１
引言
ＧＰＲＳ
技术现在已经非常成熟， 具有覆盖
范围广、接入 速 度 快 、使用成本低和永远在线
等特点
［３］
。因此， 采用
ＧＰＲＳ
方式是一种可行的
单片机无线上网方案。
２
设计方案
２．１
硬件部分的设计方案
硬 件 部 分 包 括 单 片 机
（
Ｗ７７Ｅ５８
） 、
ＧＰＲＳ
模块（
ＭＣ３９ｉ
） 、
ＳＩＭ
卡插座、电源系统、外部数
据存储器
［２］
和接口电路等， 如图
１
。
图
１
硬件原理框图
２．１．１
单片机
Ｗ７７Ｅ５８
单片机采用具有
５１
单片机内核的增强型
单片机
Ｗ７７Ｅ５８
。该芯片运行速度快， 时钟频
率是普通单片机的
３
倍。具有
３２Ｋ ＦＬＡＳＨ
程
序存储器，
２５６
字节内部
ＲＡＭ
和
１０２４
字节片
上
ＳＲＡＭ
， 同时支持双串口。是一款非常适合
开发嵌入式
ＴＣＰ／ＩＰ
协议栈的单片机。它控制
ＧＰＲＳ
模块接收和发送数据， 并且通过
ＲＳ２３２
接口与数据采集终端进行数据交换。从而实现
了串口和
ＧＰＲＳ
网络之间数据的透明传输。
２．１．２ ＧＰＲＳ
模块
ＭＣ３９ｉ
ＭＣ３９ｉ
采用工业级设计， 性能稳定， 价格
便宜， 性价比极高。在执行
ＧＰＲＳ
上网的
ＰＰＰ
协议之前， 首先要通过
ＡＴ
指令对
ＭＣ３９ｉ
进行
设置：
（
１
） 波特率： 使用
ＡＴ＋ＩＰＲ＝５７６００
命令， 设
置波特率为
５７６００ｂｐｓ
， 然后用
ＡＴ＆Ｗ
保存设
置。
（
２
）
ＰＤＰ
上 下 文 ：
ＡＴ＋ＣＧＤ ＣＯＮＴ＝１，
“
ＩＰ
”
，
“
ＣＭＮＥＴ
”。
（
３
） 拨号： 格式为“
ＡＴＤ ＊９９＊＊＊１＃
”， 如果拨
号成功， 会收到
ＰＰＰ
报文， 此时就可以进行
ＰＰＰ
协商了。如果返回
ＮＯ ＣＡＲＲＩＥＲ
则意味
着拨号失败， 应检查
ＳＩＭ
卡是否开通
ＧＰＲＳ
业
务
， 天线是否安装正确等问题。
２．２
软件部分的设计方案
软件部分包括网络协议、
ＧＰＲＳ
模块驱动
程序以及串口透传程序。软件中所有代码都用
Ｃ
语言编写
［１］
， 在
Ｋｅｉｌ
环境中编译。
２．２．１
网络协议
为了使资源相对较少的单片 机 能够接 入
互联网
， 我们对 复 杂 的 网 络 协 议 栈 进 行了简
化
， 主要 包括 链路 层、网 络层 、传 输 层 和 应 用
层。
（
１
） 链路层
ＰＰＰ
协议。
ＰＰＰ
协议是一种被
广泛使用的链路层协议， 由链路控制协议
ＬＣＰ
和网络控制协议
ＮＣＰ
组成。通过
ＰＰＰ
协议， 通
信双方可以协商数据报大小、认 证 方 式 、链路
质量等。
（
２
） 网络层
ＩＰ
协议。
ＩＰ
协议是协议栈的核
心部分， 所有上层数据报文， 包括
ＴＣＰ
、
ＤＮＳ
报
文都是以
ＩＰ
报封装传输的。
（
３
） 传输层
ＴＣＰ
协议。
ＴＣＰ
是一种面向连
接的数据传输服务
， 通过复杂的机制保证了传
输的可靠性， 并且连接建立和断开有严格的步
骤
， 报文在传输过程中有超时重传机制。
（
４
） 应用层
ＤＮＳ
协议。
ＤＮＳ
协议应用于域
名解析
， 当服务器端采用动态
ＩＰ
的接入方式
时， 通过
ＤＮＳ
协议可以解析出服务器当前的
ＩＰ
地址。
２．２．２ ＧＰＲＳ
模块的驱动程序
单片机通过串口和
ＧＰＲＳ
模块交换数据，
所以首先要编写串口驱动程序， 包括串口初始
化
（Ｉｎｉｔ＿Ｃｏｍｍ）
、写 串 口 数 据（
ＰｒｉｎｔＣｈａｒ
） 等 函
