5 比较实用的 GPRS 监控系统8图 1.6 本设计系统示意图10图 1.7 AVR 结构框图.13图 1.8 G20 模块结构图.14图 1.9 G20 网络连接层.15图 1.10 G20 初始化工作流程图16图 2.1 系统硬件框图17图 2.2 通信板框图17图 2.3 通信单元电源原理图18图 2.4 复位电路原理图19图 2.5 串口通信电路原理图19图 2.6 指示灯电路原理图20图 2.7 控制单元硬件框图21图 2.8 控制单元电源部分22
7、图 2.9 MCU 电路图.22V三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：I日期：引言信息技术的迅速发展，带来了设备的网络化，设备的网络化使远程监控、远程数据传输等成为可能。设备的网络化经历了从有线到无线这样一个过程。随着 GPRS 的出现，“嵌入式系统+无线”已成为新的研究热点。传统的技术已经实现了通过有线网络（专用通信
8、线或者互联网）在远方采集现场设备的数据进行远程显示和控制。虽然有线网络可靠性好、速度快，但是存在着成本高、施工布线不方便等一些不利方面，特别是现在有许多企业都存在一些作业点分散于野外，或者环境恶劣，或需要无人职守，或者需要远程传输间断、高频突发的小数据量时，用有线做通信媒介无论从成本或技术上来讲都不太合适，这迅速推动了无线通信技术在工业控制领域的应用和发展。成本低廉的单片机或微控制器已经在各个领域得到了广泛的应用，目前绝大多数设备都是以微控制器为核心，与监测、控制、指示设备配合在一起实现一定的功能。GPRS 的出现，为构建低成本、安全可靠的远程监控网提供了技术支持，其与嵌入式系统的结合更是促使
9、了设备的无线网络化，使设备具有了移动互联网功能，这也就使无线数据传输成为了可能。人们可以通过无线的方式向远程设备发送控制指令，或者相互之间传输数据。在这种形势下，人类的控制领域已经延伸到了世界的各个角落，甚至是人迹罕至的无人地域，人类的视野也真正覆盖了全球。由于用 GPRS 组建工业监控网络有明显的技术和成本优势，因此在最近几年，人们开始热衷于研究基于 GPRS 网络构建的监控系统，并提出了几种接入方式，如：SH(Static Host) to MT(Mobil Terminal)、DH(Dynamic Host) to MT(Mobil Terminal)、以及 MH(Mobil Host)
10、 to MT(Mobil Terminal)等。对应于终端不同的接入方式，终端（MT）的设计复杂度和技术难度也不近相同。SH to MT 这种接入方式中，MT 的设计复杂度最小，但是最不经济；DH to MT 存在监控主机易掉线、以及安全性较差等问题；MH to MT 是最经济的一种接入方式，运作方式较灵活，因为只在移动网络内部进行数据传输，所以其安全性也是最好的，但是其 MT 开发难度较大。采用 MH to MT 接入方式的主要困难是：动态 IP 地址的互访、以及主机掉线后自动重新拨号上线等问题，如果解决了上述问题，构建低成本的 MH-MT 方案就成为可能，并将在许多领域内得到广泛的应用。本
11、课题在研究和设计 MT 时，重点考虑了上述问题，并找到了有效的解决方案，利用 8 位单片机 ATmega128 所提供的系统资源和处理能力，加上 G20 Data Module，通过编写运行在 ATmega128 上的实时 OS，达到控制，以及可靠运行的目的。这一低成本、安全的嵌入式移动监控网络具有美好的应用前景，将在许多领域得到广泛的应用，如；11)工业遥信、遥测、遥控电信行业无人值守机房监控和远程维护（如移动基站、中继站等）城市配电网自动化系统数据传输煤气管道、闸门与加压站监控水文监测气象数据采集与传输等2)金融、零售行业POS机联网ATM联网车载移动银行自动售货机刷卡和商品信息报告等3)公安、交通行业公安移动型数据查询（如身份证、犯罪记录等）交警移动性数据查询（如车辆、司机档案等）城市路口交通信息指示牌信息发布银行运钞车、邮政运输车调度等.21 课题总体设计方案1.1 功能和技术指标1.1.1 本课题所要实现的功能开发出基于 GPRS的嵌入式数据传输终端，适用于以内网方式构建的监控系统，能够满足无线数据的传输以及监控中心对远程终端的监控，在掉线后能够快速重新建立连接。1.1.2 要达到的技术指标1)运行速率：8MHz20MHz，典型运行速率为 16MHz;2)能够运行多任务，满足实时性要求；3)支持 TCP/IP、UDP/IP、PP
