GPRS无线透明传输系统

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VCC-2 .5 V
VCC
R3 1 0K
R4
MC5 5TXD
1 0K
Q4
Q5 9 01 3
R5 1 0K
MCU TXD
R6 1 0K
9 01 3
VCC-5 V
R8 1 0K
MC5 5 RXD R9 1 0K
R11 1 0K
R10
1 0K
MCU RXD
Q2 9 01 3
Q1 9 01 3
R15
2
5 60
1
SYNC
图7 模块状态显示电路
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LED模式和模块功能指示表格
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1.4 模拟开关部分
这部分的作用是用来切换单片机与MC55模块和485总线之间的 数据传输。初始时切换到单片机与MC55模块间连接。如果MC55发 来指令表示要抄数据，再切换到485总线。取得数据后切换到MC55 模块，然后发送。这部分功能用一个4066刚好完成，而且只用P1.0 和P1.1两根线置位清零就可以控制，快速又简单。
当P1.0=0并且 P1.1=1时模拟开关连接到模块，此时MC55和单 片机连接；当P1.0=1并且 P1.1=0时模拟开关连接到485总线或232 总线，此时PC或485总线和单片机连接。在MC55和单片机连接的时 候，外部中断/INT1打开，当PC给单片机发送数据时引起中断，单片 机响应中断，处理数据。处理完数据后，继续连接到MC55，即 MC55总是优先和单片机连接，只有在PC给单片机发送指令或单片 机给485总线发送抄表指令时才连接到485端，并且处理完数据后立 刻回来与MC55连接的状态。因为单片机不会同时与MC55和485或 PC联系，所以一条链路可以分时复用。模拟开关电路如图8所示：
GPRS无线透明传输系统
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GPRS无线透明 传输系统
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大纲
一、GPRS抄表的优势 二、硬件部分 三、软件部分
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一、 GPRS抄表的优势
1) 提高工作效率 2) 避免人为失误，节约大量人力资源 3) 维护方便、升级容易 4) 实时采集数据
5) 为城乡居民提供了一个公平，透明的消费平台 6) 远程管理控制 7)节约成本，避免重新布网
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由于MC55模块的供电电压是3.3～4.8V，典型值电压是 4.2V，直接用5V供电会引起模块工作不稳定甚至可能烧坏模 块，所以在5V输出和MC55模块之间加了两个并联的二极管 1N4007。1N4007的额定电流是1A,电压降是0.7V，两个二 极管并联可以拉低MC55的电源电压至4.3V左右，达到其典 型电压，并且会防止在GPRS发送数据的时候，电流消耗峰 值超过其额定电流而烧坏管子。如图2所示：
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1.3.2启动电路
MC55模块启动电路如图6所示：
/IGT引脚是MC55模块的启动端，如果此引脚在模块关闭
的情况下，有持续大于100ms的低电平，将会启动模块。启
动模块后，应该/IGT引脚处于高阻状态。因此在/IGT引脚处
用了一个三极管2N5551，通过P1.4脚控制/IGT引脚的低电
平时间。
采用6管脚SIM卡座，使用了其中的5个。SIM卡连接电路 如图5所示：
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图5 SIM卡连接电路
SIM卡连接电路中应该注意电容应该尽量接近SIM卡，而且 SIM卡座到MC55的连线应该尽量短，不能超过200mm，如 果超过200mm则容易引起问题，如MC55检测不到SIM卡等。
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Co ntro lC o ut/inC
VSS
in /o u tC
4 06 6
VCC 14 13 12 11 10 9 8
P1. 1
MC5 5RXD0 MC UR XD
2 32 /48 5 RO
C5 0 .0 1 uF
图8 模拟开关电路
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1.5 485总线部分
