??? 上一期介紹了嵌入式系統(tǒng)中的短信技術(shù)，短信方式主要適用于數(shù)據(jù)量不大、交換數(shù)據(jù)不頻繁的場(chǎng)合。這一期將介紹適用于數(shù)據(jù)傳輸量較大且交換頻繁場(chǎng)合的GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。
1 概述
?? ?GPRS的英文全稱(chēng)是：“General Packet Radio Service”（譯作“通用分組無(wú)線服務(wù)”）。通俗地講，GPRS是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)通的一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送數(shù)據(jù)到用戶(hù)設(shè)備。其高速的特性理論上可達(dá)171.2 kb/s，除了速度上的優(yōu)勢(shì)外，GPRS還有接入速度快、永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。
?? ?因此GPRS無(wú)線通信很快成為了一種廣泛使用的無(wú)線通信方式，主要被用于數(shù)據(jù)傳輸，傳輸對(duì)象可以是GPRS設(shè)備之間或者是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備之間。
2 如何通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)
??? 通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，最簡(jiǎn)單的辦法就是使用GPRS數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備DTU(Data Terminal Unit)，圖1為DTU的典型應(yīng)用方案。
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??? 數(shù)據(jù)通信過(guò)程如下：DTU上電后，首先完成網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)等初始化工作，然后自動(dòng)進(jìn)行PPP拔號(hào)，再通過(guò)TCP/IP協(xié)議與位于互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心建立連接，為用戶(hù)設(shè)備建立一條雙向透明傳輸?shù)臒o(wú)線通信鏈路。
??? 建立透明通道后，用戶(hù)設(shè)備便可以通過(guò)串口向DTU發(fā)送數(shù)據(jù)， DTU收到數(shù)據(jù)后將其封裝成IP包，經(jīng)過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)及Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)程序可以獲取到這些數(shù)據(jù)。這個(gè)過(guò)程也稱(chēng)之為“上行”，反向過(guò)程則稱(chēng)之為“下行”。
?? ?整個(gè)通信過(guò)程雖然看似簡(jiǎn)單，但是要想實(shí)現(xiàn)DTU的功能并使其穩(wěn)定可靠地工作，還是有許多地方需要注意。
?? ?首先，DTU中的TCP/IP和PPP協(xié)議棧是一套復(fù)雜的協(xié)議程序，需要多年的積累才能可靠穩(wěn)定。而市面上許多GPRS模塊中內(nèi)嵌的協(xié)議?；蚨嗷蛏俅嬖谝恍﹩?wèn)題，需要用戶(hù)在使用過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)和規(guī)避。
?? ?其次，抗干擾性能是工業(yè)產(chǎn)品重要指標(biāo)之一，在硬件設(shè)計(jì)上需要特別重視。例如防靜電、抗群脈沖、浪涌等等，這都要求在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意干擾源以及干擾作用方式，并設(shè)計(jì)出消除干擾的電路或預(yù)防干擾的措施，才能讓設(shè)備更加穩(wěn)定地工作。
?? ?最后，GPRS設(shè)備在長(zhǎng)期工作中，還會(huì)遇到許多外界的特殊情況。如信號(hào)弱、SIM卡欠費(fèi)、SIM卡不兼容、無(wú)可用網(wǎng)絡(luò)、通信鏈路異常斷開(kāi)、服務(wù)器出錯(cuò)等，這些都有可能造成設(shè)備故障而且無(wú)法恢復(fù)，所以必需針對(duì)各種可能出現(xiàn)的故障制定有效的解決方法才能保證設(shè)備可靠地工作。
3 快速搭建可靠的無(wú)線通信系統(tǒng)
?? ?廣州致遠(yuǎn)電子有限公司長(zhǎng)期致力于無(wú)線數(shù)傳產(chǎn)品的研發(fā)，推出了一款非常易于使用且穩(wěn)定可靠、能夠適應(yīng)長(zhǎng)期不間斷工作的工業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備——ZWG-28A，產(chǎn)品外形如圖2所示。
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?? ?(1)產(chǎn)品特性
?? ?· 大緩存區(qū)設(shè)計(jì)(收發(fā)各30 KB)，采用動(dòng)態(tài)劃分技術(shù)，提高緩存區(qū)使用效率；
?? ?· 最多可緩存480幀數(shù)據(jù)(每幀64 B)，適合小數(shù)據(jù)幀快速連續(xù)傳輸；
?? ?· 每幀可設(shè)置為1 024 B長(zhǎng)度(緩存30幀)，適合大數(shù)據(jù)量連續(xù)傳輸；
?? ?· 使用西門(mén)子工業(yè)級(jí)GPRS模塊；
?? ?· 6 V～25 V寬范圍供電；
?? ?· 具有設(shè)備電源關(guān)斷功能，方便用戶(hù)控制；
?? ?· 數(shù)據(jù)全透明傳輸，用戶(hù)無(wú)需了解復(fù)雜的TCP/IP、PPP等協(xié)議；
?? ?· 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名或IP地址訪問(wèn)；
?? ?· 支持備用數(shù)據(jù)中心；
?? ?· 支持APN虛擬專(zhuān)網(wǎng)業(yè)務(wù)；
?? ?· 支持永遠(yuǎn)在線、空閑下線和空閑掉電三種工作方式；
?? ?· 支持短信和電話(huà)喚醒功能；
?? ?· 支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連功能；
?? ?· 具有連接時(shí)機(jī)可控功能，節(jié)約流量；
