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1、<p> 題 目:用于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)</p><p><b> 中文摘要</b></p><p> 隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,越來(lái)越多的企業(yè)以及個(gè)人開(kāi)始利用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造高科技產(chǎn)品,無(wú)線技術(shù)開(kāi)始逐漸走入尋常百姓的家中。近幾年來(lái),無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)體系已經(jīng)是一個(gè)很大的趨勢(shì),同時(shí),物聯(lián)網(wǎng)的興起也推
2、動(dòng)著無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的廣泛使用。本論文正是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)興起的這種趨勢(shì),設(shè)計(jì)并制造了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊。</p><p> 本論文主要闡述了用于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì),并做出實(shí)物模塊,用于調(diào)試使用。本設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方案,分別完成了電源模塊、GPRS無(wú)線通訊模塊、RS232/485串口通訊模塊以及MCU模塊的設(shè)計(jì)并在論文中分別對(duì)各個(gè)模塊作了詳細(xì)描述以及在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的各種事項(xiàng)。</p>
3、<p> 在設(shè)計(jì)過(guò)程中,通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上已存在的產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)查以及方案對(duì)比,本設(shè)計(jì)綜合考慮了各種在設(shè)計(jì)方面需要注意的點(diǎn)以及所要實(shí)現(xiàn)的功能,并根據(jù)實(shí)際情況,完成了模塊的設(shè)計(jì),滿(mǎn)足了預(yù)期的的設(shè)計(jì)要求。</p><p> 在應(yīng)用方面,本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)后續(xù)的升級(jí)和改進(jìn),完全可以成為正式的產(chǎn)品推上市場(chǎng)。在物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始蓬勃發(fā)展的今天,相信本設(shè)計(jì)能夠受到歡迎。</p><p> 本文的目的主要有兩個(gè)
4、,一是呈現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)和工作原理,另一個(gè)是調(diào)試及考察其性能。在論文中,詳細(xì)記錄了設(shè)計(jì)完成后對(duì)模塊的測(cè)試以及分析結(jié)果。</p><p> 關(guān)鍵字:物聯(lián)網(wǎng),無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,透明傳輸</p><p> Design of wireless data transmission module for the Internet of Things</p><p>&
5、lt;b> Abstract</b></p><p> With the continuous development of wireless network technology, more and more businesses and individuals began using wireless data transmission technology for designing
6、and manufacturing high-tech products. Wireless technology has gradually begun to go into the homes of ordinary people. In recent years, wireless data transmission technology using in large-scale industrial production sys
7、tems has been a big trend, while the rise of the Internet of Things also promote the widespread use of wireless</p><p> This thesis mainly describes the design of wireless data transmission module for the I
8、nternet of Things and complete the module for debugging. This design uses a modular design way, completed power supply module, GPRS wireless communication module, RS232/485 serial communication module and MCU module. In
9、the thesis, each module is described in detailed and makes various points to pay attention to.</p><p> In the designing process, through investigating the existing products on the market and compare differe
10、nt programs, this design took a variety of points to pay attention to and the functions to be achieved into account, considering the actual situation, and completed the design of the module, meet the requirements of the
11、desired design.</p><p> In the application, with the subsequent upgrades and improvements, this design is believed to become an official product onto the market and will be well welcomed in the flourish of
12、the Internet of Things.</p><p> The purpose of this thesis is twofold, first is to present the design and operating principle of wireless data transmission module and the other is to debug and investigate i
13、ts performance. The result of test and analysis the module is recorded in detail in the thesis. </p><p> Key words: The Internet of Things, Wireless data transmission, Transparent transmission目 錄</p>
14、<p><b> 中文摘要I</b></p><p> AbstractII</p><p> 第1章 緒 論1</p><p> 1.1無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋尘凹鞍l(fā)展趨勢(shì)1</p><p> 1.2無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)的必要性2</p><p> 第2章 設(shè)計(jì)要求
15、3</p><p> 2.1 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的參數(shù)要求3</p><p> 2.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的功能要求3</p><p> 第3章 方案論證5</p><p> 3.1無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作原理5</p><p> 3.1.1 工作流程5</p><p> 3.
