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基于GPRS和LCD的信息发布系统
摘要
现如今,人们对LCD信息板的应用和认识越来越多元化。
交通、通讯、证券、商务行业当中到处都有它的身影。
目前采用的有线控制方式LCD信息板在应用上受到限制,基于GPRS来控制LCD信息板,将使其应用空间更为广阔。
本文将从传输和控制方式的革新出发,介绍基于GPRS和LCD的信息发布系统,嵌入短信控制、GPRS网络、UDP传输,从概念和技术上破除LCD信息板应用的瓶颈。
本文介绍了智能广告牌项目中的无线LCD信息发布系统。
智能广告牌是移动项目的子项目,基于单片机结合GPRS移动网络,通过基站对各种终端进行信息传输和控制。
强调以“无线”方式为主,以上位机更改信息等其他方式为辅,架构完成广告信息的发布。
然后,根据中国移动智能信息发布项目的需求,对系统进行了分析与设计。
通过完整的设计过程,描述出了基于无线网络的LCD信息发布系统的整体框架,给出了完整的系统实现方案。
根据中国移动智能交通项目的需求,从视频压缩和无线网络两个角度阐述了无线LCD信息发布系统的设计过程和实现过程。
在系统的实现过程中,运用了软件工程的设计思想,从需求分析开始,到用例图、状态图的创建,直到最后系统总体结构设计的完成,都体现出了软件工程的思维方式。
论文提出了新的信息发布系统工作模式,并循序渐进的对系统进行了分析与设计,从无线通讯的角度出发,阐述了系统各个模块的实现过程,重点对无线远程控制的终端系统以及与之相对应的应用系统进行了研究。
并最终促成了需求中所提到的对于短信控制、GPRS传输等功能的实现。
并对系统的主要功能进行了验证,成功的搭建了系统,并满足项目需求。
关键词:
GPRS,短信控制,LCD,
ABSTRACT
NowadaysthereisagrowingconcernoftheLCDmessageboard,theusageofitcomesdowntolotsoffiled.Peoplecanfinditinthefiledoftraffic,communication,stockandcommerce.Butlineatetechnologystopthedevelopmentofit,itisimpossibletobreakthroughthebottleneckifitdon’tfreefromthechain.ThetextintroducesaLCDbroadcastingsystembasedonwirelessnetworkwhichisastherevolutionoftransporttechnologyandcontrolmode,andmentionsSMScontrol,GPRSnetworkandFTPtransport,breakthroughsthebottleneckconceptually.
ThispaperintroducestheintelligentLCDtrafficprojectsinthewirelessinformationdistributionsystem.Intelligenttransportationisthemovementofthesub-project,itsCNGIandbasedonIPv6,withGPRSmobilenetworks,throughbasestationstransmitinformationonavarietyofterminalsandcontrol.Emphasison"wireless"approachbased,supplementedbyvideoandothermeansoftransportDatacollection,tobuildcompletetrafficmonitoringandmanagement.Todatatinuityandreal-timetomeetthefundamentalneedsofintelligenttransportationandvehiclemanagement.WirelessLCDinformationreleasesystemistofollowthispolicytothewirelessnetworkandvideocompressiontechnologytobuildaneweraofbreakthroughsinthedirectionofdisseminationofinformationontheEnd..Bythecompletedesignation,describetheno-basedLCDnetworkthattheoverallframeworkofinformationreleasesystem,and‘I’frameofvideocompressionbasedonoptimalcombinationofdesign,whichgivesacompletesystemimplementation.AccordingtoChinesedemandformobileintelligenttransportationprojects.
Keywords:
GPRS,SMScontrol,LCD
目录
摘要1
ABSTRACT2
第一章绪论1
1.1课题研究背景1
1.2国内外研究现状2
1.2.1无线控制系统发展现状及前景2
1.3论文主要工作4
1.4论文组织结构4
第二章系统关键技术5
2.1MCS-51系统5
2.1.1MCS-51指令系统概述5
2.1.2MCS-51指令系统特性6
2.2TCP/IP协议7
2.2.1IP8
2.2.2TCP8
2.2.3UDP9
2.3GPRR系统原理及网络结构9
2.3.1GPRS网络概述9
2.3.2GPRS技术优点10
2.3.3GPRS逻辑体系结构10
第三章系统整体框架设计12
3.1系统框架12
3.2硬件部分设计13
3.2.1W77E058微控制器13
3.2.2无线通信模块的选择17
第四章系统软件设计24
5.1软件程序错误!