数。读串口数据是通过中断来完成的。由于篇
幅所限
， 只给出串口初始化的代码：
ｖｏｉｄ Ｉｎｉｔ＿Ｃｏｍｍ （ｖｏｉｄ）
｛
ＴＭＯＤ＝ＴＭＯＤ＆０ｘ０Ｆ；
ＴＭＯＤ＝ＴＭＯＤ｜０ｘ２０； ／／
定时器
１
采
用方式
２，
用于产生串口
１
的波特率
ＴＬ１＝０ｘＦＤ，ＴＨ１＝０ｘＦＤ； ／／３２ＭＨｚ－
５７６００ｂｐｓ
ＷＤＣＯＮ＝０ｘ８０； ／／ＳＭＯＤ１＝１
ＳＣＯＮ１＝０ｘ５０； ／／
串口
１
采用方式
１
ＴＲ１＝１； ／／
启动定时器
１＊／
｝
在这些串口函数的基础上编写
ＧＰＲＳ
模
块的驱动函数。单片机通过
ＡＴ
命令进行拨号
后 ，
ＧＰＲＳ
模 块 就 转 入 在 线 模 式 ， 此 时 通 过
ＰＰＰ
协议取得一个
ＩＰ
地址， 就可以连接到互
联网了。
２．２．３
透明传输驱动程序
当单片机通过
ＧＰＲＳ
模块连接到互 联 网
以后
， 就可以通过
ＴＣＰ
协议与远程服务器进行
数据通信了。此时用户通过串口向单片机发送
的数据都透明地传送给了远程服务器
， 同样服
务器发过来的数据也通过串口传给用户。由于
接收缓冲区空间有限
， 为了实现大数据量的透
明传 输 ， 采用了特殊的双指针方法， 一个读指
针， 一个写指针， 采用循环读写的方式， 如果读
写到缓冲区末尾
， 则返回缓冲区头。当接收到
数据后， 写指针就把数据写入缓冲区。而读指
针不 断 地 扫 描 缓 冲 区
， 一旦发现新数据， 就马
上读走， 腾出空间接收新数据。只要读写指针
不重合
， 就说明缓冲区没有被填满。如此循环
往复， 就可以利用有限的数据缓冲区实现大量
数据透传。
３
结论
本文讨论了一种以
８
位高速单片 机 为核
心处理器， 嵌入了
ＴＣＰ／ＩＰ
协议栈的
ＧＰＲＳ
无
线数据终端。具有电路简单
， 成本低廉等优点。
终端通过
ＲＳ２３２
接口与外部控制系统相连， 采
用透明传输的方式
， 无需任何协议即可与用户
设备相互通信， 具有很强的通用性。软件全部
采用
Ｃ５１
语言编写， 稍加改动即可应用到其它
控制系统上， 可移植性强。
参考文献
［１］
马忠梅
，
等
．
单片机的
Ｃ
语言应用程序设计
．
北京航空航天大学出版社
，１９９９，１．
［２］
何力民
．
单片机应用技术选编（ 二）
．
北京航
空航天大学出版社
，１９９４，５．
［３］
钟章队
，
等
．ＧＰＲＳ
通用 分 组无线 业 务
．
北京
人民邮电出版社
，２００１，１２．
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作者简介： 祁国梁
（１９７１－ ），
男
，
工程师
，
研究方
向为自动化仪表。
基于单片机的 ＧＰＲＳ 无线通信协议
祁国梁
（
山东省科学院海洋仪器仪表研究所， 青岛
２６６００１
）
摘要： 本文介绍了一种基于单片机和网络技术的
ＧＰＲＳ
无线数据终端， 它采用嵌入式结构， 通过把
ＰＰＰ
和
ＴＣＰ／ＩＰ
协议移植到单片机系统中， 实现串口和
ＧＰＲＳ
之间的数据透明传输。详细介绍了
Ｗ７７Ｅ５８
单片机和
ＧＰＲＳ
模块
ＭＣ３９ｉ
的硬件接口以及软件设计。
关键词：
ＧＰＲＳ
； 单片机； 透明传输
Ｔｅｌｅｃｏｍ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ
无线互联
３２
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