16、1.2 心跳包5</p><p> 3.1.3 注冊(cè)包6</p><p> 3.2無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的方案調(diào)查6</p><p> 第4章 概要設(shè)計(jì)7</p><p> 4.1整體模塊框圖介紹7</p><p> 4.2 分模塊框圖介紹7</p><p> 4.2.1 電源
17、模塊部分7</p><p> 4.2.2 MCU模塊部分8</p><p> 4.2.3 GPRS模塊部分8</p><p> 4.2.4 串口模塊9</p><p> 第5章 電路設(shè)計(jì)10</p><p> 5.1 MCU模塊10</p><p> 5.1.1 芯片介紹
18、10</p><p> 5.1.2 芯片引腳10</p><p> 5.1.3 MCU模塊原理圖11</p><p> 5.1.4 設(shè)計(jì)注意點(diǎn)11</p><p> 5.2 電源模塊11</p><p> 5.2.1 電源模塊原理圖12</p><p> 5.2.2 設(shè)計(jì)
19、注意點(diǎn)12</p><p> 5.3 GPRS無(wú)線通訊模塊13</p><p> 5.3.1 模塊原理圖13</p><p> 5.3.2 設(shè)計(jì)注意點(diǎn)15</p><p> 5.4 SIM卡15</p><p> 5.4.1 設(shè)計(jì)注意點(diǎn)16</p><p> 5.5天線接
20、口16</p><p> 5.6串口通訊模塊17</p><p> 5.6.1 串口通訊模塊設(shè)計(jì)17</p><p> 5.6.2 MAX3232串口的電路連接圖18</p><p> 5.7 PCB設(shè)計(jì)18</p><p> 第6章 模塊調(diào)試和參數(shù)測(cè)試19</p><p>
21、; 6.1模塊功能調(diào)試19</p><p> 6.2各種條件下的功能測(cè)試22</p><p> 6.3 電氣參數(shù)測(cè)試23</p><p><b> 結(jié) 論24</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b> 謝
22、辭27</b></p><p><b> 第1章 緒 論</b></p><p> 1.1無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋尘凹鞍l(fā)展趨勢(shì)</p><p> 近年來(lái),通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展使得無(wú)線通信技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用[1],許多遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)也開(kāi)始采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的交流。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)指的是使用無(wú)線電波作為數(shù)據(jù)傳輸媒介,
23、通過(guò)將本地計(jì)算機(jī)以及其他通信設(shè)備的數(shù)據(jù)調(diào)制到載波頻率上進(jìn)行發(fā)射,達(dá)到與遠(yuǎn)程終端之間通訊的技術(shù)。這涉及到計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多項(xiàng)學(xué)科領(lǐng)域。通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng),人們可以獲取遠(yuǎn)程設(shè)備的運(yùn)行情況信息以及各種參數(shù)指標(biāo),然后通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的分析從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程控制等的功能。和有線數(shù)據(jù)傳輸相比,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸擁有布線成本低、易于安裝、易于移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)廣泛地運(yùn)用在車(chē)輛監(jiān)控、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線抄表、門(mén)禁系統(tǒng)、小區(qū)
24、傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、小型無(wú)線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無(wú)線遙控系統(tǒng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域中,[2]。此外,在高科技領(lǐng)域方面,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用也在迅猛發(fā)展,遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、遙控機(jī)器人的控制,高空飛機(jī)偵查等等的應(yīng)用也越來(lái)越離不開(kāi)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。</p><p> 無(wú)線通信技術(shù)第一階段的發(fā)展要追溯到20世紀(jì)20年代初期一直到50年代初期,當(dāng)時(shí)的無(wú)線通信技術(shù)主要是應(yīng)用在滿(mǎn)足軍方的需求上,在當(dāng)時(shí),無(wú)線通信技術(shù)有相當(dāng)大的局限性
