测控技术与仪器 毕业论文范文——基于手机模块的数据通讯模块设计.doc

1、基于手机模块的数据通讯模块设计摘 要信息时代，通信技术的发展主要集中在宽带通信技术和无线通信技术两方面。本文论述了当前无线通信系统的概况，重点对比了SMS和 GPRS对数据的传送的优劣。GPRS业务在通信技术的连接中展示出了它的优势，利用 GPRS业务进行联网通信是当前的普遍做法。因此选择GPRS技术作为本手机模块传输数据的关键技术。随着单片机技术的广泛应用,以及芯片技术的不断发展, GPRS 通用分组无线业务在当前远程无线数据传输、遥测遥控中越来越受到人们的重视,所以,由此而开发设计的二次设备和产品得到极大的推广和应用。本数据传输模块论述了基于华为GTM900-B无线通讯模块、MSP430F

2、149微处理器的数据传输设计方案,并提供了部分硬件电路图、软件流程图及程序代码。关键词：无线数据传输,单片机，串口通讯，AT 指令The Design of Mobile Data Communication Module based on Modular AbstractNowadays，the development of communication technology is revealed in two spheres: broadband communication network,WirelessCommunicationTeehnology. In this paper, it

3、 introduces the current wireless communication systems, and emphasizes on comparing SMS and GPRS data transmission. How to connect the two spheres，General Paeket Radio Serviee(GPRS) has its own advantage. So select GPRS technology as the key technology to the phone data transmission model.Along with

4、 the wide application of single chip computer as well as the development of integrated chip technique, GPRS general grouping wireless service is at tached with more importance by people in the current teledata transmission, telemetering and remote control. Therefore, secondary product and quality go

5、ods developed and designed according to the techniques mentioned are obtaining enormous promotion and application.The data transmission model design based on HUAWEI GTM900-B Module and MSP430F149 are elaborated, and partial hardware elect ric diagram, software flowchart and program code are provided

6、.Key words: Wireless data transmission, Mircrochip, Serial Design, AT command 第 I 页 共 页目 录1 引言 .11.1 课题研究背景与研究现状 .11.1.1 M2M 的发展 .11.1.2 无线通信及无线数据传输系统的发展现状 .11.2 本课题研究的意义 .32 无线通信技术 .42.1 SMS 短消息 .42.1.1 SMS 业务概述 .42.1.2 短消息业务实现方式 .42.1.3 SMS 特点 .52.2 GPRS 技术 .62.2.1 GPRS 的应用 .62.2.2 GPRS 技术的特点以及发展策

7、略 .72.3 手机模块中无线数据传输系统的选择与方案设计 .92.3.1 手机模块中无线数据传输系统的选择 .92.3.2 手机模块的方案设计及器件选择 .93 数据通讯模块的硬件电路设计 .123.1 MSP430F149 电路设计 .123.2 GPRS 器件电路设计 .133.3 电源电路设计 .133.4 串行接口电路设计 .153.5 存储电路设计 .154 数据通讯模块的软件设计 .174.1 串口程序设计 .174.2 存储程序设计 .204.3 短消息程序设计 .254.3.1 AT 命令介绍 .25第 页 共 页4.3.2 SMS 编码模式:PDU 与 TEXT.294.3

8、.3 短消息程序设计 .314.3.4 串口之间数据的传输设计 .355 总结 .39参考文献 .40致谢 .42附录 .43附录 1： 华为 GTM900-B 芯片各管脚介绍 .43附录 2： 24LC02B 芯片各管脚介绍 .44附录 3： SP3220 芯片各管脚介绍 .44附录 4: 软件中涉及的相 关程序 .45第 1 页 共 52 页1 引言1.1 课题研究背景与研究现状1.1.1 M2M 的发展当今，移动数字通信网络在中国得到了迅速的发展，随着移动通信业务的增长，利用移动通信网络以及互联网络的现有资源开展移动数据增值业务成为了必然的趋势。如何将互联网上丰富的信息资源通过无线通信网

9、络来实现共享已成为人们关注的焦点，除了 IT 设备需要联网外，更多的非 IT 的嵌入式设备也有联网通信的需求，而这种设备之间的信息交换能力可以用来实现远程监控。传统的固网拨号和单纯的移动通信网络已经满足不了这种需求，M2M 网关就是在此背景下应运而生。M2M 这一概念来自英文“Machine to Machine”,即机器对机器的缩写，扩展的概念包括“Machine to Mobile”-机器对移动设备， “Machine to Man”-机器对人等等，是要对人移动设备或机器与机器之间的通讯，提出有效的应用设备及问题解决方案，达到远程监控的目的和作用，M2M 网关实现了移动通讯网络和因特网的有

