本文介紹的一種基于C8051F02X的無線數據傳輸系統(tǒng)應用了計算機技術和GSM網絡通信技術，是一種新型無線通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托GSM網絡，采用短消息進行數據通信，即在傳統(tǒng)的單片機數據采集系統(tǒng)中增加支持短消息、數據通信等業(yè)務的GPRS模塊，并為其分配一個獨立的SIM卡，結合單片機系統(tǒng)通過串行通信接口，實現了數據的遠程無線傳輸。

　　這里介紹的數據傳輸系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)中重要的一個環(huán)節(jié)，是一個既有監(jiān)控功能，又有強大管理功能的完善系統(tǒng)，由主控端系統(tǒng)、GSM通信網絡及遠程監(jiān)控終端系統(tǒng)組成。監(jiān)控終端通過GSM網絡和主控端監(jiān)控中心進行雙向的信息傳輸。它將采集到的數據信息送到監(jiān)控中心，同時接收監(jiān)控中心的操作命令，對受控設備實施相應的操作。整個系統(tǒng)實現了以下的主要功能：

　　數據采集 通過串口接收數據采集器采集的現場數據。

　　定時發(fā)送數據 系統(tǒng)定時(0：OO，8：00，16：00)將實時數據以短信息的方式通過GSM網絡發(fā)送給主控端。如果在規(guī)定的時間內主控端沒有收到短信息，主控端將會向系統(tǒng)返回信息，系統(tǒng)收到信息后重發(fā)數據。

　　數據遠程查詢 操作人員可隨時在值班室操作主控端軟件，發(fā)送命令查詢遠端數據采集器采集的當前數據，系統(tǒng)接收到該命令后即將采集到的當前數據發(fā)送給主控端。

　　遠程控制 操作人員可操作主控端軟件向系統(tǒng)發(fā)送用于監(jiān)控被控對象的參數值，系統(tǒng)接收到這些參數值后通過串口傳輸給數據采集器，從而實現遠程控制。

　　數據記錄 主控端軟件將接收到的數據儲存在數據庫中，以備日后檢索查看。

　　2 系統(tǒng)的硬件結構

　　圖1為采用的無線數據傳輸系統(tǒng)的硬件連接圖。

　　由圖1可以看到，系統(tǒng)由控制模塊和數據收發(fā)模塊兩部分組成。

　　控制模塊主要由C8051F021單片機和DSl2887時鐘芯片組成，主要是控制數據收發(fā)模塊發(fā)送數據的時間，同時也可以通過串口與上位機相連，通過上位機控制數據采集器的相關參數。

　　數據收發(fā)模塊主要由C8051F020單片機，數據采集器以及GPRS模塊三部分組成。數據采集器將采集到的數據通過串口0發(fā)送給單片機，單片機對接收的數據進行處理后，通過串口1發(fā)送相應的AT指令給GPRS模塊，然后GPRS模塊將數據以短信息的形式通過GSM網絡發(fā)送到接收端。

　　控制模塊和數據收發(fā)模塊之間通過SPIO進行通信，其中C8051F021為主機，C8051F020為從機?？偪啬K主要向數據收發(fā)模塊發(fā)送兩類控制信息：

　　(1)當到了采集數據的時刻，向數據收發(fā)模塊發(fā)送一個字符‘S’，數據收發(fā)模塊收到該信息以后就將該時刻接收的數據通過GPRS模塊發(fā)送給遠程終端;

　　(2)需要對數據采集器的相關參數進行修改時，將修改好的參數以一定的格式發(fā)送給數據收發(fā)模塊，數據收發(fā)模塊判斷之后通過串口O將該信息發(fā)送給數據采集器。2.1 C8051F02X單片機

　　美國Cygnal公司的系統(tǒng)型MCU芯片C8051F020是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU芯片，是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)(SoC)。與普通單片機相比較，它具有高速、功能強，外設及功能部件齊全，擴展芯片少，升級維護容易等優(yōu)點，而其具有的片內調試功能，設計人員可通過JTAG接口進行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調試，是復雜系統(tǒng)高效、高可靠性的數字信號處理芯片。

