0 引 言
    目前，在由GPRS承載業(yè)務支持的標準化網絡協議的基礎上，可提供點對點無連接型網絡業(yè)務(PTP—CLNS)、點對點面向連接的數據業(yè)務(PTP-CONS)和點對多點業(yè)務(PTM)，還能支持用戶終端業(yè)務、補充業(yè)務、GSM短消息業(yè)務和各種GPRS電信業(yè)務。GPRS可提供Internet、多媒體、電子商務等業(yè)務，可應用于運輸業(yè)、金融、證券、商業(yè)和公共安全業(yè)；PTM業(yè)務支持股市動態(tài)、天氣預報、交通信息等實時發(fā)布；另外，還能提供種類繁多、功能強大的以GPRS承載業(yè)務為基礎的網絡應用業(yè)務和基于WAP的各種應用。其中，GPRS的數據業(yè)務在行業(yè)應用中越來越廣泛。該業(yè)務已被應用于遠程抄表、電力系統(tǒng)遠程監(jiān)控、交通遠程監(jiān)控、車輛監(jiān)控和GPS導航等諸多方面。
    在GPRS數據業(yè)務的行業(yè)應用中，數據終端是最基本的設備。目前的數據終端具有智能化和可擴展性不斷增強的發(fā)展趨勢，性能越來越強大，接口越來越豐富，但成本一直居高不下。本文介紹一種以基于AVR單片機ATmegal6和Motorola G20模塊的低成本GPRS數據終端的設計。

l 終端的硬件設計
    終端由ATmegal6和G20模塊及一些外圍器件組成，系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。ATmega16具有1個功能完整的異步串行通信接口(UART)，在直流5V供電時，其I/O操作電壓范圍約為O～5V；G20模塊提供一個用于接收控制命令和傳輸數據的異步串行通信接口，在直流3．3V供電時，其I／O操作電壓范圍為0～3．3 V，因此，可以將ATmegal6串行接口經電平轉換電路轉接后與G20模塊的串行口相連，進行異步串行數據交換。終端采用一塊16×2字符型LCD顯示GPRS網絡連接及數據傳輸狀況信息。ATmegal6和LCD采用直流5 V供電，5 V電源經過由低壓差線性穩(wěn)壓集成電路LM1117—3．3組成的穩(wěn)壓電路將電壓轉換成3．3 V后給G20模塊供電。

1．1 ATmegal6與G20模塊的硬件接口
    由于ATmegal6和G20模塊的I／O操作電壓范圍不相同，所以兩者的串行口之間需經過電平轉換才能確保穩(wěn)定通信，其電平轉換電路如圖2所示。

    這里采用光電耦合器件TLP521進行5 V和3．3 V之間的電平轉換。ATmegal6的I／O驅動能力較強(最大輸出40 mA電流)，可以直接驅動TLP521。G20模塊的I／O驅動能力較弱，需加一級驅動緩沖器才能驅動TLP521，這里使用7406反相驅動緩沖器。
1．2 ATmegal6與LCD的硬件接口
    系統(tǒng)中采用基于HD44780液晶控制芯片的16×2字符型LCD，該器件內置了字符產生器，能顯示192個常用字符(包括阿拉伯數字和大小寫英文字母)和16個用戶自定義字符，它與ATmegal6的接口如圖3所示。HD44780的數據總線DB7～DB0與ATmegal6的PA7～PA0相接，RS、R／W和EN分別與單片機的PD3、PD4和PD5相連。利用ATmega16的I／O口控制LCD進行指令和數據輸入，正確地顯示出經緯度數據。