10、效结合，使各种 M2M 应用轻易的通过 M2M 网关实现数据收集和监控报警。如自动读取停车表、安全设施、自动扶梯控制、车队管理、自动售货机和电动设备等。随着M2M网关的不断发展，移动通信大大拓展了人们的通信距离和生活空间，信息的传递已成为人们生活中不可缺少的部分,数据传输技术也由此而在不断地发展着。然而无论哪种传输技术,对于用户来讲,最基本的要求便是要方便、快捷、安全、可靠。目前,许多场合如电力监测、工业控制、环境监测、交通管理等,数据传输应用广泛,其方式一般有两种:有线传输方式和无线传输方式。有线传输方式,可以通过架设专线、利用公共数据网等实现,但是在很多场合下,有线方式受到架线环境、传输距

11、离等条件限制。无线方式的实现也很多,可以通过自建无线发射接收系统,如(超) 短波电台、架设微波线路等,但是这种方式容易受到地形地貌的影响以及频率资源的限制,系统架设成本高、系统的架设和维护工作繁重,在业务量小、用户数量大、位置分散等应用场合中也受到很大限制。1.1.2 无线通信及无线数据传输系统的发展现状在无线通信的发展历程中，涌现出了短波通信系统，微波通信系统，卫星通信系统和移动通信系统等。各通信系统互有利弊，相互补偿，使得现代无线通信更具多样第 2 页 共 52 页化。短波，微波通信系统具有传输距离短，易受干扰等缺点，通常应用于电台，电视等媒体，卫星通信系统具有代价高，传输信息容量大，在一

12、般的工业系统中不能进行普及。相比较而言，移动通信系统更贴近于人们的日常生产生活中，并且具有普及率高，网络覆盖面广等优点。在一般的工业系统中，采用无线通信方式一般首选移动通信方式。随着第三代移动通信网络的兴起，移动通信系统会更加影响人们的生产生活，极大地推动人类社会文明的进步。本文所讨论的无线通信方式也着重于移动通信技术。从贝尔实验室首次发明蜂窝移动通信至今，移动通信己经和正在经历着三代演变。第一代是模拟移动通信系统(简称 IG)始于 80 年代中期，其成功的代表有北美的AMPS 系统、英国的 TACS 系统和北欧的 NMT 系统。这一代系统以话音传输为主，技术上采用 FDMA。缺点是:频谱利用

13、率低;各系统间没有公共的接口规范;数据业务较难开展;安全保密性能较差。第二代移动通信系统(简称 ZG)始于 90 年代初期，成功代表有欧洲的 GSM 系统、北美的 D-AMPS 和窄带 CDMA 系统、日本的用 C 和 PHS 系统。这一代系统不但支持较高质量的话音传输，同时提供了低速的数据业务，一般仅能提供 9.6kb/s 的电路型数据业务。技术上采用 TDMA 或 CDMA。第二代移动通信系统在技术上，市场上都获得了巨大的发展，具有保密性强、频谱利用率高、标准化程度高，网络覆盖面积广等优点。随着 Intenet 的发展;人们对高速数据业务的日益需求;语音、数据和多媒体多项业务整合的现实性，

14、使得第三代移动通信系统(简称 3G)也便呼之而出。ITU 早在 1986年就开始了对全球范围内移动通信系统的研究，并且将其命名为 FPLMTS(未来公共陆地移动通信系统)。FPLMTS 现已正式更名为 IMT-Z000，该系统将工作在 2000MHz 的频段上，最高数据传输速率为 2000Kbi 珑，主流多址技术是 CDMA，集寻呼、卫星、无绳和蜂窝移动通信系统为一体，提供全球无缝隙覆盖、全球漫游，以达到高速数据业务的需求。这即是第三代移动通信的模板。无线数据传输系统发展至今，使用的通信技术经历了和在经历五个阶段:无线电台传输，集群通信网，SMS 短消息和 GPRS，3G 移动通信网络。各种通