RS-485串行总线接口标准以差分平衡方式传输信 号，具有很强的抗共模干扰能力，允许一对双绞线上 一个发送器驱动多个负载设备。利用单片机本身所提 供的简单串行接口，加上总线驱动器，可组合成简单 的RS-485网络。在总线的末端接了一个匹配电阻， 吸收总线上的反射信号，保证信号传输无毛刺。匹配 电阻的取值应该与总线的特性阻抗相当，一般取值 100～120欧姆。单片机的P1.5控制485的收发。P1.5 ＝0时允许接收；P1.5＝0时允许发送。485总线电路 图如图9所示：
VCC
B ATT+ D5 1 N40 0 7
D6 1 N40 0 7
图2 MC55模块电源供应
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MC55模块的串口收发数据时电压典型是2.65V，单片 机的的串口收发数据时电压是大于3.5V，直接连接可能会引 起数据错误。在单片机和MC55模块的收发线上分别加了5V、 2.5V的上拉，保证数据达到各自的口线时能正确的被接受。
1.1.2 电平转换
前面说到，MC55模块的串口收发数据时电压典型是 2.65V，单片机的串口收发数据时电压是大于3.5V，直接连 接可能会引起数据错误。所以设计了两个电平转换电路，分 别将5V转换为2.5V，2.6V转换为5V。每个转换用了两个三 极管9013，在最后一级的9013上拉各自需要的电压。如图3 所示：
并告知断电地点，以便及时通电，使系统恢复正常工作。由于 系统中5V直流变压之后加了一个2200uf的大电容，因此在220V 掉电之后，系统仍然可以工作一段时间。220V电经过1N4007 滤除了负半波，经两个电阻分压和一个10uf的电容平滑滤波后， 在光耦上得到的是近似的矩形波，高电平时点亮光耦，三极管 导通，输出为低电平，然后经过一个非门连接到单片机的外部 中断/INT0。由于交流电的频率是50HZ，所以/INT0脚上便有周 期为20ms的高低电平。在交流电的上半波期间，/INT0是低电 平，引起单片机的中断，在中断处理程序里给定时器赋初值并 开启定时器，定时器延时大于20ms，例如可以延时30ms。如 果30ms之内又出现交流电上半波，便又引起中断，定时器重新 赋初值；如果30ms之内没有出现交流电上半波，定时器时间到， 引起中断。在定时器中断服务程序中给服务器发送消息，告知 本机掉电。掉电检测电路如图10所示：
STC89C58RD+芯片的内部框图如图4所示：
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1280RAM 32KB ROM
WATCH DOG
EEPROM
内部复位电路
STC89C58RD+
P0/P1/P2/ P3端口
定时器 双数据指针
图4 STC89C58RD+芯片的内部框图
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单片机的晶振选用的是11.0592M。用这个晶振可以提供 很准确的波特率，可以避免通讯时出错。使用11.0592M晶 振波特率最大可以达到57600bps，若想传输速率更高，可 以采用更高频率的晶振，如22.1184M可以达到115200bps。
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P1. 5 RO
DI
U3 2 /RE 1 RO
3 DE 4 DI
VCC A
R B
D
5
GND
MAX4 85 E
VCC
8
R12
1 0K 6
7
C10
0 .0 1 uf
M1
YM
C11 R14 1 20
0 .0 1 uf
R13 1 0K
D9 TVS
M2
磁珠
Port1 Port2
图9 485总线电路图
STC在数据存储时有一些地方要注意：因为STC的数 据存储是flash，所以写数据时需要对其预先扇区擦除，然 后才能字节编程。也就是说，一个字节如果是1，可以编 程为0；一个字节如果是0，则不可以编程为1。因此，同 一次修改的数据最好放在同一个扇区中，单独修改的数据
放在别的扇区中，这样不需要读出保护（扇区擦除会花费 很多时间）。
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MC UTXD MC5 5TXD0 2 32 /48 5 DI
P1. 0
U2
1 2 3 4 5 6 7
in /o u tA
VDD
o ut/inA Co ntro lA
o ut/inB Co ntro lD
in /o u tB in /o u tD
Co ntro lB o ut/inD
本设计选用的电源是上海三基电子的MSPS-5C3电源模 块。单路输出DC5V，2A。按照MC55的说明书，在GPRS 发送数据的时候，电流消耗峰值会达到2A，但是并不是持续 的，而是每隔8ms有一个持续1ms左右的大电流脉冲。因此 在电源输出和模块电源之间加了一个2200uf的大电容，以提 高电流消耗峰值期间的驱动能力。试验证明，1A的电源已足 以提供峰值消耗，所以MSPS-5C3电源模块已经足以胜任， 而且可以用一个单路输出DC5V，1A的电源模块代替，以降 低成本。