2 ATmega16與G20模塊的接口程序設計
    利用GPRS網絡進行數據傳輸一般有多種組網方案，這里以其中一種方案進行說明，其他方案的數據終端實現方式類似。該方案采用數據中心公網固定IP，由監(jiān)測點直接向中心發(fā)起連接。
    G20模塊自身內嵌了TCP／IP和UDP／IP協議棧，大大簡化了接口程序的編寫。G20模塊串口通信默認在57 600 b／s的速率下進行，數據格式為：8位數據位、1位停止位、無奇偶校驗和硬件流控制。
    G20模塊只能接受由ASCII字符代碼組成的標準格式的AT指令。根據Developer′S Guide-Motorola G20 AT Commands所講述的內容，一行G20模塊的AT指令可以包含一條或者多條命令，這些命令必須由分隔符相隔，每個AT指令行不得超過140個字符。G20模塊具體的AT命令行結構如圖4所示。

    每個AT命令行均以字符串“AT”為前綴，以回車符“<CR>”為后綴。命令行中各指令之間的分隔符可以為分號“；”或者空格。命令行中的英文字母可以是大寫格式，也可以是小寫格式。
    每當G20模塊接收到指令時都會輸出相關的響應信息，以顯示指令的執(zhí)行結果。響應信息的數據格式如圖5所示。響應信息由3部分組成：前綴、響應代碼和后綴。其中，前綴和后綴一樣，均為回車和換行符，即“<CR><LF>”；不同指令在不同情況下的響應代碼也不一樣。

