Abstract： With the development of digital technology, radio communication technology is rapidly developing. GPRS is called general packet radio service, it is the 2.5th generation of mobile communication system, and is one kind of new technology which based on GSM. GPRS adopts the packet switching technology; its core network layer adopts IP technology; the first layer can use many transmission technologies, and offer connection with the existing data network. The GPRS application scope is very broad, which can use to develop Internet, mobility management and wireless monitoring and so on. This article mainly aims at GPRS application in the wireless monitoring data transmission, and brings forward one kind jumped-up design based on the GPRS technology in the embedded data acquisition system. The design uses Internet access function based on GPRS, and establishes the central server on Internet to communicate with GPRS terminal equipment. So, it can implement data real-time collection and transmission.
Key words：GPRS; wireless monitoring; data acquisition; embedded system

远程监控技术的出现，是计算机网络技术与故障监控技术相结合的必然结果。早期远程监控技术是非实时非在线监控方式，而现代远程监控技术是实时在线监控方式，借助于计算机、互联网和通信技术，操作者可以依靠安装在现场的各种传感器及音视频设备，便可随时了解现场的情况，对现场进行监控、诊断与控制。远程监控技术的模式是与通信技术的发展密不可分的，伴随着通信技术的发展，出现了三种远程监控模式：（1）人工远程监控。这种方式无法实现实时在线监控，存在很多弊端，这是比较原始的方式。（2）有线网络远程监控。这是现代一种远程监控模式，它将现场各个采样点通过通信线连成网，但这种方式在网络铺设上投资巨大，而且受距离限制，各数据点之间的距离越远铺网的投资就要上升，主要是由于需要增设路由器。（3）无线网络远程监控。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GPRS数据业务通过Internet进行通信。利用GPRS进行远程监控，通信速度快，建设和运行成本低，因而具有广阔的前景。
1、GPRS简介
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，是在GSM的基础上发展起来的一种技术。GPRS采用分组交换技术，其核心网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，提供了与现有数据网的连接。GPRS是GSM Phase 2+ 引入的非常重要的内容之一，利用GPRS进行数据传输具有：“永远在线”、“按流量计费”、“快捷登陆”、“自如切换”等优点。图1是GPRS系统原理图。
 
图1  GPRS系统原理图
（其中：SGSN：GPRS业务支持节点；PCU：分组控制单元；GGSN：GPRS网关支持节点；PDN：分组数据网。）
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，只需作软件升级。构建GPRS系统的方法是：（1）在GSM系统中引入三个主要组件，这三个主要组件是SGSN、GGSN和PCU，SGSN、GGSN又合称GSN（GPRS支持节点）。（2）对GSM系统中的相关部件进行升级。
2、嵌入式系统概述
嵌入式系统被定义为以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件相结合，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，目前已经有大量的8，16，32位嵌入式微控制器在应用中，成为提高生产效率和产品质量、减少人力资源的主要途径，如制药工业过程控制、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等。随着嵌入式系统的发展和应用的多样性，对嵌入式软件的要求也发生了相应的变化，主要有以下几点：1）操作系统的支持；2）多任务且具有实时性；3）强大的联网功能；4）窗口交互功能。
随着计算机技术的不断扩大，许多新型应用的不断涌现，汽车、电视、电话及游戏机的芯片都需要操作系统和应用程序，这为嵌入式系统提供了更广阔的发展舞台。嵌入式系统在办公设备，建筑物设计，制造和流程设计，医疗，监视，卫生设备，交通运输，通信，金融银行等系统中也有着广泛的应用。
3、基于GPRS嵌入式数据采集系统得过硬件总体设计方案
系统由微控制器W77E58，GPRS模块电路，电源模块，时钟电路和RS232电平转化电路组成。系统硬件结构如图2所示。微控制器通过串口0扩展232标准串口与采集设备、PC机或含有232接口的传感器模块进行通讯。串口1直接与GPRS模块相连，完成对Q2406B的初始化以及与GPRS网络的协商。
 
图2  系统硬件结构
SIM300C是英国SIMCOM公司生产的一款具备GSM/GPRS 900/1800/1900MHz功能的芯片。它以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输，内嵌TCP/IP协议。用户可通过AT指令对模块进行操作，依次完成检测GPRS信号强度，注册GPRS网络，建立数据传输透明通道等。它广泛应用在无线公话、商话、GSM汽车防盗、电力抄表、水务、油田、POS机、航运等行业中。
W77E58是增强型MCS-51系列单片机，它与标准的MCS-51系列单片机的指令和基本功能均兼容，并且扩充了很多新的功能。它的工作时钟频率最大可达40MHz，片内有32KB可多次擦除的ROM和1KB RAM，不用扩展程序存储器和数据存储器，整个芯片采用静态CMOS设计。
时钟电路：W77E58的时钟可采用无源晶振，W77E58提供了二个时钟管脚XTAL1和XTAL2，XTAL1又称CLKIN，是一个输入管脚，而XTAL2是一个输出管脚。我们可以使用4脚卧式晶振，此时XTAL2脚悬空，晶振输出送入XTAL1脚，如图3所示：
 
