基于CDMA傳輸模塊EM200的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

　　引言

　　隨著我國信息化進(jìn)程的全面推進(jìn)，各行業(yè)對信息化也提出了較高的要求。對傳輸信息化的認(rèn)識也從單純的數(shù)字化提升到數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化、無線化相統(tǒng)一的高度。針對目前的信息化要求，原有的有線傳輸系統(tǒng)雖可完成數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化，但復(fù)雜的布線、高昂的維護(hù)成本都使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分布范圍受到了很大的限制，這在很大程度上阻礙了數(shù)據(jù)傳輸信息化的深入和普及。移動監(jiān)測系統(tǒng)可以很好的解決上述問題，移動監(jiān)測系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、終端管理計算機(jī)、監(jiān)控中心組成，它可將數(shù)據(jù)采集設(shè)備安裝于可移動載體，從而將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)終端管理計算機(jī)處理后，通過無線數(shù)據(jù)傳輸通道傳送到監(jiān)控中心，以便監(jiān)控中心隨時了解現(xiàn)場的狀況，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線移動監(jiān)測?？紤]到實際應(yīng)用的需要，本文設(shè)計了一種基于CDMA或GPRS的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)傳輸要求的不同更換相應(yīng)模塊，從而完成更多功能。

　　1 無線數(shù)據(jù)傳輸方式

　　目前，移動無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄖ饕℅SM短消息、CDMA、GPRS和其它方式(如藍(lán)牙、ZigBee等)，它們各自具有不同的特點。

　　GSM短消息傳輸用的是信令信道，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式，傳輸延時不固定，具體視當(dāng)前的短消息業(yè)務(wù)使用情況而定。該方式的缺點是數(shù)據(jù)傳輸速率低、具有延遲性且時間不定。

　　CDMA (Code Division Multiple Access)又稱碼分多址，是一種無線通訊技術(shù)，系統(tǒng)可為每個用戶分配各自特定的地址碼。地址碼之間具有相互準(zhǔn)正交性，從而在時間、空間和頻率上都可以重疊。CDMA 1X的理論傳輸速率可達(dá)300 kbps，目前的實際傳輸速率大約在100 kbps左右，并可支持移動IP業(yè)務(wù)，可用于Intemet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/P>

　　GPRS (General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，它經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說，這項技術(shù)位于第二代(2G)和第三代(3G)移動通訊技術(shù)之間。 GPRS采用分組交換技術(shù)?？筛咝鬏敻咚倩虻退贁?shù)據(jù)和信令，GPRS的理論傳輸速率可達(dá)171.2 kbps，實際傳輸速率大約在40 kbps。

　　藍(lán)牙技術(shù)實際上是一種短距離的無線通信技術(shù)，是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范。藍(lán)牙系統(tǒng)一般由無線單元、鏈路控制(固件)單元、鏈路管理(軟件)單元和藍(lán)牙軟件(協(xié)議棧)單元4個功能單元組成。藍(lán)牙的傳輸距離為10 cm～10 m，如果增加功率或者是加上某些外設(shè)，則可達(dá)到100 m的傳輸距離。它采用2.4 GHzISM頻段和調(diào)頻、跳頻技術(shù)，使用權(quán)向糾錯編碼、ARQ、IDD和基帶協(xié)議。

　　ZigBee是一組基于IEEE批準(zhǔn)的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的、有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它的有效覆蓋范圍是10～75 m。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)速率降低到28 kbps時，傳輸范圍甚至可以擴(kuò)大到134 m，因而具有更高的可靠性。

　　本文采用的是高性能的微處理器LPC2210，該器件可以廣泛應(yīng)用在工業(yè)、民用無線數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，特別適用于一些難于布線的地區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)。設(shè)計采用的 CDMA無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用華為EM200，并通過標(biāo)準(zhǔn)RS232接口與處理器相連。本文介紹的是如何傳送用戶數(shù)據(jù)信息。實際上，用戶數(shù)據(jù)信息只是整個信息傳輸管理系統(tǒng)的一個應(yīng)用，通過更換不同的數(shù)據(jù)源模塊可實現(xiàn)不同的信息傳輸，從而構(gòu)成不同的信息傳輸管理系統(tǒng)，如遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等等。

　　2 組網(wǎng)方案

　　M2M(機(jī)器到機(jī)器)數(shù)據(jù)傳輸方式目前在多個行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用，它可通過數(shù)據(jù)采集終端對分布于各地的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過通用接口鏈接到CDMA無線傳輸模塊，再通過它對數(shù)據(jù)進(jìn)行透明傳輸，將相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的數(shù)據(jù)中心。圖1所示是基于CDMA的移動無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與用戶的數(shù)據(jù)中心之間一般可通過TCP/UDP建立數(shù)據(jù)連接。用戶的數(shù)據(jù)中心作為通信的服務(wù)端，具有公用的固定IP，并指定偵聽端口。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸模塊可設(shè)定為上電自動撥號，如果無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與用戶的數(shù)據(jù)中心之間采用TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。則自動與服務(wù)器建立TCP連接。