未定义书签。
第五章总结与展望28
5.1总结28
参考文献29
附录1系统的总体原理图30
致谢30
第一章绪论
互联网的迅猛发展促进了全球信息的共享和交流,同时人们也越来越希望通过网络来实现远程信息的获取和设备的控制,单片机系统的发展在一定程度上满足了这方面的需求。
将无线通信数字业务与嵌入式系统结合在一起,开发与之相对应的一整套应用系统,用户可以很方便地查看设备的状态,配置设备的参数,控制设备的运行,从而实现设备的远程批量控制,将会得到越来越广泛的应用。
1.1课题研究背景
随着信息化、智能化、网络化的发展,单片机系统技术也获得了广阔的发展空间。
单片机技术的迅速发展不仅使之成为当前微电子技术与计算机技术中的一个重要分支,同时也使计算机的分类从以前的巨型机、大型机、小型机、微机之分变为通用计算机与单片机系统之分。
嵌入式的应用更是遍及金融、航天、电信、网络、信息家电、医疗、工业控制、军事等各个领域,以致有些学者断言,单片机技术将成为后PC时代应用非常广泛的技术。
进入09年代后,我国移动通信业飞速的发展。
基于无线新技术的增值服务悄然地改变着城市的面貌、改变着人民的生活方式,无线通信技术广泛地应用于工业控制领域。
采用先进的GSM/GPRS技术的无线监控管理系统,集计算机、通信、机电、自动控制等多种先进技术于一体,成功实现了对无线分布式系统的控制。
近年来,远程监测行业得到了迅速的发展,本课题正是结合单片机技术及GSM/GPRS无线通讯技术,重点对无线远程控制的终端系统以及与之相对应的应用系统进行了探索和研究。
课题的目的是构建一个实现特定功能的单片机设备以及依托于Web服务器的一整套发布系统,它可以对远程设备进行控制,用户可通过网络远程访问Web服务器来实现数据的采集和历史数据的查询,也可以通过各种接口对远程设备进行控制。
本文所实现的单片机和Web服务器具有一般性,经过改进后可以用于工业控制或智能家居等系统,因此具有一定的现实意义。
系统可以用于远程信息发布,也可以用于远程图像的传输。
并且本系统用LCD作为显示,其显示清晰,表达能力会大幅度提升。
由于Internet的普及,借助于Internet可以快速、可靠地传递各种控制信息。
而单片机系统具有成本、体积、功耗等方面的优势,因此,将单片机系统与Internet结合起来,是其发展的潮流与趋势。
Internet中发展最快而且最先被广泛使用的是恻W服务。
Web服务器与Web浏览器提供了方便而稳定的服务,通过在嵌入式设备中增加TCP/IP协议栈并构建对应web应用系统,用户就可以通过Web浏览器远程监控并管理该设备。
用户可以在任何地点用标准Web浏览器(如IE和Firefox浏览器)访问嵌入式设备,而不需要编写任何客户端程序。
在工业应用领域,在智能设备、仪器和传感器等领域使用浏览器通过网络访问远端单片机设备是很有意义的。
在用户端浏览器中可以在页面中进行系统的配置和设备参数的调整。
正因为如此,传统的C/S结构控制模式正逐步向B/S结构转移,这样可以降低成本,而且不必要开发客户端的GUI。
综上所述,开发单片机设备以及与之对应的Web应用系统具有很重要的现实意义和应用价值。
1.2国内外研究现状
1.2.1无线控制系统发展现状及前景
远程控制技术的出现,是计算机网络技术与无线控制技术相结合的必然结果。
早期远程控制技术是非实时控制方式,而现代远程控制技术是实时在线控制方式,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设备,远隔千里便可随时更改设备的工作状态。
远程控制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,出现了两种远程控制模式。
1.有线网络远程监控:
有线网络监控方式是现代远程监控模式,将现场各个采样点通过通信线连成网。
根据通信方式的不同,可以有以太网、光纤网等等,这种方式也是现在广为使用的方式,如现场总线。
其最显著的特点是现场的采样设备将各种传感器获取的设备状态信息转变为数字信号后,通过网络传送给远程诊断工程师。
远程诊断工程师再利用计算机和现代数字信号处理技术对收到的数字信号进行分析处理,对设备状态进行评估,给出诊断结论并将结果返回给现场人员。
由于数字信号远程传输的保真度高,不受时间和空间影响,因此诊断结论可靠性高,可以实现真正意义上的实时在线远程控制与诊断。
但是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。
2.无线网络远程控制:
无线网络远程控制又分为两种:
一种是单独构建无线网,另一种是利用公网GSM。
第一种方式由于要自己进行网络构建包括传输设备,中继站,传输协议制定,工作量比较大。