25、,傳輸方式受到各種客觀環(huán)境的限制,同時(shí),傳輸速率也是處在一個(gè)比較低的水平上。從20世紀(jì)50年代到20世紀(jì)60年代,無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的第二階段,當(dāng)時(shí)的通訊設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始在專(zhuān)用的通訊環(huán)境中使用了。半導(dǎo)體技術(shù)的過(guò)渡,解決了安裝公用電話(huà)在通信技術(shù)上的問(wèn)題,在另一方面也實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)電話(huà)和公用電話(huà)在使用上的持續(xù)性。同時(shí),傳輸速率有了一定的提高。從20世紀(jì)70年代初期到20世紀(jì)80年代初期,無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的第三階段,當(dāng)時(shí)的通信頻段大大得到了
26、擴(kuò)展,同時(shí)第一代的數(shù)字通信技術(shù)系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)也開(kāi)始出現(xiàn)了。步入20世紀(jì)80年代以來(lái)一直持續(xù)到20世紀(jì)末期,無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的第四階段,當(dāng)時(shí)的通信技術(shù)已經(jīng)有了一定的發(fā)展和運(yùn)用,第二代的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)也開(kāi)始出現(xiàn),這些改變都在一定程度上促進(jìn)了各類(lèi)電信系統(tǒng)的發(fā)展。從20世紀(jì)末期到現(xiàn)在,屬于無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的第五階段,如今,數(shù)字通信系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了第三代,這不僅在通信領(lǐng)域內(nèi)滿(mǎn)足技術(shù)逐步提高的發(fā)展需求,同時(shí)</p><p&g
27、t; 基于無(wú)線通信技術(shù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀,再考慮到不同接入網(wǎng)應(yīng)滿(mǎn)足于不同的應(yīng)用場(chǎng)合的需求,通信技術(shù)的發(fā)展將會(huì)具備以下幾個(gè)特點(diǎn):1、點(diǎn)與點(diǎn)之間通信過(guò)渡到多點(diǎn)之間的通信2、多向控制3、立體信息多元化的發(fā)展4、高仿真地實(shí)現(xiàn)信息的再現(xiàn)。移動(dòng)通信網(wǎng)在一定范圍內(nèi)存在的互補(bǔ)性使得 LET技術(shù)將在無(wú)線通信技術(shù)上成為主導(dǎo),以此來(lái)促進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)之間的融合,這樣,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的檢測(cè)不僅得到了提高,不同用戶(hù)之間互相通信的互相干擾也大大得到了控制。由此可見(jiàn),
28、未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的融合。由于通信技術(shù)接入方式在不同系統(tǒng)中存在著差異,不同的通信技術(shù)在覆蓋面、適用范圍以及接入速度等方面也有一定的差異,比如WLAN解決的問(wèn)題是關(guān)于長(zhǎng)距離中數(shù)據(jù)的傳輸,而3G是為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)的漫游,所以,為了能夠促進(jìn)無(wú)線通信技術(shù)往多元化發(fā)展,應(yīng)不斷提高無(wú)線通信技術(shù)之間的互補(bǔ)性,來(lái)促使現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展。鑒于無(wú)線通信技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用不同,無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)該和其他相關(guān)學(xué)科進(jìn)行交叉鏈接,以此來(lái)
29、使得無(wú)線通信技術(shù)能夠滿(mǎn)足不同用戶(hù)的不同需求。這也使得無(wú)線通信技術(shù)在無(wú)形中實(shí)現(xiàn)了跨領(lǐng)域發(fā)展,同時(shí)也要適當(dāng)?shù)厥篃o(wú)線通信技術(shù)往創(chuàng)新性方</p><p> 1.2無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)的必要性</p><p> 無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展使得如今無(wú)論是智能手機(jī)還是計(jì)算機(jī)都到了廣泛的應(yīng)用,iPhone、iPad等智能設(shè)備已經(jīng)成為最受青少年歡迎的電子產(chǎn)品,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展是響應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。信息
30、化的社會(huì)使得很多企業(yè)飛速的發(fā)展,特別是高科技領(lǐng)域的企業(yè),而無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)又是在這方面給企業(yè)帶來(lái)前所未有的技術(shù)突破性、便利性以及靈活性。在個(gè)人方面,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展在一定程度上顯著地提高了人們的工作效率,改善了人們的生活水平,同時(shí)也減少了人們的工作壓力。 Wifi等技術(shù)的廣泛使用正是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)必須發(fā)展起來(lái)的體現(xiàn)?,F(xiàn)有的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸所存在的缺點(diǎn)也使得技術(shù)改進(jìn)、更新進(jìn)程迫在眉睫。和有線數(shù)據(jù)傳輸相比,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)雖然解決了許多有線傳輸