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1.3 MC55模块和SIM卡部分
西门子工业级无线模块MC55是一种低成本的内置完整 TCP/IP协议的GPRS模块，是当今市场上尺寸最小的三频模 块。本系统用到的MC55的引脚主要有几部分：SIM卡连接 电路、启动电路、模块状态显示电路、数据收发电路等。
1.3.1 SIM卡连接电路
本系统使用的是控制状态LED模式。开机时模块 600ms开/600ms关，表示正在搜寻网络。时间大约持续 5s左右。如果5s之后LED仍然闪烁，表示SIM卡未插入， 或者SIM卡连接有问题，可能时触电脏或引脚焊点接触 不良，这时应该检查硬件。模块状态显示电路如图7所示：
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VCC D1
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二、硬件部分
系统的硬件部分分为电源部分、单片机部分、MC55模块和
SIM卡部分、模拟开关部分、485总线部分、调电检测部分来做 说明。系统结构框图如图1所示：
5V
电源模块
掉电监测
指示电路
232或485
PC或电表
MCU
串口
MC55
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模拟开关
SIM
图1 系统结构框图
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1.6 掉电检测部分
Port
D7
ห้องสมุดไป่ตู้
1 N40 0 7
2 20 V交流
Port
INT0
R19 1 00 k /1 W
C15 D8
1 0u F TVS
R20 2 .2 K
U5
U1 2A 2
5 21 -1 1
图10 掉电检测电路
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VCC R21 1 0K
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掉电检测电路可以在交流电断电的时候及时通知服务器，
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系统原理框图
AT指令
传 送
单片机
数
MC55 模块
据
232
发
PC 送 指
令
GPRS 网络
AT指令
MC55 模块
单片机
485总线
电表n
电表1
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1.1 电源部分
1.1.1 电源供应
系统中有5V、4.2V、2.6V三种典型电压。其中5V为单
片机、模拟开关4066、MAX485、MC1413的电源电压； 4.2V为模块电源电压；2.6V为MC55模块串口电平。5V可以 用电源模块直接从交流电中变压得到；4.2V用的是两个二极 管1N4007降压得到；2.6V用LM1117-2.5降压芯片产生。
图3 电平转换电路
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1.2 MCU部分
本设计的MCU单元采用STC89C58RD+芯片。 STC89C58RD+ 与51系列单片机兼容，但是功能更强大， 价格更便宜。其内部有1280字节的RAM，可以进行大容量 的数据处理，在本系统中GPRS的数据流可以一次性吞吐， 从而提高了处理速度和可靠性；内嵌了32K的ROM，保证了 程序的存放空间；片上集成了大于16K的EEPROM，可以用 来存放数据，掉电数据不丢失。我实际测试了一下，片上的 EEPROM可以达到30K，地址从8000H到F3FFH，每个扇区 512个字节，读一个字节/编程一个字节/擦除一个扇区时间大 约是10us/60us/10ms；内部集成的MAX810专用复位电路， 可以实现软件复位；双数据指针，对外部数据存储单元的操 作更加方便；有三个定时器，使用方式同52系列单片机兼容； 内置ISP，可以在线编程。
R1 /IGT
5 60
P1 .4
Q3 9 01 3
图6 MC55模块启动电路
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1.3.3模块状态显示电路
MC55模块的SYNC引脚有两种操作模式：同步信号模 式和控制状态LED模式。两种模式可以通过AT^SSYNC=0/1 来选择。使用指令AT^SSYNC=0（默认）将引脚配置为同步 信号模式，用来指示发送GPRS数据时增加的功耗消费；使 用AT^SSYNC=1将引脚配置为控制状态LED模式，用来只是 模块的工作状态，如关机、检测到无SIM、睡眠、GPRS数 据传送、通话等。