基于GPRS技术的广域网数据传递的设计与实现毕业设计精选整理.docx
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基于GPRS技术的广域网数据传递的设计与实现毕业设计精选整理
毕业设计（论文）报告
（地方学生）
课题名称基于GPRS技术的广域网数据通讯的设计与实现
学生姓名周游
所在院、系（队）理学院三大队一队
专业电子科学与技术
学号20066204002
申请学位级别工学学士
指导教师单位电子信息工程系
指导教师姓名张强
技术职务讲师
二○一○年六月
基于GPRS技术的广域网数据通讯的设计与实现
摘要
本文简单介绍了西门子公司GPRS专用模块MC35i的功能原理，阐述了GPRS网络的基本架构和通讯流程，重点设计并实现了一套基于MC35i的GPRS通讯实验电路和使用TCP/IP协议的广域网通讯程序，最后通过实验验证了本文所述方案的正确性。
关键词：
MC35iGPRSTCP/IPVB
ThedesignandrealizationoftheInternetdatacommunicationbasedontheGPRStechnology
Abstract
ThispaperbrieflyintroducesthefunctionofMC35i,thespecializedGPRSmodelproducedbySiemens,focusingonthebasicstructureandthecommunicatingprocessoftheGPRSNetwork,andcompletesawholesetoftherelevantcircuitwhichcanbeusedtorealizetheGPRScommunicationfunctionofMC35iandtheVBprogrambasedonTCP/IP,endingwithanexampleofclient-serverexperimentsimplytoprovethecorrectnessoftheabove.
KeyWords:
MC35iGPRSTCP/IPVB
目录
摘要…………………………………………………………………
（1）
第一章引言………………………………………………………………（4）
第二章系统方案设计……………………………………………………………（6）
2.1硬件方案设计…………………………………………………………（6）
2.2软件方案设计……………………………………………………………（12）
第三章实验验证…………………………………………………………………（19）
3.1电源部分实验验证………………………………………………………（19）
3.2电平转换部分实验验证…………………………………………………（20）
第四章结论………………………………………………………………………（24）
致谢…………………………………………………………………………………（25）
参考文献……………………………………………………………………………（26）
第1章引言
GPRS（GeneralPacketRadioService）技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。
它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递，突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，而且不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。
拥有高速数据传输、永远在线、仅按数据流量计费等突出优点[1]。
且用途广泛，可普遍应用于工业数据传输，设施远程监控，个人或家庭对应用设备的远程控制等。
GPRS终端通过接口从客户系统取得数据，处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站。
分组数据经SGSN（服务GPRS支持节点）封装后，SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信。
GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络。
PPP（PointtoPointProtocol）协议是一种点对点串行通信协议。
具有处理错误检测、支持多个协议、允许在连接时刻协商IP地址、允许身份认证等功能，在TCP/IP协议集中，它是一种用来同步调制连接的数据链路层协议，位于OSI模式中的第二层。
PPP封装提供了不同网络层协议同时在同一链路传输的多路复用技术。
PPP封装精心设计，能保持对大多数常用硬件的兼容性[2]。
研究内容：
1）GPRS网络架构与通信流程；
2）MC35i模块的使用与接口电路设计；
3）MC35i模块AT指令集的使用；
4）工作电流具有较大峰值条件下电源的设计、制作与测试；
5）RS232电平与TTL电平转换的实现。
第二章系统方案设计
2.1硬件方案设计
2.1.1硬件系统基本原理
本设计通过使用MC35i模块，实现了客户端计算机经由GPRS网络联结至广域网，访问服务器并得到返回信息的通信流程。
由于MC35i模块对配置电路有一定要求，故根据其具体标准将硬件分为三个模块：
电平转换模块、GPRS配置模块、电源模块。
