陈巍（1970-）

    男，江西抚州人，硕士，讲师，主要从事电子教学及研究。




    摘   要：针对目前的网络质量监测手段还不完善，缺乏一种既能持续全面对网络质量进行监测又能将网络质量问题进行准确地理定位和初步分析的监测手段的问题，提出了一种基于单片机和GSM网络实现数据自动测试，称之为GSM网络质量监测系统的研究方法。

    关键词：GSM；单片机；自动采集；信息传输；质量监测

    Abstract: Aiming at the current situation that the technology of network-based quality monitoring is not perfect, which is lack of the monitoring way which can not only monitor the network quality continuously and generally, but also locate exactly and analyze primarily the net quality problems, this paper puts forward a kind of research way called network-based quality monitoring system of GSM , which can realize automatic test of data based on the SCM and GSM network.

    Key words: GSM; SCM; automatic acquisition; information transmission; quality monitoring

    近几年来随着无线网络的迅猛发展，无线网络运营竞争的加剧，网络的服务质量已经越来越受到人们的关注。提高网络质量，改善网络覆盖，充分利用网络资源，是一个有着巨大经济效益和关系到企业发展的重要课题。

    网络优化，就是对整个网络的资源根据需求和发展的情况进行调配，达到合理的运用。同时，对于网络运行中存在的诸如覆盖不好、话音质量差、掉话、网络拥塞、切换成功率低等问题，通过网络优化进行解决。网络优化工作是一个复杂艰巨的系统工程，它贯穿于网络发展的全过程。

    网络优化工作的一个主要任务就是测试数据的采集和分析工作。这些测试数据就是网络部分系统参数，包括利用路侧设备采集到的大量路测数据（如信号电平、通话质量、邻小区、信令、通话情况等），利用信令采集设备收集到的大量信令数据（包括Abis接口、A接口、E接口等），从OMC采集到的大量网络的性能数据和配置参数等。这些数据都需要网络优化人员大量的时间和精力进行收集和分析。

    本文提出了一种基于单片机和GSM网络实现数据自动测试的系统，称之为无线网络数据自动监测系统。利用此系统可以实现数据自动采集，有利于大大节省网络优化工作的人力、物力、财力。

    1 数据自动采集监测系统的硬件设计

    数据采集监测通讯终端是整个硬件系统的基础，负责完成数据信息采集、处理和传输，对后台管理机的控制指令进行解析和执行。GPS测量从理论到器件均已成熟，为系统的位移监测提供了最佳的测量手段；GSM移动通信网络这种无线数据通信方式也已经广泛使用。通过仔细的论证，将数据采集通讯终端的各个功能进行细化，采用模块化的设计思想进行硬件设计，使各硬件模块都能相对独立地运行。这样在进行系统组装和调试工作时将更加方便快捷，有效的缩短了设计开发周期。

    1.1 系统硬件总体设计框图

    整个模块主要包括P89C52微处理器，看门狗，数据存储器，串口扩展芯片，手机模块，GPS模块。串口扩展芯片采用GM8123， GM8123可以将单片机的一个串口扩展为三个串口。GM8123有两种工作方式：单通道方式和多通道方式。通过硬件看门狗监控模块的运行，防止模块死机，有效地提高了模块的可靠性。数据存储器采用一片62256扩展32K字节存储空间，用来存放采集到的数据。具体硬件原理设计框图如图1所示。

           

                                 图1   系统硬件总体框图

    1.2 系统各部分原理图

    （1）电源电路

    由于该模块可采用外部DC24V-DC9V之间供电，所以对于电源接口的设计应该具有过载保护、防接反保护。电路中选用肖特基二极管D1用来防止输入的电源线正极和负极接反，用TVS二极管D2来实现过压保护。通过U1输出+5V电压。＋5V用来供给微处理器等电路提供本模块工作的电源，因而电源接口的保护措施比较简单。如图2所示。

             
                               图2   电源保护电路原理图

    （2）看门狗电路

    系统通过看门狗电路有效的防止系统死机，系统的一些固定参数也存放在CAT1161中，如产品型号，厂商代码，波特率以及从机节点地址等。电路中的R51和R54分别为下拉和上拉电阻不可省掉，VCC必须大于4.6V CAT1161才能正常工作。当所接电压大于4.6V时，用示波器观察RESET引脚，会有方波输出。如图3所示。