?? ?· 支持本地和遠(yuǎn)程圖形化界面配置與維護(hù)；
?? ?· 支持短信配置與維護(hù)；
?? ?· 支持本地和遠(yuǎn)程固件升級(jí)；
?? ?· 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心虛擬串口功能，無(wú)縫銜接現(xiàn)有上位機(jī)軟件；
?? ?· 多重軟硬件可靠設(shè)計(jì)，復(fù)合式看門(mén)狗技術(shù)，使設(shè)備安全運(yùn)行。
?? ?(2)內(nèi)嵌可靠PPP、TCP/IP協(xié)議棧
?? ?ZWG-28A使用西門(mén)子工業(yè)級(jí)GPRS模塊，內(nèi)嵌可靠的PPP及TCP/IP協(xié)議棧。用戶(hù)使用DTU時(shí)無(wú)需了解復(fù)雜的協(xié)議棧，只要向DTU的串口發(fā)送數(shù)據(jù)即可。
?? ?(3)動(dòng)態(tài)劃分技術(shù)的大容量緩存
?? ?數(shù)據(jù)緩存的大小直接影響著用戶(hù)的收發(fā)數(shù)據(jù)量，因此ZWG-28A提供了較大緩存區(qū)（收發(fā)各30 KB，可定制擴(kuò)展至8 MB以上），并采用緩存區(qū)動(dòng)態(tài)劃分技術(shù)，可以高效利用緩存區(qū)并提高傳輸效率。例如，系統(tǒng)最多可緩存480幀數(shù)據(jù)（每幀64 B），這樣適合小數(shù)據(jù)幀快速連續(xù)傳輸，當(dāng)設(shè)置為1 024 B長(zhǎng)度（緩存30幀），則適合大數(shù)據(jù)量連續(xù)傳輸。
?? ?(4)成熟穩(wěn)固的硬件設(shè)計(jì)
?? ?設(shè)備需要長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，必須依托可靠的硬件電路設(shè)計(jì)。例如，ZWG-28A在電源方面采取了防反接、防浪涌、過(guò)壓保護(hù)等措施。為了增強(qiáng)其抗干擾性能，還在通信端子上添加ESD、TVS等保護(hù)器件，同時(shí)天線與設(shè)備外殼相隔離，有效地緩解了雷擊的影響。ZWG-28A所用的器件均為工業(yè)級(jí)，并通過(guò)了高低溫測(cè)試、靜電、浪涌、群脈沖等測(cè)試，產(chǎn)品下線后還要經(jīng)歷24小時(shí)的老化測(cè)試。
?? ?(5)串口數(shù)據(jù)透明傳輸功能
?? ?ZWG系列DTU提供多種串行接口(RS-232、RS-485/RS-422、CAN-bus等)，采用“透明數(shù)據(jù)通信”的方式與用戶(hù)的串口設(shè)備通信。透明數(shù)據(jù)通信的意思是用戶(hù)設(shè)備與DTU之間沒(méi)有通信協(xié)議，DTU將用戶(hù)設(shè)備發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)不做修改地傳送到目標(biāo)PC上，運(yùn)行于PC上的軟件可以完整地接收到DTU發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包。比如用戶(hù)設(shè)備發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)為0xAA，那么在PC端運(yùn)行的軟件就會(huì)收到一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)0xAA。從PC到用戶(hù)設(shè)備的通信過(guò)程與之相同。
?? ?(6)支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連、自動(dòng)心跳包、保持永久在線
?? ?DTU設(shè)備連接上服務(wù)器后，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)通信時(shí)，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將斷開(kāi)DTU與中心的連接。心跳包就是維持連接不被切斷的一個(gè)小數(shù)據(jù)包。
?? ?(7)連接時(shí)機(jī)可控
?? ?在網(wǎng)絡(luò)故障或服務(wù)器關(guān)閉的情況下，普通DTU會(huì)不停地嘗試連接服務(wù)器，導(dǎo)致GPRS流量激增。而ZWG-28A具有連接時(shí)機(jī)可控的功能，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況靈活設(shè)置，讓DTU既可以及時(shí)重連上服務(wù)器，又不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的流量費(fèi)用。
?? ?(8)靈活的配置方法
?? ?ZWG-28A支持三種配置方式，分別為本地串口配置、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心配置和短信配置，而且配置參數(shù)掉電不丟失，上電后DTU就按照配置好的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行工作。靈活的配置方法可以讓系統(tǒng)操作者足不出戶(hù)就完成系統(tǒng)調(diào)整。
?? ?(9)應(yīng)用方案
?? ?GPRS無(wú)線數(shù)傳設(shè)備組網(wǎng)方式靈活而簡(jiǎn)單，最常用的方式是多個(gè)DTU設(shè)備與一臺(tái)作為數(shù)據(jù)中心的PC機(jī)構(gòu)成一個(gè)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，各種信息數(shù)據(jù)被現(xiàn)場(chǎng)的DTU設(shè)備上傳到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心的命令也可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)DTU送達(dá)采集點(diǎn)。這種組網(wǎng)方式廣泛應(yīng)用于各種分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。圖3所示為ZWG-28A所組成的環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
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??? 地址：廣州市天河區(qū)車(chē)陂路黃洲工業(yè)區(qū)3棟2樓
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