图2-1全系统硬件框图
2.1.2MC35i简介
图2-2MC35i原理图
图2-3MC35i实物图
MC35i是西门子公司推出的一款GPRS模块，用于实现MS的语音，短消息通信和GPRS上网等功能，该片具有功耗低，工作稳定，相对用户来说较为透明等优点，而且拥有强大的AT指令集，以确保各项功能的顺利实现。
如图2-1所示，MC35i模块主要由以下几部分组成：
RFPowerAmplifier（射频功率放大部分）、RFSection（射频部分）、BasebandController（基带控制部分）、MeasuringNetwork（测量网络）、ASIC（集成电源管理）、Memory（存储器）、
SRAM（静态RAM）、接口部分。
2.1.3MC35i接口模块
此模块主要负责SIM卡与MC35i模块的通信，MC35i模块与上位机（客户端）的通信以及通过74HC14完成模块的0-3V逻辑电平与TTL电平间的相互转换。
图2-4MC35i接口模块原理图
如图，接口模块通过40针ZIF接口为MC35i模块供电和进行数据传递，其引脚按功能可分为供电、串口连接、基准电平、启动关闭、SIM卡连接、语音通信，工作指示七类，分别介绍如下：
1至5脚：
为其电源引脚；
6至10脚：
为其接地引脚；
11、12脚：
NC
13脚：
基准电平引脚，为接口模块中的一片74HC14供电（如图2-4示）。
此片74HC14负责将串口中经SP3238转换得到的TXD（TransmitData发送数据）、DTR（DataTerminalReady数据终端准备）、CTS（CleartoSend清除发送）等TTL电平经过两次逻辑“非”运算转化为0-3V逻辑电平。
15脚：
为其启动引脚，在上电后需将此引脚拉低至少100mS，模块方可启动。
上图中未画出。
16至23引脚：
串口连接引脚。
联结至上位机的标准RS232串口。
24至29引脚：
SIM卡连接引脚。
30脚：
备用电池连接引脚。
31脚：
紧急关机引脚，本设计中未使用。
32脚：
工作指示引脚，芯片进行注册或传递数据时，此引脚上所接的发光二极管将闪烁。
33至40引脚：
语音通信引脚，本设计中未使用。
2.1.4电源模块
由于MC35i模块在进行数据通信时电流峰值将会达到2A左右，普通78系列稳压器此时将会进入短路保护，故考虑采用集成开关稳压调节器。
又由于MC35i模块的电压为4.1V，故需采用输出电压可调型的稳压调节器，综上，选择LM2596-ADJ型集成开关稳压调节器。
其原理电路如下图所示
LM2596-ADJ是一款典型的降压型开关稳压调节器。
允许的最大输入电压为40V，可以驱动工作电流为3A的负载。
LM2596-ADJ共有五个引脚，如图2—5所示。
图2-5LM2596-ADJ引脚图
五个引脚分别是：
VIN：
开关稳压调节器的电源输入端。
此输入端引入的输入电压经芯片内部开关管的开关动作，从Output端输出一定占空比的脉冲，经滤波电路滤波后产生输出电压。
同时，此输入端引入的输入电压也用于集成芯片内部的供电。
Ground：
电源地。
Output：
脉冲输出端。
输入电压经芯片内部开关晶体管的开关动作，产生出具有一定占空比的脉冲，由此输出端输出。
FB：
Buck开关稳压电路输出电压的反馈输入端，LM2596通过对输出电压的检测，自动调节输脉冲的占空比D，保持输出电压的稳定。
ON/OFF：
控制芯片的工作和关闭。
当此引脚接有逻辑低电平时，芯片处于工作状态；而将此引脚接逻辑高电平时，芯片处于关闭状态。
此引脚提供了对电源的逻辑控制【3】。
电源设计电路如图2—6所示：
Cin为输入端滤波电容，用以平滑输入电压；D1为肖特基二极管，在输出端起续流作用，当电源关断时，电感中储存的能量可以经D1迅速释放，防止感应电压过高，击穿器件；L为输出滤波电感；Cout则选择滤波特性好的钽电容，用作输出端滤波。
计算公式为：
公式（2-1）
公式（2-2）
图2-6电源模块原理电路图
由图2-4可知，由于在模块电源端口设计有保护二极管1N5408，考虑二极管正向导通压降，依公式（2-2）最终确定电源部分输出电压值为4.65V，各元件值如下
Cin—470μF,50V,铝电解电容
Cout—470μF,35V,钽电容
D1—40V肖特基型二极管1N5825
L1—100mH
R1—1kΩ,1%
Cff—依据数据手册选择为100pF陶瓷电容
R2—2.6kΩ,1%
2.1.5电平转换模块
由于电源部分的供电电压为4.6V电源，故要求电平转换部分能够在4.6V电压下工作。
又由图2-4可知，电源转换部分需提供尽可能多的转换通道，以完成模块16至23脚与上位机串口之间的电平转换。
综上，选择Sipex公司的SP3238多通道RS232电平转换芯片。
该片可工作于3V至5.5V供电电压下，仅需外加四个0.1uF的极性电解电容即可进行四通道最高速率达250kbit/s的电平转换。
图2-7SP3238引脚图
2.2软件方案设计
2.2.1软件方案设计简介
为完成广域网中的数据传递，要求本设计所使用的开发工具必须能够使用TCP/IP协议进行通信。
符合此要求的开发工具有MicrosoftVisualBasic，MicrosoftVisualC++等，它们都具有强大的控件组以确保各项功能的顺利实现。
出于使程序尽可能简洁的考虑，使用VB6.0作为本设计的开发工具。
重点使用其Winsock控件