31、難以克服的困難,擁有很多的技術(shù)優(yōu)勢(shì),但在一些方面仍然存在著技術(shù)缺陷。比如無(wú)線傳輸?shù)乃俣仁莻€(gè)弱項(xiàng),通常速率都是比較慢的,而且容易受到干擾,且功率受限。并且,因?yàn)闊o(wú)線傳輸?shù)慕橘|(zhì)存在易受影響和利用的缺點(diǎn),使得它除了具有有線傳輸數(shù)據(jù)的不安全性外,還更容易受到干擾和竊聽(tīng)、欺騙以及被冒充等形式的攻擊,所以安全性問(wèn)題一直都是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)軟肋,是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。目前情況下,</p><p><b> 第
32、2章 設(shè)計(jì)要求</b></p><p> 2.1 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的參數(shù)要求</p><p> 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊在電源方面要求能夠有較大的輸入范圍,才能夠適用在多種多樣的工作場(chǎng)合。電壓輸入范圍要求為5~64V,電源允許的最大工作電流要足夠大,才能保證模塊能夠正常工作,不會(huì)被燒壞,要求能夠達(dá)到2A。在功耗方面,模塊要求能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗,待機(jī)電流要小,要小于10mA。在MCU處理
33、器方面,為了實(shí)現(xiàn)模塊的升級(jí)以及系統(tǒng)的擴(kuò)展,采用32位的通訊處理器。SIM卡座要求能夠?qū)崿F(xiàn)熱插拔的功能,置有15KV的ESD保護(hù)。串口通訊采用DB9串口,同樣置有15KV的ESD保護(hù)。天線部分要求實(shí)現(xiàn)50歐姆的阻抗匹配。</p><p> 2.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的功能要求</p><p> 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)要求能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸,能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測(cè),斷線重連的功能來(lái)保證鏈路的永
34、久在線。支持DTU與數(shù)據(jù)中心同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù),支持用戶(hù)配置參數(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。在安全性方面要具有數(shù)據(jù)保密性。</p><p> 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵墓δ埽?lt;/p><p> ?。?)內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議棧:</p><p> GPRS DTU內(nèi)部封裝了PPP撥號(hào)協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議棧并且移植入了嵌入式操作系統(tǒng)。它可看作是嵌入式PC與無(wú)線GPRS MO
35、DEM的結(jié)合;它具備GPRS撥號(hào)上網(wǎng)以及下TPC/IP數(shù)據(jù)通信的功能、采用心跳包保持永久在線,支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連、自動(dòng)重?fù)芴?hào)等特點(diǎn)。[4]</p><p> (2)提供串口數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)換功能:</p><p> GPRS DTU提供了串行通信接口,可以將串口上的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳送,不需要改變?cè)械臄?shù)據(jù)通信內(nèi)容,可以和各種使用串口通信的用戶(hù)設(shè)備進(jìn)行連接。[4]
36、(3)支持自動(dòng)心跳,保持永久在線</p><p> GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)之一就是支持 GPRS終端設(shè)備永久在線,因此典型的 GPRS DTU 在設(shè)計(jì)上都支持永久在線功能,這就要求 DTU 包含了上電自動(dòng)撥號(hào)、采用心跳包保持永久在線(當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)通信時(shí),移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將斷開(kāi) DTU 與中心的連接,心跳包就是 DTU 與數(shù)據(jù)中心在連接被斷開(kāi)之前發(fā)送一個(gè)小數(shù)據(jù)包,以保持連接不被斷開(kāi))、支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連、自動(dòng)重?fù)芴?hào)等
37、特點(diǎn)。[5]</p><p> ?。?)支持參數(shù)配置,永久保存 GPRS DTU作為一種通信設(shè)備,其應(yīng)用場(chǎng)合十分廣泛。在不同的應(yīng)用中,數(shù)據(jù)中心的IP地址及端口號(hào),串口的波特率等都是不同的。因此,GPRS DTU都應(yīng)支持參數(shù)配置,并且將配置好的參數(shù)保存內(nèi)部的永久存儲(chǔ)器件內(nèi)(一般為FLASH或EEPROM等)。一旦上電,就自動(dòng)按照設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行工作。[6]</p><p> ?。?)