第二种用GSM网络实现,这类控制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控制。
这类控制主要是利用SMS短消息和GPRS数据业务通过Internet进行通信。
SMS短消息方便快捷,适应于信息量小的情况;GPRS技术传输速度快,永远在线,用GPRS技术实现的控制系统,实时性强,安全可靠,按流量计费,能承载较大的数据量。
利用GPRS并加以SMS方式作补充进行远程监控,既避免了开发新的频率资源,又开辟了远程控制的新领域。
该系统具有网络覆盖范围广,系统抗干扰能力强,通信速度快,通信误码率低等优点,并且完全利用GSM和GPRS移动通信网络,其建设和运行成本低。
随着GPRS网络技术的不断发展,构筑在GPRS网上的远程无线监控系统必然能与移动通信技术的发展同步,因而具有广阔的前景。
1.2.2基于GPRS的无线控制系统简介
建设专用的有线或无线网络是传统监控系统的实现方式,这需要高额的建设和维护费用。
随着无线通信技术的迅速发展,提供给我们一种成本更低廉、速度更快捷的通信方式,通用分组无线业务(GeneralPacketRadi。
SerVICe,简称GPRS)。
通用分组无线业务(GenerazpaeketRadi。
Service,简称GPRS),是在现有全球移动通信系统(GlobalSystemForMobile,简称GSM)网络上开通的一种新型的数据传输技术,GPRS采用分组交换方式,仅在实际传送和接收数据时才占用无线资源。
GPRS理论上可提供高达171.Zkb/S的传输速率,这意味着通过便携式电脑,GPRS用户能和综合业务数字网(IntegratedServiCeDigitalNetwork,简称工SDN)用户一样快速地上网浏览,同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。
除了速度上的优势外,GPRS还有“永远在线”的特点,即用户可随时与网络保持联系。
另外分组交换接入时间缩短为少于1秒,能提供快速即时的连接,可大幅度提高一些事务(如信用卡核对、远程监控等)的效率。
因此基于GPRS网络的无线监控系统结构紧凑、功能丰富和实时性强等特点,又可以利用GPRS网络进行数据传输,扩展了系统的应用范围,使得该系统可以广泛适用于水情远程监控、信用卡确认等场合。
1.3论文主要工作
本文的主要工作就是设计一款单片机设备,并构建相应的无线LCD信息发布
的应用系统。
它以单片机系统为指导思想,结合了TCP/IP协议和Web服务器技
术,尽可能的提供一个简单、灵活、高效的,适合于现代环境新特性的控制系统。
具体来说,本文所做的工作主要体现在以下几个方面:
(1)根据现在无线信息发布系统的发展趋势,提出了无线LCD信息发布系统的整体设计方案。
(2)单片机系统开发环境的搭建,嵌入式TCP/IP协议的设计与实现。
(3)上位机的设计。
(4)单片机系统的PCB设计。
最后,对整个系统的设计过程和系统本身的性能作了总结,并探讨了系统进一步改进的方向。
1.4论文组织结构
第二章主要讲述无线LCD信息发布系统的核心技术,涉及到单片机指令系统,嵌入式TCP/IP协议的设计以及GPRS系统的原理和网络结构。
第三章主要讲述整体设计架构以及各个子模块的设计架构,包括GPRS模块的选择,单片机的选择,系统的硬件设计。
第四章主要讲述系统的软件设计。
第五章对论文所做的工作进行了总结,并提出了进一步的改进措施。
附录1系统的总体原理图。
附录2系统的软件主程序。
第二章系统关键技术
2.1MCS-51系统
2.1.1MCS-51指令系统概述
一个单片机所需执行指令的集合即为单片机的指令系统。
单片机使用的机器语言、汇编语言及高级语言,但不管使用是何种语言,最终还是要“翻译”成为机器码,单片机才能执行之。
现在有很多半导体厂商都推出了自己的单片机,单片机种类繁多,品种数不胜数,值得注意的是不同的单片机它们的指令系统不一定相同,或不完全相同。
但不管是使用机器语言、汇编语言还是高级语言都是使用指令编写程序的。
所谓机器语言即指令的二进制编码,而汇编语言则是指令的表示符号。
在指令的表达式上也不会直接使用二进制机器码,最常用的是十六进制的形式。
但单片机并不能直接执行汇编语言和高级语言,都必须通过汇编器“翻译”成为二进制机器码方能执行,但如果直接使用二进制来编写程序,那将十分不便,也很难记忆和识别,不易编写、难于辨读,极易出错,同时出错了也相当难查找。
所以现在基本上都不会直接使用机器语言来编写单片机的程序。
