引言
微控制器" title="微控制器">微控制器以其體積小、功耗低、使用方便等特點，廣泛應用于各種工業、民用的嵌入式系統中；而隨著互聯網" title="互聯網">互聯網（Internet）的興起與普及，使微控制器通過互聯網傳送數據就變得非常有意義。目前使微控制器上網的解決方案一般有兩種：一種是采用微控制器驅動網卡，通過以太網連接Internet；另一種是使微控制器直接驅動調制解調器（MODEM）通過電話線向ISP撥號上網。這兩種方案的缺點在于都要使用有線的網絡，無法應用于在邊遠地區或可移動系統中。
針對這一問題，本文提出一種基于GPRS" title="GPRS">GPRS的微控制器上網的解決方案，即在微控制器中實現PPP協議，并通過驅動GPRS模塊經過GPRS無線網連接到Internet實現上網。這種方案的優點在于：① 覆蓋面廣，適用于廣大偏遠地區；② 無線上網，適用于可移動目標；③使用廉價的微控制器實現簡單、成本低；④ 安裝簡便，維護方便。
1 GPRS技術及其特點
GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業務的簡稱，是在GSM基礎上發展起來的一種分組交換的數據承載和傳輸方式。與原有的GSM比較，GPRS在數據業務的承載和支持上具有非常明顯的優勢：通過多個GSM時隙的復用，支持的數據傳輸速率更高，理論峰值達115kb/s；不同的網絡用戶共享同一組GPRS信道，但只有當某一個用戶需要發送或接收數據時才會占用信道資源。這樣，通過多用戶的業務復用，更有效地利用無線網絡信道資源，特別適合突發性、頻繁的小流量數據傳輸，很好地適應數據業務的突發性特點；GPRS計費方式更加靈活，可以支持按數據流量來進行計費；與無線應用協議（WAP）技術不同，GPRS能夠隨時為用戶提供透明的IP通道，可直接訪問Internet中的所有站點和資源；采用信道復用技術，每一個GPRS用戶都能夠實現永遠在線；另外，GPRS還能支持在進行數據傳輸的同時進行語音通話等等，而且相對于短消息等其它無線數據通信業務，GPRS的價格優勢比較明顯。目前，我國移動推出的GPRS上網業務最高每千字節也只有3分錢，而且用戶可以根據自己的需要，以月租、包月等多種形式進一步降低GPRS通信的費用。
因此使用GPRS實現遠程數據的傳送是非常經濟實用的，特別是對于不易架設有線網絡的邊遠地區和可移動裝置。
2 硬件連接和GPRS模塊設置
通過GPRS網進行數據傳輸一般需要使用GPRS模塊。目前，GPRS模塊一般是指帶有GPRS功能的GSM模塊，可以利用GPRS網進行數據通信。其中比較流行的有法國Wave公司的WISMO系列和西門子公司的S系列等等。WAVECOM的WISMO模塊接口簡單、使用方便且功能非常強大，它與微控制器、SIM卡、電源之間的連接如圖1所示。
圖1 GPRS模塊的硬件連接圖
其中GPRS模塊與微控制器間是通過串行口進行通信的，通信速率最快可以達到115 200b/s。模塊與控制器間的通信協議是AT命令集，其中大部分命令是符合協議“AT command set for GSM Mobile Equipment (ME) (GSM 07.07 version 6.4.0 Release 1997)”的，但也有一些是Wavecom自己定義的AT命令。除了串口發送（TX）、串口接收（RX）之外，微控制器與GPRS模塊之間還有一些硬件握手信號，如DTR、CTS、DCD等。為了簡化微控制器的控制，硬件設計時沒有使用全部的硬件握手信號，而只使用數據載波檢測（Data Carrier Detect, DCD）和終端準備（Data Terminal Ready, DTR）信號。DCD信號可以檢測GPRS模塊是處于數據傳送狀態還是處于AT命令傳送狀態。DTR信號用來通知GPRS模塊傳送工作已經結束。
硬件連接完成后，在進行GPRS上網操作之前，首先要對GPRS模塊進行一定的設置。主要的設置工作有：① 設置通信波特率，可以使用AT+IPR=38400命令，把波特率設為38 400b/s或其它合適的波特率，默認的通信速度為9600b/s。② 設置接入網關，通過AT+ CGD CONT=1, “IP”, “CMNET”命令設置GPRS接入網關為移動夢網。③設置移動終端的類別，通過AT+CGCLASS=“B”設置移動終端的類別為B類，即同時監控多種業務；但只能運行一種業務，即在同一時間只能使用GPRS上網，或者使用GSM的語音通信。④ 測試GPRS服務是否開通，使用AT+CGACT=1,1命令激活GPRS功能。如果返回OK，則GPRS連接成功；如果返回ERROR，則意味著GPRS失敗。這時應檢查一下SIM卡的GPRS業務是否已經開通，GPRS模塊天線是否安裝正確等問題。（其它相關的AT命令請參閱文獻3。）