38、支持用戶(hù)串口參數(shù)設(shè)置 不同用戶(hù)設(shè)備的串口參數(shù)有所不同,DTU連接用戶(hù)設(shè)備的串口時(shí),要根據(jù)用戶(hù)設(shè)備串口的實(shí)際參數(shù)對(duì)DTU端進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置,保證用戶(hù)設(shè)備的正常通信和可靠數(shù)據(jù)傳輸。[6]</p><p><b> 第3章 方案論證</b></p><p> 3.1無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作原理</p><p> 3.1.1 工作流程</
39、p><p> GPRS DTU一上電,首先將讀出內(nèi)部設(shè)置保存的運(yùn)行參數(shù),包括GPRS撥號(hào)參數(shù)、串口波特率、數(shù)據(jù)中心的IP地址和端口號(hào)等等。撥號(hào)成功后,GPRS DTU將被隨機(jī)地分配一個(gè)移動(dòng)內(nèi)部的IP地址。換句話(huà)說(shuō),GPRS DTU是工作在一個(gè)移動(dòng)內(nèi)網(wǎng)中,但是網(wǎng)絡(luò)IP地址是不固定的,而是隨著每次撥號(hào)而改變。這意味著GPRS DTU是內(nèi)部LAN(局域網(wǎng))內(nèi)的移動(dòng)設(shè)備,通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)(GGSN)和外部公共互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信
40、。這樣,它就不可能在主站和從站間直接進(jìn)行通信。但是DTU能夠用一個(gè)固定的公共網(wǎng)絡(luò)IP地址或者域名自動(dòng)連接到數(shù)據(jù)中心并保持這一通信鏈路。因此,GPRS DTU需要主動(dòng)連接到數(shù)據(jù)中心。 </p><p> 具體來(lái)講,GPRS DTU通過(guò)預(yù)先配置的數(shù)據(jù)中心IP地址和端口號(hào)發(fā)送一個(gè)TCP(傳輸控制協(xié)議)或UDP(用戶(hù)數(shù)據(jù)包協(xié)議)通信請(qǐng)求到數(shù)據(jù)中心。收到來(lái)自數(shù)據(jù)中心的響應(yīng)后,GPRS DTU成功地和數(shù)據(jù)中心握手并保持通
41、信鏈路。如果通信鏈路被中斷,GPRS DTU將立即和數(shù)據(jù)中心重新握手。這樣,GPRS DTU和數(shù)據(jù)中心的TCP/UDP雙向信息鏈路就已經(jīng)建立起來(lái)了。[7]</p><p> GPRS DTU集成了TCP/IP協(xié)議棧,因此它能相對(duì)容易地完成用戶(hù)的串行數(shù)據(jù)和GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)收到用戶(hù)的串行數(shù)據(jù),GPRS DTU立即將串行數(shù)據(jù)封裝成TCP/UDP數(shù)據(jù)包并發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。相反的,當(dāng)GPRS DTU從數(shù)據(jù)中
42、心收到TCP/UDP數(shù)據(jù)包時(shí),它將從數(shù)據(jù)包中提取有用信息,并立即通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)到用戶(hù)設(shè)備。[8]</p><p> 數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤釛l件就是由 GPRS 終端主動(dòng)發(fā)出注冊(cè)申請(qǐng),與擁有固定公網(wǎng) IP 地址和固定監(jiān)聽(tīng)端口的監(jiān)控中心主機(jī)建立TCP連接,然后由控制中心的主機(jī)保存此通信連接的Socket 信息,供用戶(hù)隨時(shí)通過(guò)主界面發(fā)起命令來(lái)控制遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集 GPRS 終端,然后就等待數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)已經(jīng)建立的通信鏈路向
