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 基于无线通信模块的GPRS MODEM 的研制与应用(转)


作者:苏全 李崇贵

摘要:Wavecom 公司生产的基于GPRS/GSM 网络的无线通信模块,工作于900f850)/1800f1900)MHz,使用高性能GPRS Class 10提供完整的2.5G GSM/GPRS语音和数据容量。文中介绍了Q2400系列模块的功能和调试手段.给出了基于模块的GPRS MODEM 的设计方法与应用

GPRS(General Packet Radio Service),也叫通用分组无线业务是在现有GSM系统上发展出来的一种新无线数据传数业务。GPRS支持的点对点网络业务有无连接网络业务(如IP)和面向连接的网络业务(如x.25)两种,可实现点对多点组播业务和点对多点群呼业务。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s,实际应用带宽大约在40~100Kbit/s.在此信道上提供TCP/IP连接,可以应用于INTERNET连接、数据传输等。GPRS采用分组交换技术,按流量计费,仅在实际传送和接受数据时才占用无线资源,从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务,特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。
GPRS MODEM是基于GPRS/GSM网络的无线数据传输用调制解调器,能通过指定方式拨号上网,实现点对点及点对多点的数据传输,并可实现短消息的发送和接收。

1 模块的结构及功能
无线通信模块是一些无线通信厂家把一般通信产品的核心部分,包括MCU、电源系统、数据存储、控制与显示、语音处理等功能,特别是把技术难度最大的高频电路部分和射频部分都集成在无线通信模块内部。
Wavecom 的Q2400系列(Q2403A,Q2406)GPRS/GSM无线通信模块是基于GPRS/GSM网络的无线数传模块。模块能够支持语音、数据、传真等功能,Wavecom自己的复用协议基本上可以满足语音/数据复用串口的要求。在GPRS不可用的地区,还可以通过GSM短消息传输数据。

1.1模块的特性
Wavecom公司的WISMO Quik Q2400超薄芯片系列具有完整的2.5G GSM/GPRS语音和数据容量,皆在能够满足用户的需求,其主要性能有:

为双频GSM/GPRS模块,执行ETSI GSM Phase 2+的标准,在900MHz时,功率为2W,1800/1900MHz时为1W;
Q2403A (支持class2),下载26.8kbits/s,上传13.4kbits/s;
Q2406A(支持classl0),下载53.6.8kbits/s,上传26.8kbits/s;
GSM电路数据/传真功能;
数据线路异步、透明与非透明,最高传输速率可达14400 bits/s;
自动传真group3(class l&2),通话和传真转换,IrDA 1.2A协议;
GPRS信息包数据功能:
GPRS Class 10,采用CS1到CS4编码方案,支持PBCCH;
点对点的(MT/MO)和短消息区域广播,回复呼叫信息,通话或紧急呼叫,最高速率,升级最高速率和半速率,回声消除和噪声削减,全双工免提。
1.2模块的内部结构
WISMO Quik Q2400系列模块的内部结构图如下:

图1模块内部结构图
模块为60脚封装,大小约为5.8 x 3.2 x 0.4 cm,厚度仅为4毫米.非常容易集成到应用产品中。其内部包括通用接口、音频接口、SIM接口及射频接口;具有内部的FLASH、SRAM、A/D转换、实时时钟、声音合成、供电电路等;能完成电池管理、存储器管理、I/O口控制、SIM控制、GPSI控制及键盘控制。
通用接口提供与外部LCD模块的SPI总线或最大传输速率为400Kb/S的2线接口:5 X 5矩阵的键盘接口;具有SIM卡确认、供电、时钟、复位及I/O的3VSIM卡接口;3个通用I/O口、2个输出口和一个输入口共6个3V CMOS接口。此外还提供了2音频输入和2音频输出,一个蜂鸣器输出。
模块提供一个符合V24协议的6线串行通信接口,包括TX、RX、RTS、CTS、DTR、DSR;同时提供DCD和RI信号接口.
为保证模块的正常工作,要求提供两路电源,其中VBATY提供给RF部分, 电压范围为3.3V -4.5V,最大功率为2W;VDD提供给基带部分,电压范围为3.1V-4.5V,最大功率为0.5W。模块内部具有电池充电管理电路,利用外部电源提供的电流源对内部电池的安全充电进行控制与管理。