            
                            图3   看门狗及复位电路

    信号引脚MS，STADD0，STADD1，SRADD0，SRADD1，RST分别接单片机的P3.2-P3.7。TXD0，RXD0分别接单片机的接收和发送引脚。MS是GM8123工作方式选择引脚，STADD0，STADD1，SRADD0，SRADD1是地址选择通道，RST为GM8123复位引脚，该引脚由软件控制复位。复位时间大于200MS及可复位。如图4所示。
            
 
                                图4   GM8123原理图

    （3）MAX232接口原理图

                               图5   MAX232借口原理图

    MAX232用于电平转化电路，将TTL电平转化为RS232电平。由于手机通过数据线出来的是RS232电平，单片机为TTL电平，与单片机相连必须要通过电平转化，才能达到电气参数的一致。图中的几个电容大约在1UF左右的电容都可以，其作用仅仅是拉高电平。可以用万用表测试电容1、3两端的电压。正常情况这两个引脚电平大约在7V以上。若在7V以下，则电平转化有问题。

    （4）手机与GPS接口原理图

    本系统中直接采用GPS模块。GPS模块是北京金耐威科技有限责任公司提供的OEM 模块REB-21R，通过手机数据线转化得到的是RS232电平与单片机相连还必须通过电平转化电路。数据线接口的第8引脚一定要接高电平。GPS模块的1、2引脚接高电平，10、13、16、18引脚接地。第11和12脚分别为GPS模块的发送和接收引脚。如图6所示。

                  

                             图6   手机与GPS的接口电路图

    2 系统自动采集监测软件系统框图

    在固件程序中，系统在功能上独立的几个模块简单划分为几个任务，各个功能任务在内核的调度下运行。但是各个任务并不是完全孤立的，而是在实时内核的调度下相互联系、相互协作的。这样可以根据I/O模块的特点，来划分各任务的输入输出接口数据格式。这样只需根据功能的不同，来加入或删除不同的任务即可。如图7所示。

                             图7   软件设计框图

    （1）任务0外围电路的处理

    该任务主要完成系统的初始化，其他任务的创建及指示灯的处理。

    （2）任务1短信发送

    该任务主要完成GPS及基站场强强度的数据格式的打包并通过手机发送出去。发送数据必须要符合GSM07.05协议格式。

    （3）任务2短信接收

    该任务主要完成短信的读取分析处理。对接收到的短信分析。需对接收到的数据格式有详细的了解。如接收到的数据为123数据时GSM07.05协议格式如下所示。

     0031000B813108979442F50000A704311B0E07

    00：默认短信中心；31：需要状态报告，不需要为11；00：永远为00，分割符；0B：目标号码为11位；81：无国家编码，有国家编码为91；3108979442F5：为目标号码，13807949245；00：协议标志TP-PID 一般为00；00：是否免提：是为18；A7：有效期标志；04：正文字节：311B0E07：短信息内容。

    （4）任务3 GPS信号采集

    该任务完成GPS信号的采集。此任务牵涉到数据格式的定义很简单，在程序处理方面比较容易。一帧数据的格式如下
$GPRMC,045854.892,A,2759.4398,N,11620.7030,E,0.00,,291104,,*16

    （5）任务4基站强度采集

    该任务主要完成基站场强的采集，主要通过手机发送AT+CSQ指令，来获取信号的强度。

    3 总结

    无线网络自动检测系统可以很好的完成对无线网络运行质量状况的监测，及时发现问题，做到无线网络数据的全天候大规模采集于监测，并将相关测试数据归档保存，供网优工作进行数据分析，通过对历史数据的对比分析，可随时了解无线网络情况及变化趋势，最终实现对网络质量的经常性监测与评估，为积极主动性的网络优化工作创造条件，既可为上一级主管提供有用数据，又可用于运行维护部分，用于网络优化，提高整个网络服务水平和质量。

    其他作者：郁汉琪（1961-），男，江苏南通人，硕士，教授，主要从事电气自动化教学及研究。

    参考文献：

    [1] 丁玉美，高西全. 数字信号处理（第2版）[M]. 西安电子科技大学出版社. 2000，12.

    [2] 薛年喜. GSM在数字信号处理中的应用[M]. 清华大学出版社. 2003，11.

    [3] 苏金明，张莲花，刘波等. MATLAB工具箱应用[M]. 电子工业出版社. 2004，1.

    [4] 陈怀琛. 数字信号处理教程—GSM释义与实现[M]. 电子工业出版社. 2004，12.



                                                              ——转自《自动化博览》