43、控制中心發(fā)送所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)幀。當(dāng) TCP 連接意外斷開(kāi)時(shí),GPRS終端會(huì)自動(dòng)重新向監(jiān)控中心發(fā)起注冊(cè)申請(qǐng)來(lái)建立連接。 [1]</p><p><b> 3.1.2 心跳包</b></p><p> 當(dāng)一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí),移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將自動(dòng)斷開(kāi)數(shù)據(jù)中心和GPRS DTU的通信鏈路。為了保持連接在線,DTU心跳包將會(huì)在這個(gè)鏈路被斷開(kāi)之前發(fā)送。問(wèn)題是多久DTU心跳包會(huì)發(fā)送
44、。如果發(fā)送時(shí)間間隔設(shè)太長(zhǎng),那么將沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸,移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將中斷鏈路。相反的,數(shù)據(jù)中心因?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)延遲不能及時(shí)接收到心跳包。在地面上,GPRS DTU將確定該通信鏈路已斷開(kāi)連接,并自動(dòng)重連。不管什么情況,遠(yuǎn)程控制將增加不穩(wěn)定性。[9]</p><p><b> 3.1.3 注冊(cè)包</b></p><p> DTU 上電以后會(huì)根據(jù)設(shè)置的數(shù)據(jù)中心 IP 和端口號(hào)會(huì)主動(dòng)去連
45、接數(shù)據(jù)中心, 一但 TCP 鏈路建立成功, DTU 將發(fā)送首次注冊(cè)包, 其中包含了 DTU 的基本信息, 不同的廠家的 DTU 注冊(cè)包應(yīng)該不同。當(dāng) DTU 與數(shù)據(jù)中心在通信過(guò)程中, 發(fā)生異常需要自動(dòng)重?fù)芴?hào), 也會(huì)重新連接數(shù)據(jù)中心再發(fā)送注冊(cè)包。下面給了某個(gè)廠家的生產(chǎn)的 GPRS DTU 的注冊(cè)包幀格式。數(shù)據(jù)中心接收到注冊(cè)包后, 就可以得到 DTU 所設(shè)置的 ID號(hào)、所使用的 SIM 卡號(hào)、分配的 IP 地址。只有當(dāng)數(shù)據(jù)中心接收、分析完注冊(cè)
46、包后, 才可以確認(rèn) DTU 與數(shù)據(jù)中心建立通信連接,接下來(lái)就可以進(jìn)行穩(wěn)定的、可靠地?cái)?shù)據(jù)傳輸。 [9]</p><p> 圖3-1 DTU寄存器數(shù)據(jù)包的幀格式</p><p> 3.2無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的方案調(diào)查</p><p> 本模塊在設(shè)計(jì)之前,對(duì)目前市場(chǎng)上已存在的產(chǎn)品和方案進(jìn)行了如下調(diào)查: </p><p> ?。?)廈門(mén)才茂CM35
47、0P/CM350EP是一款工業(yè)級(jí)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,通過(guò)移動(dòng)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)為用戶(hù)提供短信透明數(shù)據(jù)傳輸和I/O端口檢測(cè)報(bào)警的功能。該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)三層系統(tǒng)保護(hù),包括軟件保護(hù)、CPU內(nèi)置看門(mén)狗WDT保護(hù)以及系統(tǒng)虛擬值守VWM檢測(cè)保護(hù)。支持1.8V/3V/5V標(biāo)準(zhǔn)的推桿式SIM卡接口,內(nèi)置15KV ESD保護(hù)。串口支持RS232/RS485/RS422,同樣內(nèi)置15KV ESD保護(hù)。通訊時(shí)的平均電流為350mA,登網(wǎng)時(shí)的峰值電流為1A。待機(jī)