本设计中客户端与服务器程序充当两点，进行点对点通信。
程序流程图如下：
图2-8程序流程图
其中，服务器架设于广域网上，而客户端则位于GPRS网络中。
广域网使用的是TCP/IP协议，GPRS网络则使用GSM的空中接口，即Um接口。
Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC层（MACMdiumAccessControl）层、LLC（LogicalLinkControl）层、SNDC（SubnetworkDependantConvergence）层和网络层。
网络层的协议目前主要是TCP／IP和L25协议[4]。
2.2.2具体程序
服务器端：
图2-9服务器界面
DimnewInstanceIndexAsInteger'定义整型变量newInstanceIndex
PrivateSubForm_Load（）
newInstanceIndex=0'对newInstanceIndex进行初始化
EndSub
PrivateSubCommand1_Click（）
Winsock1.Protocol=sckTCPProtocol'以TCP方式进行通信
Winsock1.LocalPort=2000'设置服务器通信程序的端口号
Winsock1（0）.Listen'等待客户端连接请求
Text1.Text="已开始监听"'服务器端口开始监听
EndSub
PrivateSubWinsock1_Close（IndexAsInteger）'Winsock控件的close事件
UnloadWinsock1（Index）
Text1.Text=Index&"断开与服务器的链接!
"
EndSub
PrivateSubWinsock1_ConnectionRequest（IndexAsInteger,ByValrequestIDAsLong）
'使用Winsock控件的ConnectionRequest事件
newInstanceIndex=newInstanceIndex+1
'变量自加一，为此次请求分配一个新的socket线程
LoadWinsock1（newInstanceIndex）
Winsock1（newInstanceIndex）.AcceptrequestID
'使用Winsock控件的Accept方法，建立连接
Text1.Text=newInstanceIndex&"接收到连接请求，已连接"
'服务器工作状态栏显示“接收到连接请求，已连接”
EndSub
“PrivateSubwinsock1_DataArrival（ByValbytesTotalAsLong）
DimrxAsString
DimtxAsString
Winsock1.GetDatarx
Text2.Text=rx'显示接收到的数据
IfckAutoReply.Value=1Then
tx="服务器"&Winsock1.LocalIP&":
"&Winsock1.LocalPort&"收到来自：
"&Winsock1.RemoteHostIP&":
"&Winsock1.RemotePort&"的数据请求。
内容为"&rx
Winsock1.SendDatatx
Text1.Text="已回复握手信息"'自动回复
EndIf
EndSub
PrivateSubCommand2_Click（）
Winsock1（newInstanceIndex）.SendDataText2.Text
Text1.Text="已回复握手信息"'手动回复
EndSub
客户端：
图2-10客户端界面
PrivateSubCommand1_Click（）
Winsock1.Protocol=sckTCPProtocol'以TCP方式进行通信
Winsock1.RemoteHost=Text1.Text'设置远程服务器IP地址
Winsock1.RemotePort=2000'设置远程服务器通信程序端口号，与服务器端相同
Winsock1.Connect'与服务器端建立连接
EndSub
PrivateSubWinsock1_Connect（）
Text2="远程主机连接成功！
"
Command3.Enabled=True
Command2.Enabled=True
Command1.Enabled=False
EndSub
PrivateSubCommand2_Click（）
DimdxAsString
dx=Text2.Text
Winsock1.SendDatadx
EndSub
PrivateSubwinsock1_DataArrival（ByValbytesTotalAsLong）
DimrxAsString
Winsock1.GetDatarx
Text2.Text=rx'显示接收到的数据
EndSub
PrivateSubCommand3_Click（）
Winsock1.Close
Command3.Enabled=False
Command2.Enabled=False
Command1.Enabled=True
EndSub
PrivateSubcmdExit_Click（）
End'退出客户端
EndSub
2.2.3MC35i的AT指令集简介
MC35i模块具有强大的AT指令集，保证模块可顺利并稳定的完成语音通话，短消息收发，GPRS通信等各项功能，在本设计中仅涉及其中部分，介绍如下：
AT+CGACT=[[,[,[,...]]]]