2 GPRS MODEM 的设计与应用
2.1 AT指令与模块的在线调试
利用Q2400系列模块进行无线数据传输系统的设计,首先是熟悉模块的功能及各种AT指令。对于涉足无线通信领域的人来说,AT指令不会是一个陌生的名词,使用串行线将计算机串口同模块相连,在SIM卡槽中放人SIM卡,接上天线,最后上电让模块开始工作。这时就可以使用Windows自带的“超级终端”或串行调试程序,选择所使用的串口号并以一定的波特率同模块进行通信,它们之间交流的“语法”就是AT指令。例如,对于Q2400系列模块来讲.首先可以通过一系列AT指令获得模块内部的相关资料:
AT+CGMI可以从模块中获得制造商的证明;
AT+CGMM 可以获得模块的型号;
AT+CGMR可以获得模块内部软件的版本号;
AT+CIMI可以读出SIM卡内的用户序列号。如果模块中已插入有效的SIM卡,则可以进行拨号和挂机操作:
ATD+号码为拨号指令,当发出ATD后.如果回应是0,则表示对方为语音传输,如果是数据传输,则回应CONNECT 10(11、12、13、14、15)表示数据传输的速度,如果是7,则表示对方正忙。
在“超级终端”环境下,还可以用AT指令实现对电话簿的操作、对通信模块的各种设置、短消息操作、传真业务操作等。在掌握了基本指令、呼叫控制指令、网络服务指令、安全指令及电话薄操作指令等一些常用的基本AT指令之后,重点要掌握的是如何进行短消息和数据的传送。实现SMS主要有两种方式.AT+CNMA 即TEXT格式和AT+CNMA=N, <PDU长度>即PDU格式。PDU格式实际上是对短消息进行打包的一种协议,中文短消息的实现必须通过PDU格式,使用AT指令方式熟悉PDU格式可以加深使用者对这一方式的认识和掌握。

2.2 GPRS MODEM的设计
Wavecom公司的Q2400系列作为专为移动设备而研制的模块,具有很强的接口功能,我们在研制GPRS MODEM时主要应用了它的通信、语音、SIM卡及数据存储等接口功能,其主要结构见图二。为了保证系统能稳定地进行数据传输而不至于经常掉线或丢失数据,一个稳定的、具有一定功率的电源和合理的电源管理是必不可少的.

图2 GPRS MODEM结构框图
GPRS MODEM提供透明通道和非透明通道两种工作模式。在透明通道模式下,GPRS MODEM对用户的数据不进行处理,直接将数据发送出去,收到的数据也原封不动的传递给用户。在这个模式下.短消息和语音功能可以由用户自己通过AT命令来实现,也可以通过调用API来实现。在非透明通道模式下,用户通过串行口采用帧格式与GPRS MODEM通信,可以通过调用API来实现。
GPRS MODEM在设计过程中为方便用户开发应用程序,定义了操作简单、功能强大的API帧。用户仅需要操作这些帧即可提供Internet的接入服务,实现应用数据在Internet上传输。用户API函数分为三类:最低层的基本串口收发API函数、帧API函数和socket API函数以及语音API和短消息API。
在无线数据传输过程中,作为用户数据传输目的地的数据中心计算机在INTERNET上的IP地址有2种形式,一种是使用固定IP,由于国内固定IP数量有限,所以多数使用动态域名作为数据中心计算机的IP地址。GPRS MODEM在进行参数配置时,需要将数据中心计算机的固定IP或者动态域名输入到系统中。对于动态域名,需要在系统内部通过域名服务器将动态域名解析成数据中心计算机的IP地址。当GPRS MODEM在进行数据通讯时,用户数据与数据中心计算机IP地址经过TCP/IP协议转换生成包含用户数据的TCP/IP包,该TCP/IP包由GPRS MODEM发射到移动GPRS网络上。
由于目前USB的即插即用和数据的高速传输功能,使得USB接口得到广泛的应用,为此我们选用了PROLIFIC公司的PL2303Hx的USB TO RS一232转换桥芯片,自动完成串行通信到USB传输的转换,非常容易地实现了具有USB接口的GPRS MODEM。

3 结束语
从上述研制的过程可以看出,由于技术难度最大的高频电路部分和射频部分都在无线模块内部处理,这无疑大大减小了硬件的开发难度。不论开发者对GPRS通信系统的熟悉程度如何,都可以使用无线通信模块搭建适合自己的无线数据传输实验平台,例如可以构建成外置式GPRS无线Modem;内置式PCMCIA卡GPRS无线Modem;也可以构建成模块式GPRS无线Modem,直接嵌入到任何需要进行无线数据传输的产品中去。我们在研制微电脑掌上资源调查仪时,就是采用了嵌入式的GPRS MODEM,利用GPRS/GSM网络进行数据的无线传输。所以,应用无线通信模块,可以在较小硬件开发成本的基础上,使开发者能够尽快把自己的想法转换为现实,从而缩短整个研发周期。.

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