48、電流小于35mA。電源輸入電壓范圍為5V到32V,波特率范圍從110bps到230.4Kbps。</p><p> ?。?)WG-8010 GPRS DTU內(nèi)置工業(yè)級(jí) GPRS 無(wú)線模塊,提供標(biāo)準(zhǔn) RS232/485/422 數(shù)據(jù)接口,可以方便的連接 RTU、PLC、工控機(jī)等設(shè)備,僅需一次性完成初始化配置,用戶(hù)設(shè)備就可以與服務(wù)器端通過(guò) GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和 Internet 網(wǎng)絡(luò)建立連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸;另外
49、,用戶(hù)設(shè)備也可以利用 DTU 直接收發(fā)短信以及作為 GSM MODEM 連接上網(wǎng)。WG-8010支持1.8V/3V SIM卡接口,串口標(biāo)準(zhǔn)支持RS232/485/422,同樣內(nèi)置15KV的ESD保護(hù)。通訊時(shí)的平均電流為160~250mA,登網(wǎng)時(shí)的峰值電流為2A。待機(jī)電流為20~25mA。電源輸入電壓范圍為5V到24V。波特率范圍從300bps到115.2Kbps。</p><p> 將模塊的設(shè)計(jì)要求與這兩個(gè)產(chǎn)品
50、進(jìn)行比較,可以發(fā)現(xiàn),本設(shè)計(jì)的一個(gè)大的優(yōu)勢(shì)在于輸入電壓要求大,能夠在更多的領(lǐng)域中應(yīng)用,適應(yīng)更加嚴(yán)格的要求。對(duì)于SIM卡以及串口,同樣都置有15KV的ESD保護(hù)。本設(shè)計(jì)對(duì)天線部分進(jìn)行了阻抗匹配,能夠使信號(hào)更加穩(wěn)定。</p><p><b> 第4章 概要設(shè)計(jì)</b></p><p> 4.1整體模塊框圖介紹</p><p> 圖 4-1 整體
51、模塊框圖</p><p> 本設(shè)計(jì)將分為四大部分進(jìn)行設(shè)計(jì),分別是電源模塊、MCU通訊處理器模塊、串口模塊以及GPRS無(wú)線通信模塊。每個(gè)模塊分別設(shè)計(jì),然后組合在一起。除了串口模塊外,每個(gè)模塊都有獨(dú)立的工作指示燈,當(dāng)模塊正常工作時(shí),不同的指示燈亮、滅、閃爍代表不同的工作狀態(tài)。</p><p> 4.2 分模塊框圖介紹</p><p> 4.2.1 電源模塊部分&l
52、t;/p><p> 按照設(shè)計(jì)要求,能夠?qū)崿F(xiàn)5V到64V的直流電壓輸入,使用電源管理芯片輸出固定的電壓值,比如3.3V或者5V,為MCU供電。然后如果需要其他電壓值則再將輸出的電壓經(jīng)過(guò)二極管降壓,其他部分供電,電源工作指示燈為紅色。</p><p><b> 電源模塊框圖如下:</b></p><p> 圖4-2 電源模塊框圖</p>
53、;<p> 4.2.2 MCU模塊部分</p><p> 為了將來(lái)能夠升級(jí)和擴(kuò)展,芯片采用32位通訊處理器。MCU部分工作指示燈設(shè)置為綠色</p><p> MCU模塊框圖如下:</p><p> 圖4-3 MCU模塊框圖</p><p> 4.2.3 GPRS模塊部分</p><p> GP
54、RS部分包括SIM卡座,設(shè)計(jì)為8腳。對(duì)天線的控制,天線部分要注意50歐姆的阻抗匹配,工作指示燈設(shè)置為黃色。</p><p><b> GPRS模塊框圖:</b></p><p> 圖4-4 GPRS模塊框圖</p><p> 4.2.4 串口模塊</p><p> 串口部分采用MAX3232芯片,實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。&
55、lt;/p><p><b> 串口模塊框圖:</b></p><p> 圖4-5 串口模塊框圖</p><p><b> 第5章 電路設(shè)計(jì)</b></p><p> 本模塊原理圖設(shè)計(jì)是在ORCAD環(huán)境下完成,PCB設(shè)計(jì)是在PADS環(huán)境下完成的。[7]</p><p>&l