15、信技术比较如下表1.1 所示:第 3 页 共 52 页在现行，无线通信方式还出现了蓝牙，无线传感网络，射频通信，3G 高速网络等多样技术，对于蓝牙，无线传感网络，射频通信技术都针对于短距离的通信，对于远程无线数据传输却无能为力。而 3G 网络在我国刚刚起步，网络的建设需要一定的周期，网络运营费用和维护成本的标准还未出台，短期内还不能全面的普及应用 1。无线电台和集群通信网络还有易受干扰，通信可靠性差等缺点，现在基本不用于工业系统中。1.2 本课题研究的意义本课题从基于 M2M 网关的无线传输方式移动通信体制的各种关键技术出发，结合历史上及现阶段的无线通信技术，设计基于手机模块的无线通讯接口电路

16、。其意义在于了解手机时代无线通信技术的发展历程；通过手机模块的制作，掌握运用 GPRS进行 GSM 短消息业务的过程，以及与之相关单片机技术。第 4 页 共 52 页2 无线通信技术由上面论述可知，无线数据传输系统发展至今，使用的通信技术经历和在经历：无线电台传输，集群通信网，SMS 短消息和 GPRS，3G 移动通信网络这几个阶段。而从各方面看来 SMS 短消息和 GPRS 技术则是现阶段无线数据传输系统的首选 2。下面就将二者进行较详细的叙述比较，最后选择出应用于本模块的技术。2.1 SMS 短消息全球移动通信系统(GSM)移动通信网络已迅速普及，通信服务竞争日益激烈，新技术、新业务的开发

17、和应用水平也在不断提高。短消息服务业务是 GSM 网络的一项基本业务，市场对短消息的业务需求量也在不断增长，基于这种业务的各种开发范围也越来越广泛。短消息业务在各个领域得到了广泛的发展。源于手机聊天热潮的“ 拇指革命” 已经开始，各系统开发商和运营商的加入推出了许多短消息的升级版。由此，短消息带给人们的内容已从业娱乐性发展到服务性，短消息服务内容自然从文化走到商业。2.1.1 SMS 业务概述SMS 是短信息服务(ShortMessageServiee)的简称，SMS 是向手机发送短消息和用手机接收短消息的一个途径。SMS 具有使用手机发送和接收有限长度的文字信息的功能。文本信息是词语、数字和

18、字母的组合，一条短信息可以包含 160 个英文字母(7 一 bit编码)或 70 个非拉丁字母(16bit 编码)，如中文汉字或阿拉伯字等 unicode 编码。短信息服务是一项双向服务，简称字母数字的(160 个字节)消息，是 GSM 一个独特的特点。SMS(shortMessageservice)以其不占无线通话信道资源、方便快捷而且价格低廉的特点受到了广大移动用户的欢迎。SMS 属于 GSM 第一阶段(Phasel)的标准。由于 GSM 发展极快，在其 900MHZ 频段满以后，又开辟了 GSM1800 频段，手机工作在 900MHZ 和 1.8GHz 频段以及 GSM1900MHz 等

19、几个频段。目前 SMS 已经被集成到了很多网络标准中，SMS 作为移动数据业务应用范围也越来越广泛， GSM、CDMA、TDMA、PHS、PDC 等移动网络均支持 SMS。2.1.2 短消息业务实现方式点到点短信息业务和小区广播短信息业务均实现了短消息的收发，是短消息的两种实现方式。第 5 页 共 52 页（1）点到点短消息业务点到点短信业务是从移动业务起始(Mobileorigln，Mo)到移动业务终止(MoblleTerminal，MT)，即将一条短消息的文字信息从一个用户地址发送到指定用户地址的业务。点到点短信息业务包括两种情况:一种是移动台终止(接收)点对点信息业务(SMS 一 MT

20、用 P);另一种是移动台发起(发送)点对点的短信业务(SMS 一 MT/PP)。点对点短信业务是通过 MO 和 MT 将一条短消息，从一个用户发送到指定用户地址的业务。被发送的信息经过编码后信息长度为 140 个字节，所以一条短消息至多可以包含 160个英文字母或 70 个中文汉字。（2）小区广播短信息业务小区广播短信息业务，是向指定所在区域内信息用户发送短信息的业务。该业务要有通过发送信息的基站。这种业务实现了，向固定区域内所有 GSM 用户循环发送一些具有通用性的信息。例如，银行可以使用这项业务，通过手机向用户公布利率详情，移动公司向手机用户发送天气预报等。2.1.3 SMS 特点SMS(