此指令为PDP上下文（分组数据协议上下文）激活指令，只有在激活PDP后，模块的GPRS功能才可以使用。
欲完成激活，需将的值设为“1”。
为PDP上下文标识符，默认为“1”
AT+IPR=
为欲设置波特率此指令用于设置模块与客户端通信使用的波特率，MC35i模块可以在波特率300bps至230400bps下运作。
且可进行自动比特率调整以支持下列波特率：
4800，9600，19200，38400，57600，115200，230400bps.
AT+CGDCONT=1,”IP”,”CMNET”
此条指令用于初始化MC35i模块，指令原型为
AT+CGDCONT=[[,[,[,]]]]
其中为PDP上下文标识符，可选择“1”或“2”中的一位，本设计中为“1”，规定了数据的封装协议，在本设计中选择为IP（InternetProtocol）以满足GPRS网络层的协议要求。
规定了接入网络名称，本设计中因SIM卡使用的是中国移动的手机卡，故指令为“CMNET”（ChinaMobileNET）。
2.2.5客户端上位机的设置
由于GPRS模块对于客户端上位机相当于新添加的一个调制解调器，故需首先设置MODEM随后需为其设置对应的拨号连接，电话号码设置为“*99***1#”（此号码为中国移动GPRS连接公网使用的固定号码）。
并设置拨号属性中的协议类型为TCP/IP协议。
第三章实验验证
3.1电源部分实验验证
为验证本设计中电源部分可以满足MC35i模块对于供电电流的要求，特设计验证实验如下：
项目
电压（V）
电流（A）
是否正常工作
已工作五分钟
4.65
1.01
是
已工作十分钟
4.66
1.02
是
已工作十五分钟
4.67
1.05
是
注：
设置的输出电压为4.65V，输出电流为1A。
负载为46.5Ω大功率滑动变阻器。
测量工具为FLUKE17B型万用表，室温为28摄氏度。
精度依万用表精度。
3-1电源模块测试实物图
3.2电平转换部分实验验证
为验证本设计中电平转换部分可以满足MC35i模块对于电平的要求，特设计验证实验如下：
使用同原理电平转换芯片MAX3232搭接实验电路，在上位机运行串口调试助手，通过示波器分别观察上位机输出的RS232电平信号与经过转化后可被模块识别的0-3V逻辑电平信号。
3-2电平转换模块测试原理图
3-3未经转换的上位机RS232电平图
3-4经过电平转换的0-3V逻辑电平图
第四章结论
本设计完成了题目要求，基本达成了开题时所设置的研究目标。
经过本次设计实验，我们对GPRS技术有了更深一层的认识，了解到GPRS网络与GSM网络的联系，以及GPRS网络中GGSN，SGSN的作用，结合网关，Internet等知识，熟练掌握了GPRS上网的通信原理与流程。
并对各类协议及接口模型有了一定认识。
在硬件方面，我们制作并测试了基于LM2596的开关稳压电源。
经测试达到了设计要求。
此外，我们认真研究了MC35i模块的芯片手册，对其接口电路有了一定认识。
并通过实验深入了解了其原理。
在软件方面，我们详细阅读了MC35i模块的AT指令集，并对于上位机的调制解调器设置有了进一步的了解。
最后，由于时间及水平的有限，并未能够很彻底的实验MC35i模块的短信息及语音功能，希望今后能够有机会深入研究。
致谢
我在本次毕业设计和论文书写的过程中，得到了张强教员很多的支持和帮助。
他不仅给予我专业知识上的指导，而且还教会我学习的方法和思路。
在此向他表示诚挚的谢意。
同时，我也要感谢电子信息工程系各位教员，我在毕业设计期间，也得到了的他们的关怀和帮助，谢谢他们为同学们营造了一个良好的设计和学习环境。
最后，我要感谢卢鹤鸣同学，感谢她在整个毕业设计过程中的不懈努力。
没有组员之间的密切合作，设计便不可能顺利完成。
再次感谢所有帮助和关心过我的领导，教员，同学！
参考文献
[1]XX百科.
[2]XX百科.
[3]林欣.《功率电子技术》.北京：
清华大学出版社，2009年
[4]XX百科.
[5]阎石.《数字电子技术》.北京：
清华大学出版社,2007年.
[6]康华光.《电子技术基础（模拟部分）》.北京：
高等教育出版社，2008年
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