最好的办法就是使用易于阅读和辨认的指令符号来代替机器码,我们常称这些符号为助记符,用助记符的形式表示的单片机指令就是汇编语言,为便于记忆和阅读,助记符号通常都使用易于理解的英文单词和拼音字母来表示。
每种单片机都有自己独特的指令系统,那么指令系统是开发和生产厂商定义的,如要使用其单片机,用户就必须理解和遵循这些指令标准,要掌握某种(类)单片机,指令系统的学习是必要的。
MCS-51共有111条指令,可分为5类:
(1)数据传送类指令(共29条)
(2)算数运算类指令(共24条)
(3)逻辑运算及移位类指令(共24条)
(4)控制转移类指令(共17条)
(5)布尔变量操作类指令(共17条)
2.1.2MCS-51指令系统特性
MCS-51共有7种寻址方式,现介绍如下:
(1)立即寻址:
操作数就写在指令中,和操作码一起放在程序存贮器中。
把“#”号放在立即数前面,以表示该寻址方式为立即寻址,如movA,#20H。
(2)寄存器寻址:
操作数放在寄存器中,在指令中直接以寄存器的名来表示操作数地址。
如MOVA,R0就属于寄存器寻址,即R0寄存器的内容送到累加器A中。
(3)直接寻址:
操作数放在单片机的内部RAM某单元中,在指令中直接写出该单元的地址。
如前例的ADDA,70H中的70H。
(4)寄存器间接寻址:
操作数放在RAM某个单元中,该单元的地址又放在寄存器R0或R1中。
如果RAM的地址大于256,则该地址存放在16位寄存器DPTR(数据指针)中,此时在寄存器名前加@符号来表示这种间接寻址。
如MOVA,@R0。
(5)变址寻址:
指定的变址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加,所得的结果作为操作数的地址。
如MOVCA,@A+DPTR。
(6)相对寻址:
由程序计数器中的基地址与指令中提供的偏移量相加,得到的为操作数的地址。
如SJMPrel。
(7)位寻址:
操作数是二进制中的某一位,其位地址出现在指令中。
如SETBbit。
指令格式
MCS-51单片机采用汇编语言指令,一条汇编语言的语句最多包括四部分:
标号、操作码、操作数和注释,其结构为:
标号:
操作码操作数;注释
(1)标号位于语句的开始,由字母和数字组成,它代表该语句的地址。
标号必须由字母打头,冒号结束。
字母和数字的总数不应超过一定数量,一般标号不能为助记符。
标号不是语句必要的组成部分。
(2)操作码在标号之后,是指令的助记符,表示语句的性质,是语句的核心。
没有标号时,它作为语句的开始。
(3)操作数在操作码之后,二者用空格分开。
操作数既可以是数据,也可以是地址,且必须满足寻址方式的规定。
有多个操作数时,操作数之间用“,”分开。
2.2TCP/IP协议
TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的简写,中译名为传输控制协议/因特网互联协议,又名网络通讯协议,是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础,由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。
TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。
协议采用了4层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。
通俗而言:
TCP负责发现传输的问题,一有问题就发出信号,要求重新传输,直到所有数据安全正确地传输到目的地。
而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。
2.2.1IP
IP层接收由更低层(网络接口层例如以太网设备驱动程序)发来的数据包,并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层;相反,IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。
IP数据包是不可靠的,因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。
IP数据包中含有发送它的主机的地址(源地址)和接收它的主机的地址(目的地址)。
高层的TCP和UDP服务在接收数据包时,通常假设包中的源地址是有效的。
也可以这样说,IP地址形成了许多服务的认证基础,这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。
IP确认包含一个选项,叫作IPsourcerouting,可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。