　　3 無線數(shù)傳終端的硬件組成

　　無線數(shù)傳終端的硬件部分主要包括ARM CPU控制模塊、CDMA Modem模塊及電源三部分，其硬件連接關(guān)系和結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　LPC2210是Philips公司的一款16/32位ARM7TDMI-S CPU微控制器。它是基于ARM通用體系結(jié)構(gòu)的RISC微處理器，具有低成本、低功耗、高性能等優(yōu)點。通常通過RS232/485口接收到用戶數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)打成IP包后，可利用EM200模塊接入CDMA網(wǎng)絡(luò)，然后通過各種網(wǎng)關(guān)和路由將數(shù)據(jù)發(fā)送到外部網(wǎng)絡(luò)或者數(shù)據(jù)處理中心。嵌入式CPU芯片是整個數(shù)據(jù)采集終端的核心，它不僅要能支持嵌入式操作系統(tǒng)，而且要提供Modem接口用于對CDMA的控制;EM200模塊主要完成無線上網(wǎng)功能，它可通過RS232接口與ARM CPU的Modem接口進(jìn)行連接，以完成對模塊的控制(比如撥號和切換模式等)。一旦通過模塊連接上Internet，那么，采集到的數(shù)據(jù)就可以用 TCP/IP傳輸方式發(fā)送到任意一個具有公網(wǎng)IP地址的主機(jī)上去，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。

　　3.1 UIM卡接口設(shè)計

　　EM200型CDMA無線數(shù)據(jù)傳輸模塊集成有符合IS07816-3標(biāo)準(zhǔn)的UIM卡接口，通過PCB的走線可以連接到模塊B2B連接器上。從而為外部UIM卡座提供UIM卡接口信號。EM200型CDMA無線數(shù)據(jù)傳輸模塊可支持并能夠自動檢測3.0V和1.8V的UIM卡，本設(shè)計用到的是3.0V的UIM卡。表1所列是系統(tǒng)連接器上的UIM卡針的接口定義。

　　考慮到EMC(Electromagnetic Compatibility電磁兼容性)的要求，在設(shè)計中可將UIM卡座盡量設(shè)計到離EM200無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口較近的位置，這樣可以避免因為走線過長而引起的波形變形，降低對信號通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。在實際設(shè)計中，可在UIM-VCC和UIM-GND之間并聯(lián)一個0.1μF的電容，并在UIM- CLK、UIM-IO、UIM-RST與UIM-GND之間并聯(lián)一個33p的電容，這樣可以濾除射頻信號的干擾。同時應(yīng)在UIMCL-K、UIM-IO、 UIM-RST走線上串聯(lián)33Ω的電阻。UIM與EM200模塊的接口電路連接關(guān)系圖如圖3所示。

　　3.2 系統(tǒng)音頻部分設(shè)計

　　EM200模塊提供有完整的音頻接口，設(shè)計時只需要增加少量外圍輔助元器件即可。音頻分為主通道和輔助通道兩部分。此外，音頻設(shè)計也應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離模塊的射頻部分，以降低射頻對于音頻的干擾。由于第一路音頻輸入輸出通道(MICI-P、MICI-N;EARl-P、EARl-N)全部為差分信號，所以在具體的PCB布線時，必須滿足差分信號走線的要求，并且走線要盡可能的短，以避免射頻信號對音頻產(chǎn)生干擾。如果僅使用一路音頻通道，那么，最好使用第一路主音頻通道。其主音頻輸入輸出通道的設(shè)計電路如圖4所示。

　　3.3 系統(tǒng)狀態(tài)指示燈設(shè)計

　　為了更直觀的了解無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)設(shè)計了由EM200 CDMA無線數(shù)據(jù)傳輸模塊LPG管腳控制的LED燈來作為指示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的標(biāo)志。并通過轉(zhuǎn)臺指示燈閃爍模式的不同來表示不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。實際設(shè)計中，LPG 管腳不能直接驅(qū)動LED，而需要配合三極管使用，具體的狀態(tài)指示燈電路如圖5所示。

　　4 移動終端軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的軟件由上位機(jī)和下位機(jī)軟件、服務(wù)器應(yīng)用界面和數(shù)據(jù)庫三部分構(gòu)成，下位機(jī)軟件負(fù)責(zé)ARM微控制器與CDMA模塊之間的串口通信，其流程圖如圖6所示。

　　要使得無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能夠正確的傳送數(shù)據(jù)，就必須順利接入網(wǎng)絡(luò)。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)需要登陸CDMA網(wǎng)絡(luò)并與PDSN網(wǎng)關(guān)通過LCP、PA-P、IPCP 協(xié)議進(jìn)行協(xié)商。其中LCP、PAP和IPCP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)大同小異，最常用的是請求REQ、響應(yīng)ACK和拒絕NAK三種幀。LPC2210微控制器與 PDSN各為一方進(jìn)行協(xié)商，任何一方都可以發(fā)送REQ幀來請求某方面的配置，另一方認(rèn)為不能接受配置，則會回應(yīng)NAK幀;如果可以接受，則回應(yīng)ACK幀。

　　5 結(jié)束語

　　根據(jù)近年來監(jiān)控系統(tǒng)、CDMA數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，本文介紹了一種移動終端在計算機(jī)之間進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法。在此基礎(chǔ)上，如果在監(jiān)控端建立數(shù)據(jù)接收軟件和數(shù)據(jù)庫，以用來接收來自CDMA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)并存儲，以備查詢，則可以方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實施傳輸和歷史查詢。而如果用ARM控制器直接讀取監(jiān)控器或傳感器的數(shù)據(jù)以完成數(shù)據(jù)采集，則可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和無線傳輸控制。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在出租、氣象、公安、運輸、水利等方面具有廣泛的應(yīng)用。