    在實際應用中，可以通過程序控制ATmegal6由其異步串行口按照既定的通信速率、數據格式和指令形式向G20模塊發(fā)出控制指令，然后監(jiān)視G20模塊的響應信息，根據響應信息判斷命令的執(zhí)行結果，進而控制G20模塊進行遠程無線數據發(fā)送。利用G20模塊實現GPRS數據發(fā)送一般要按照以下控制步驟進行(這里使用的是UDP協議)：
    (1)通過指令“at+mipcall=<Operation>[<APN>，[<User name>，<Password>-]]”建立一個GPRS無線鏈接，如“at+mipcall=1，cmnet”。在這里，“cmnet”是中國移動的APN名稱。其中<Operation>可為0或1，0代表斷開連接，1代表連接。[<APN>，[<User—name>，<Password>]]是可選項，無需時省去。如果鏈接建立成功，G20模塊將會返回本機的IP地址，如“<CR><LF>0K<CR><LF><CR><LF>+mipcall：10．103．201．135<CR><LF>”，此時本機在移動內網的IP地址為：10．103．201．135。如果鏈接不成功，G20模塊將會返回錯誤信息“<CR><LF>ERROR<CR><LF>”。
    (2)通過指令“at+mipopen=<Socket ID>，<Source Port>，<"Destination IP">，<DestinationPort2>，<Protocol2>”打開一個端口(Socket)，如“at+mipopen=l，2000，“219．222．73．240”，6800，1”。其中，<Socket ID2>是本地端口號，G20模塊一共可以打開4個端口，端口序號分別是1～4；<Source Port>是G20模塊本機的端口號，其數值可以是0～65 535；<“Destination IP”>是目標IP地址，可以是直接連接到Internet公網的某臺PC的IP地址。<DestinationPort>是目標的端口號，其數值可以是0～65535。<Protocol>是協議棧類型，其數值可以為0或1，0代表是TCP協議棧，1代表UDP協議棧；如果端口打開成功將返回“<CR><LF>OK<CR><LF><CR><LF>+MIPOPEN：<Socket ID>，<State><CR><LF>”，如“<CR><LF>OK<CR><LF><CR><LF>+MIPOPEN：1，1<CR><LF>”。如果端口打開不成功，將會返回錯誤信息“<CR><LF>ERROR<CR><LF>”。
    (3)通過指令“at+mipsend=<Socket ID>，<Data>”將需要發(fā)送的數據壓入G20模塊的發(fā)送堆棧。如“at+mipsend=1，4142434445”。這里的<Socket ID>是前面已經打開的端口序號，<Data>是所要發(fā)送的數據，數據格式必須是用十六進制表示的數據(數值或者字符)的雙字節(jié)ASCII值。如要發(fā)送的數據為“ABCDE”(A、B、C、D和E的ASCII數值分別為0x41，0x42，0x43，0x44和0x45)，則要將“4142434445”作為<Data>壓入發(fā)送堆棧。指令操作成功時，G20模塊返回信息“<CR><LF>+MIPSEND：<Socket ID>，<Free Size><CR><LF><CR><LF>OK<CR><LF>”，如“<CR><LF>+MIPSEND：1，1367<CR><LF><CR><LF>OK<CR><LF>”，其中<Socket ID>是端口序號，<Free Size>是指堆棧中的剩余空間，其數值可為O～1372。如操作不成功，G20模塊將會返回錯誤信息“<CR><LF>ERROR<CR><LF>”。
    (4)通過指令“at+mippush=<Socket ID>[，<“Destination IP”>，<Destination Port>]”將特定序號發(fā)送堆棧中的數據出棧，如“at+mippush=1”執(zhí)行這條指令之后，堆棧中的數據就被發(fā)送出去了。這里所說的堆棧序號是和前面所述的端口序號一一對應的。方括號中的內容是可選項，不需要時可以省去。數據發(fā)送成功時，G20模塊返回信息“<CR><LF>+MIPPUSH：<Socket ID><CR><LF><CR><LF>OK<CR><LF>”，如“<CR><LF>+MIPPUSH：1<CR><LF><CR><LF>OK<CR><LF>”。如數據發(fā)送失敗，G20模塊將會返回錯誤信息“<CR><LF>ERROR<CR><LF>”。
    (5)反復進行上述步驟(3)和(4)，直至所有數據發(fā)送完畢為止。
    (6)通過指令“at+mipclose=<Socket ID>”關閉已打開的端口，如“at+mipclose=1”。端口關閉成功時，G20模塊會返回信息“<CR><LF>OK<CR><LF><CR><LF>+MIPCLOSE：<Socket ID><CR><LF>”，如“<CR><LF>OK<CR><LF><CR><LF>+MIPCLOSE：1 ID><CR><LF>”。如果端口關閉不成功，G20模塊將會返回錯誤信息“<CR><LF>ERROR<CR><LF>”。
    (7)通過指令“at+mipcall=0”關閉GPRS網絡連接。如果網絡連接關閉成功，G20模塊將會返回信息“<CR><LF>OK<CR><LF><CR><LF>NOCARRIER<CR><LF><CR><LF>+MIPCALL：0<CR><LF>”。如果網絡連接關閉不成功，G20模塊將會返回錯誤信息“<CR><LF>ERROR<CR><LF>”。
    另外，G20模塊接收到遠程終端通過GPRS網絡發(fā)送過來的數據時會自動從其串口輸出該數據。如果接收到的是UDP協議的數據，G20模塊會以以下數據格式輸出：
    <CR><LF>+M1PRUDP：<Source IP>，<Source Port>，<Socket ID>，<Left>，<Data>
    其中，<Source IP>是發(fā)送方的IP地址，<Source Port>是發(fā)送方的端口號，<Socket ID>是本機端口序號，<Left>留在堆棧中的接收數據字節(jié)數，<Data>是所接收到的數據。如果接收到的是TCP協議的數據，G20模塊會以以下數據格式輸出：
    <CR><LF>+MIPRTCP：<Socket ID>，<Left>，<Data>
    各部分含義如前述。編程使ATmegal6不斷查詢串口接收緩沖區(qū)即可實現數據接收，也可以采用接收中斷的方式提高運行效率。

3 結 語
    GPRS數據傳輸鏈路中GGSN(網關GPRS支持節(jié)點)占用的端El的存活時間是有限的，如果鏈路空閑超時，連接就會斷開，可通過定時發(fā)送數據短幀的方式來維持鏈路。經測定，本地(廣州)的GPRS數傳鏈路維持時間為60 s。基于ATmegal6的GPRS數據終端成本低，易于推廣普及，可用于遠程數據采集、系統(tǒng)監(jiān)測和Internet遠程接入等領域。