基于GPRS技术的广域网数据传递的设计与实现毕业设计.docx
- 文档编号:23816121
- 上传时间:2023-05-21
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:458.58KB
基于GPRS技术的广域网数据传递的设计与实现毕业设计.docx
《基于GPRS技术的广域网数据传递的设计与实现毕业设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于GPRS技术的广域网数据传递的设计与实现毕业设计.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于GPRS技术的广域网数据传递的设计与实现毕业设计
毕业设计(论文)报告
课题名称基于GPRS技术的广域网数据通讯的设计与实现
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
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
AT+IPR=
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
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
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 GPRS 技术 广域网 数据 传递 设计 实现 毕业设计