图3  W77E58时钟电路原理图
电源模块：由于W77E58要求用3.3V供电，我们采用了TI公司TPS7XXX系列电源转换芯片中的TPS7333，将电路板外接的+5V转换成+3.3V。同时，TPS7333提供系统复位信号，实现电压监控。TPS7333内部带有一个比较器监视输出电平，对外实现RESET输出信号，该信号在输出电压出现欠电压时输出低电平，当欠电压状态结束后，RESET信号经过一个约200ms 的延时后变为高电平。电源电路如图4所示：
 
图4  W77E58电源电路
为了方便手工复位，在电路中使用了复位开头SW1。当SW1接通后，输出电压将出现欠电压状态，TPS7333监视到这上变化后将在RESET端输出一个宽度大于200ms 的低电平，迫使W77E58复位。
RS232转换电路：由于从W77E58产生的串口信号电平为非TTL的，所以与标准的RS232串口连接前还就应作电平转换，典型的转换芯片有MAX232等。我们采用如图5所示的转换电路：
 
图5  RS232转换电路
通过以上接口电路，将W77E58的串行口转换成为标准RS232口，然后与PC机的COM1口通过DB9的插头进行互连。
4、系统软件流程
系统软件流程如图6所示。
 
图6  系统软件流程图
上电启动后，首先初始化各项参数，然后开始检测串口0是否收到数据，如果收到数据再检测是否是预先所定义好的采集信息的数据格式，如果是，开始通过串口1启动GPRS连接，建立透明通道之后，把从串口0收到的数据通过串口1发送到GPRS模块，然后通过GPRS网络传送到所预定的目的IP地址上去。如果持续不断从串口0接收采集信息数据，那么就不断执行转发程序，发送数据到GPRS网络，如果超过3分钟串口0还是没有数据，就执行断开程序，断开GPRS连接，让系统进入节电模式以降低能耗。GPRS进行数据传送是软件设计的关键，GPRS通过以下过程完成数据传输设置：1、通过AT +CGATT命令与GPRS网络附着。2、通过AT #GPRSMODE 命令让模块切换到GPRS模式。3、设置网络的接入点名称为CMNET。4、分别输入APN的用户名和密码。5、通过AT #CONNECTIONSTART开始连接。6、设置TCP连接的服务器地址和端口号。7、打开TCP连接。
结论
本系统的硬件设计本着低成本、低功耗、小体积和实时性的设计思想，采用了微控制器W77E58，实现了USB通信、GPRS通信等一些嵌入式应用技术，使系统的整体性能上有了很大的提高。同时，GPRS模块采用了SIM300C，它以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输，内嵌TCP/IP协议的芯片。软件按照分模块设计，使软件系统在实际运行中更加高效、可靠。该系统的功能比较完善，适用性更强，可以广泛应用于水利、监控、POS、银行等场合。经实际应用证明，该系统运行良好，传输数据稳定。
本文作者的创新点：本系统比传统的数据采集系统的体积更小、功耗更低、成本更低。系统采用了英国SIMCOM公司新出的一款GPRS模块SIM300C芯片，使得整个系统更加高效、可靠性和实时性强。该系统的功能比较完善，适用性更强。经实际应用证明，该系统运行良好，传输数据稳定。

参考文献：
[1] 韩斌杰.GPRS原理及其网络优化［M］．北京机械工业出版社,2003.
[2] 胥静. 嵌入式系统设计与开发实例详解［M］．北京: 北京航空航天大学出版社, 2005
[3] Low Cost. Low Power Instrumentation Amplifier AD620［M］．Analog Device Corporation. 2005
[4] 常 雄，周 旭. 基于GPRS的信息采集系统智能终端的设计［J］．计算机技术与发展, 2006,12:154-158
[5] 杨健，张慧慧．一种面向数据采集系统的网络接入研究与实现［J］．微计算机信息，2006，3-2：137-139。

作者简介：李敏（1972－），女（汉族），湖北荆州人，博士，教授，长江大学计算机科学学院副院长，硕士研究生导师，目前主要研究方向：嵌入式系统。Email：minli@yangtzeu.edu.cn

王凭（1981－），男（汉族），广东湛江人，长江大学计算机科学学院硕士研究生。

白凯（1980－），男（汉族），湖北荆州人，长江大学计算机科学学院讲师。

通信地址:湖北省荆州市长江大学计算机科学学院，邮编：434023。