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农业具有对象多样、地域广阔、偏僻分散、通信条件落后等特点，在绝大多数情况下，农业观测现场经常无人值守，导致信息获取非常困难。要解决这个问题，需实现数据的远程传输与交换[1]。通用分组无线技术GPRS（General Packet Radio Service)是在现有的GSM系统上发展起来的，充分利用了GSM系统的无线结构，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，向移动用户提供无线IP服务[2]。采用GPRS方案对数据量少、突发式、频繁传送的农业监测数据传输是一种较好的选择。
为了满足数据传输终端低成本、小型化和移动灵活等要求，广泛采用微处理器对GPRS模块进行控制。早期厂家推出的GPRS模块都不支持TCP/IP协议，因此，需要在微处理器中嵌入TCP/IP协议，这样既增加了硬件的负担，又增加了硬件的成本[3-4]。近几年，SIMCOM、SIEMENS等公司推出内嵌TCP/IP协议的GPRS模块，不仅降低了GPRS模块对微处理器的要求，还缩短了用户的开发周期。针对水产养殖环境监测系统数据传输频繁、数据量较小、现场改造困难、布线成本高等特点，本文介绍的系统采用GPRS技术，用低成本的单片机，A/D转换芯片，以及内嵌TCP/IP协议的GPRS无线通信模块SIM300C，实现水产养殖环境数据采集和数据的远程传输。
1 系统构成
远程数据采集传输终端以单片机AT89S52为主控制器，实现现场数据采集和远程数据传输两大功能。传感器采集的8路模拟信号以差分方式送入2片A/D转换芯片并转换成相应的数字量，每一轮转换结束后，单片机将16组数据放入1个数组中并添加帧头和帧尾，通过串口发送给SIM300C模块， SIM300C自动将要发送的数据打包成TCP/IP数据包，并通过GPRS网络与Internet上的服务器建立连接，将采集到的数据发送给服务器。
2 系统硬件设计
系统硬件设计分为A/D转换硬件设计和SIM300C模块外围电路设计。
2.1 数据采集与A/D转换硬件设计
A/D转换单元采用2片A/D转换芯片MAX186[5]。MAX186是MAXIM公司的8输入通道12位串行输出的A/D转换芯片，其输入端既可以单端输入8路模拟信号，也可差分输入4路模拟信号。MAX186主要信号线有：串行数据输出(DOUT)、串行选通脉冲输出(SSTRB)、串行数据输入(DIN)、低电平有效芯片选择(CS)、串行时钟输入SCLK。这些信号分别与单片机的P0.0~P0.4相连，另1片MAX186与单片机的P2.0~P2.4相连，如图1所示。AT89S52通过P0.3实现对MAX186的片选；通过P0.4向MAX186的SCLK送入串行时钟信号；通过P0.2向MAX186的DIN输入8位控制字；通过P0.1接收MAX186的SSTRB脚的电平输出，电平由低变高说明模拟信号经采样保持、A/D转换完毕，AT89S52可以接收数据；通过P0.0读入MAX186 DOUT引脚串行输出的12位数字量[6]。
2.2 SIM300C外围电路设计
SIM300C是SIMCOM公司的无线通信模块。该模块尺寸小、功耗低，内嵌强大的TCP/IP协议，提供通用的AT控制命令[7]。SIM300C内部集成了完整的射频电路和GSM基带处理器，提供2个串口、1个SIM卡接口、通用I/O接口等[8]。这些接口信号都通过60针的板对板连接器进行连接。
2.2.1 电源
SIM300C模块的1、3、5、7、9脚为电源输入引脚VBAT，2、4、6、8、10脚是地。由于模块的供电电压为3.4~4.5 V（典型值为4.2 V)，采用 5 V供电时，需要进行5 V到4.2 V的电压转换。设计中使用MICREL公司的MIC29300系列芯片为SIM300C提供4.2 V的电压，其输出电流可达到3 A，能够满足SIM300C的要求。电源电路如图2所示。
2.2.2 串口和SIM卡接口
SIM300C模块为用户提供了：通用串口和调试串口。因为模块提供的2个串口都是TTL电平，需通过电平转换芯片，将TTL电平转换成RS232电平。设计中采用MAXIM公司的MAX232芯片进行电平转换，使用TXD、RXD、GND 3根线构成3线串口。
SIM300C模块提供的SIM卡接口信号有：VSIM-SIM卡电源、SIMRST-复位、SIMCLK-时钟、SIMDATA-数据。SIM卡与模块之间通过SIM卡座进行连接，设计中采用6针SIM卡座，其信号线主要有：电源(VCC)、地(GND)、复位(RST)、状态(VPP)、时钟(CLK)、数据(I/O)，其中状态线VPP不接。SIM卡电源可以是1.8 V或3 V，RST、CLK、I/O 3个引脚分别连接22 ?赘电阻后，再与SIM300C的SIMRST、SIMCLK、SIMDATA相连，SIMDATA与VSIM间还需接1个10 k?赘的上拉电阻。另外，在SIM卡接口电路中，为了减小静电干扰，应使用静电防护器件，设计中采用了SEMI公司的SMF05C[8]。其硬件连接如图3所示。
作者：陈家敏 杜尚丰 刘 涛 赵 亮 张 峰 来源：电子技术应用