21、ShortMessageServiee)是 GSM(GlobalSystemforMobileConunumeation)系统中提供的一种应用服务。由于 GSM 网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点和双向数据传送功能，为数据传送提供了一个有效的支持平台。手机短信业务(SMS)是一种应用范围广泛的无线移动通信业务，具有相对可靠、经济、方便、覆盖范围广等优点，特别适合于传送小流量数据。SMS 具有以下几方面的特点:(1)SMS 具有独特的“存储一转发机制” 。 SMS 发送短消息，将己发出的短信息内容，先存储在短信息服务中心(ShortMessageserviceeenter，s

22、Mse)，短信发送中心(SMSCenter)负责为短消息选择路由。等到接收方可接收时，再由短信息中心将短消息转发给接收方，可以确保短消息被顺利的传递到短信接收方那里。假如接收方暂时无法接收信息，SMSC 就会自动保存该短信息，直到接受方下次处于在线状态时才进行再一次的发送。一般情况不超过 3 天，等到接收方在服务区出现时再发送给接收方。如果短信接收方可以立即收到该信息，则该消息被成功送达。否则如果短信息存储在SMSC 的时间过长，超过了其有效的时期，则该条消息会被自动删除。(2)SMS 对发送信息具有双向性。与普通的发送方式相比，SMS 的发送方可以确认信息是否发送成功。发送方可以要求 SMS

23、C 提供一个 SMS 发送报告，该报告用以说明消第 6 页 共 52 页息最终是否发送成功。SMS 可以得到一条信息确认报告，该确认报告记录信息传递成功或失败，以及不可到达的原因。如果要求接收方确认所收到的短信内容，SMSC 还可以建立回复机制。对于引入回复机制的 SMS 加以技术处理，如进行适当的编码和授权，加入安全机制，便可应用于一些保密移动商务领域，如政府机关，或金融业等。(3)SMS 具有同步传输功能。由于 SMS 是非对称信息服务业务，实现了 557 信令信道分组进行数据传输，所以即使在信息业务信道处于十分忙碌的情况下，短信息同样可以实现通信，而且 SMS 目前已经实现了全国和国际漫

24、游。(4)SMS 短信录入采用 Tg 模式。Tg 模式大大节省了短信输入的时间，能够自动猜测接下来要输入词语的短信写作模式。另外，现在市面上也已推出，将语音识别系统嵌入到具有 SMS 功能的手机中，用以扩展 SMS 的录入方式。这一扩展应用为用户带来很多便利，受益最大的是汽车司机，司机在开车的时候使用语音输入技术不仅可以接、打电话，而且可以使在开车的时候收发短信，使事故发生率明显降低。(5)SMS 可以为语音电话提供许多增值服务。如为出行的游客提供“提醒”功能的服务。这种提醒服务的内容非常广泛，例如时间提醒，重要信件收发通知，呼叫提醒等等。SMS 其它单向增值服务还包括天气情况服务，航班状况报

25、告，黄金市价波动情况，利率变化，新闻信息和彩票结果等。2.2 GPRS 技术在 2G 向 3G 过渡中，引进了俗称第 2.5 代移动通信系统(简称 2.5G)，主要代表有:GPRS，CDMA。GPRS 是通用分组无线业务的英文简称，是在现有 GSM 系统上发展出来的一种承载业务，目的是为 GSM 用户提供分组形式的数据业务，速率高达 171Kb/s，基本上能够满足人们无线数据业务的需求。2.2.1 GPRS 的应用GPRS 技术现在己经十分成熟，目前全世界很多运营商开通了 GPRS 商用系统、试商用系统或实验系统 3。国际上有名的大型电信设备制造厂商也都在积极开发 GPRS 的相关产品，提出了一系列的解决方案，世界各地的移动网络运营商也纷纷响应，配合电信设备制造厂商提供了大量的 GPRS 服务区。GPRS 可提供以下一系列交互式业务：点对点无连接型网络业务(PTP-CLNS)；点对点面向连接的数据业务(PTP-CONS)；点对多点业务(PTM)。GPRS 还能支持用户终端业务、补充业务、GSM 短消息业务和各种 GPRS 电信业务。总之，GPRS 可提供网上冲浪、Email、文件传输、数据库查询、增强型短消息