　　本系統(tǒng)設計選用此款單片機作為MCU的最主要原因，一方面是由于CIP-51與MCS-51指令完全兼容，可使用標準的8051的匯編器、編譯器及軟件包進行軟件開發(fā)，同時也方便使用人員進行軟件移植;另一方面可充分利用其豐富的通用數字端口資源，而不用地址/數據線復用，其外圍電路的設計也可以大大簡化。C8051F02X豐富的端口資源及其分配的靈活性通過使用優(yōu)先權交叉開關譯碼器實現，而且所有引腳都采用5 V電壓，且都可以配置為漏極開路或推挽輸出方式和弱上拉。

　　2.2 DSl2887時鐘芯片

　　DSl2887是DALLAS公司推出的一款時鐘芯片。該芯片內置晶振及電池，無需擔心掉電停走問題，另外還提供了114 B通用非易失RAM，同時可完成閏年補償和夏令時自動調整功能，支持Motorola和IN2TEL兩種總線時序。這些優(yōu)點使得該芯片被廣泛應用在工業(yè)控制領域中。時鐘芯片與單片機之間的電路連接如圖2所示。

　　2.3 MC35i模塊

　　MC35i是西門子公司的第一款GPRS模塊，它不僅支持GPRS技術，還具有TC35i的全部功能：可以在GSM網上進行數據、語音、短消息以及傳真的服務;采用標準的工業(yè)接口，易于集成。MC35i支持GSM900和GSMl800雙頻網絡，內置SlM卡閱讀器以及支持即插即用的特性，可以把它作為通用的雙頻帶模塊，用來簡單、快速地傳送數據。

　　MC35i有40個引腳，通過一個零阻力插座(Zero Insertion Force，ZIF)連接器引出。這40個引腳可以劃分為五類，即電源、數據輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。其中第18，19引腳分別作為輸入/輸出引腳與C8051F020的串口1相連;C8051F020通過向MC35i的第18引腳發(fā)送AT命令控制數據傳輸，同時根據第19引腳的返回數據來判斷是否有新短信并讀取短信內容。第15引腳為點火線IGT(Ignition)，是控制引腳，與C8051F020的P1.5引腳相連;當MC35i通電后必須給IGT一個大于100 ms的低電平，模塊才啟動。

　　3 系統(tǒng)的軟件設計

　　本設計分為主機和從機兩個部分，主機部分主要是實現對數據發(fā)送時間以及數據采集器參數的控制，從機部分主要是實現數據的接收和發(fā)送。

　　3.1 通信協議的設置

　　主機與從機之間要實現相互通信，首先必須規(guī)定用以傳輸數據的協議。一般來說，主機發(fā)送命令和配置信息給從機，而從機則向主機發(fā)送反饋信息。

　　本系統(tǒng)主要實現的是主機對從機數據發(fā)送時間的控制，當主機響應時鐘芯片DSl2887的中斷請求進入INTO中斷服務程序時，主機向從機發(fā)送一個字符‘s’，從機接收到該指令后就開始發(fā)送數據。同時數據收發(fā)模塊與接收終端之間同樣需要通信協議以保證傳輸的可靠性。當接收終端在一定的時間內(比如5 min)沒有收到數據時，向數據收發(fā)模塊發(fā)送一條內容為‘N’的短信息，示意重發(fā)數據。數據收發(fā)模塊收到短信息后，提取短信息內容并判斷是否為‘N’，是則重發(fā)數據。從機與數據采集器之間的通信也規(guī)定了相應的協議，每一組數據前都有相應的起始位和長度位，從機通過判斷每一組數據的起始位和長度位以保證數據接收的正確性。

　　3.2 主機部分的軟件設計

　　在主機部分，關鍵點在于如何對時鐘芯片進行初始化。初始化過程中，關閉周期性中斷和時鐘更新結束中斷，而將時間性中斷設為每整點一次，每次產生中斷后，讀取小時值，判斷是否能被8整除，如能整除，說明該時刻為O：00，8：00或16：00，則向從機發(fā)送控制信息‘S’，通知數據收發(fā)模塊發(fā)送數據。主機的INTO中斷服務程序流程圖如圖3所示。