对于一些TCP和UDP的服务来说,使用了该选项的IP包好像是从路径上的最后一个系统传递过来的,而不是来自于它的真实地点。
这个选项是为了测试而存在的,说明它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。
那么,许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。
2.2.2TCP
TCP是面向连接的通信协议,通过三次握手建立连接,通讯完成时要拆除连接,由于TCP是面向连接的所以只能用于点对点的通讯。
TCP提供的是一种可靠的数据流服务,采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。
TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制,所谓窗口实际表示接收能力,用以限制发送方的发送速度。
如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包,那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。
TCP将包排序并进行错误检查,同时实现虚电路间的连接。
TCP数据包中包括序号和确认,所以未按照顺序收到的包可以被排序,而损坏的包可以被重传。
TCP将它的信息送到更高层的应用程序,例如Telnet的服务程序和客户程序。
应用程序轮流将信息送回TCP层,TCP层便将它们向下传送到IP层,设备驱动程序和物理介质,最后到接收方。
面向连接的服务(例如Telnet、FTP、rlogin、XWindows和SMTP)需要高度的可靠性,所以它们使用了TCP。
DNS在某些情况下使用TCP(发送和接收域名数据库),但使用UDP传送有关单个主机的信息。
2.2.3UDP
UDP是面向无连接的通讯协议,UDP数据包括目的端口号和源端口号信息,由于通讯不需要连接,所以可以实现广播发送。
UDP通讯时不需要接收方确认,属于不可靠的传输,可能会出丢包现象,实际应用中要求在程序员编程验证。
UDP与TCP位于同一层,但它不管数据包的顺序、错误或重发。
因此,UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务,UDP主要用于那些面向查询应答的服务,例如NFS。
相对于FTP或Telnet,这些服务需要交换的信息量较小。
使用UDP的服务包括NTP(网络时间协议)和DNS(DNS也使用TCP)。
欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易,因为UDP没有建立初始化连接(也可以称为握手)(因为在两个系统间没有虚电路),也就是说,与UDP相关的服务面临着更大的危险。
2.3GPRR系统原理及网络结构
2.3.1GPRS网络概述
通用分组无线业务(GeneralRadioserviee,简称GPRS),即是在现有的全球移动通信系统(GlobalsystemForMobile,简称GSM)系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。
基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。
GPRS与现有的GSM语音系统最根本的区别是,GSM是一种电路交换系统,而GPRS是一种分组交换系统。
因此,GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。
以GPRS网络作为数据无线传输网络,可以开发出多种前景极其乐观的各类应用,如无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。
GPRS是一种新的移动数据通信业务,在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线IP。
GPRS采用分组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多用户共享,资源被有效的利用。
使用GPRS技术实现数据分组发送和接收,用户永远在线且按流量计费,迅速降低了服务成本。
2.3.2GPRS技术优点
GPRS是GSM引入的非常重要的内容之一,与GSM电路交换相比,GPRS非常重要的优点是引入了分组交换能力。
利用
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