中國移動在GPRS與Internet網中間建立了許多相當于ISP的網關支持節點（GGSN），以連接GPRS網與外部的Internet網。GPRS模塊可以通過撥“*99***1#”登錄到GGSN上動態分配到Internet網的IP地址。其間GPRS模塊與網關的通信要符合點對點協議" title="點對點協議">點對點協議（Point to Point Protocol, PPP），其中身份驗證時用戶名、密碼都為空。使用PPP協議登錄上之后，就可以通過GGSN接上Internet了。
3.1 軟件層次結構
程序中的所有代碼都是由C語言編寫的，并采用分層的結構，從底到上分別為：串口驅動層、GPRS模塊驅動層、PPP協議層、IP協議層、UDP協議層與應用層。上層函數的實現需要應用到底層函數，而底層函數的任務就是為上層函數提供服務，最終完成應用層任務——傳送數據。各層的主要函數如圖2所示。
圖2 軟件層次結構
3.2 驅動程序編寫
首先是串行口驅動層。它實現打開串口（OpenComm）、關閉串口（CloseComm）、讀串口數據（ReadComm）、寫串口數據（WriteComm）等函數。例如WriteComm函數向串口發送一個字節的數據，而transmit函數向串口發送一個字符串的數據：
void WriteComm(char c){
ES = 0;
SBUF = c;
while(TI==0);
TI=0;
ES = 1;
}
void transmit (char *data) {
Delay (250);
while (*data) {
WriteComm (*data++);
}
}
然后，在這些串口函數的基礎上編寫GPRS模塊的驅動函數。微控制器通過串行口控制GPRS模塊，進行撥號、設置等操作。控制的方法是采用AT命令。在控制GPRS模塊撥打移動夢網GGSN的登錄號碼“*99***1#”之后，GPRS模塊就轉入在線模式（On-Line）。此時微控制器向串行口發送的所有數據都透明地傳送給了GGSN，同樣GGSN的回答也傳回單片機的串行口。當數據傳送完成后，微控制器需要通知GPRS模塊結束會話，并從在線模式轉回普通的命令模式，這可以通過置高DTR線完成。同時，如果線路由于異常斷開，CD線會回復到平常的低電平，所以處于在線模式下也要不斷檢測CD線是否處于高電平。根據這些操作，可以編寫GPRS驅動函數：初始化GPRS模塊函數(GPRSInit)、撥號函數(GPRSDial)、斷開連接函數(GPRSHangup)、檢測是否處于在線狀態函數(GPRSOnline)。其中，GPRS的撥號和掛斷代碼如下：
BYTE GPRSDial (void) {
signed char delayCount = 80;
transmit ("ATV0\r"); // 要求返回數字表示的回答
if (!Waitfor ("0", 30)) { // 等待 OK 回答
return -1;
}
DTR_ON;
transmit ("ATD*99***1#\r"); // 撥GGSN的號碼
GPRSBuffFlush (); // 清空buffer
// 等待回答
while ((!GPRSBuffNotEmpty()) && (--delayCount > 0)) {
Delay (250);
}
if (delayCount) {
return GPRSGetch (); // 返回回答的數字
}
return -1; // 沒有返回，錯誤
}
void GPRSHangup (void) {
DTR_ON; // 置高DTR
Delay (40); // 保持一定時間
DTR_OFF; // 完成連接的斷開
}
這些底層的驅動函數將會使上層協議的編寫很方便，更重要的是，它為我們提供了一個驅動抽象層。當底層硬件做出改動的時候，只需要對底層的驅動函數進行改動，而上層函數的代碼不變。