56、t;b> 5.1 MCU模塊</b></p><p> 5.1.1 芯片介紹</p><p> MCU是以ARM Cortex-M0為內(nèi)核的微控制器,是32位的通訊處理器,廣泛應(yīng)用與工業(yè)控制以及需要較多通信接口的領(lǐng)域。Cortex-M0是ARM最新的32位嵌入式控制器,成本低廉,與傳統(tǒng)的8位微控制器相差不多。</p><p> MCU運(yùn)行頻
57、率最高達(dá)到50MHz,因此,可以應(yīng)用在各種工業(yè)控制以及需要高性能CPU的領(lǐng)域。MCU內(nèi)核具有一個(gè)24位的系統(tǒng)定時(shí)器,支持低功耗睡眠模式,內(nèi)建一組LDO支持寬工作電壓范圍2.5V~5.5V。存儲(chǔ)器方面,8K字節(jié)Flash用于存儲(chǔ)用戶(hù)程序(APROM),4K字節(jié)Flash用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(DataFlash), 4K字節(jié) Flash用于存貯ISP引導(dǎo)代碼(LDROM)還有4K字節(jié)SRAM用作內(nèi)部高速暫存存儲(chǔ)器。</p><p
58、> 5.1.2 芯片引腳</p><p> 芯片共包含48個(gè)引腳,引腳排布如圖3所示</p><p> 圖5-1 芯片引腳圖</p><p> 5.1.3 MCU模塊原理圖</p><p> 圖5-2 MCU模塊原理圖</p><p> 5.1.4 設(shè)計(jì)注意點(diǎn)</p><p>
59、 ?。?)在VDD引腳與最近的地端接一個(gè)100nF的旁路電容,以及一個(gè)220μF的濾波電容。如圖C4和C5所示。</p><p> ?。?)為了確保電源的穩(wěn)定性,在LDO與最近的地端之間接一個(gè)1μF或者更大的電容,本設(shè)計(jì)接10μF。如圖CB1所示。</p><p> ?。?)在PCB設(shè)計(jì)中,為了保證VDD的穩(wěn)定性,C4和C5盡量靠近MCU的VDD腳,走線盡量短。</p>&l
60、t;p><b> 5.2 電源模塊</b></p><p> 在模塊設(shè)計(jì)中,需要3.8V和3.3V兩種電源電壓,而輸入電壓要求達(dá)到5~64V。為了得到可靠的穩(wěn)定電壓且具備如此大的輸入電壓范圍,選用降壓型電源管理集成電路LM2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器。LM2596能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電路,具有良好的線性及負(fù)載調(diào)節(jié)特性,其固定輸出版本有3.3V、5V以及12V,可調(diào)輸出版本可以輸出小于37V
61、的各種電壓。由于本設(shè)計(jì)需要輸出3.8V電源電壓,故采用可調(diào)輸出版本。</p><p> LM2596可調(diào)輸出版本電壓范圍為1.2V~37V±4%,輸出線性良好且負(fù)載可調(diào)節(jié),輸出電流最高可達(dá)3A,輸入電壓最高可達(dá)64V,采用150KHz的內(nèi)部震蕩頻率,功耗小,效率高,具有過(guò)熱保護(hù)和限流保護(hù)功能。</p><p><b> 引腳功能:</b></p&g
62、t;<p><b> 表5-1 引腳功能</b></p><p> 5.2.1 電源模塊原理圖</p><p> 圖5-3 電源模塊原理圖</p><p> 3.8V電壓輸出反饋電阻值計(jì)算:</p><p> Vout=Vref*(1+R10/R9),其中Vref=1.23V</p>
63、<p> 3.8V=1.23V*(1+R10/R9),推出R10=2R9,R9選用標(biāo)稱(chēng)值位3KΩ,精度位1%的電阻。</p><p> 3.8V轉(zhuǎn)3.3V采用SS14二極管降壓,查詢(xún)芯片手冊(cè)知經(jīng)過(guò)SS14二極管,電壓下降0.5V。</p><p> 5.2.2 設(shè)計(jì)注意點(diǎn)</p><p> (1)為了減少干擾,PCB設(shè)計(jì)中電感部分應(yīng)設(shè)置禁止覆銅區(qū)
64、。</p><p> ?。?)PCB設(shè)計(jì)中,兩個(gè)220μF電容盡量靠近LM2596電壓輸入引腳。</p><p> ?。?)反饋線注意要遠(yuǎn)離電感,走線盡量短、盡量粗,然后兩個(gè)反饋電阻需要靠近LM2596的反饋引腳。</p><p> ?。?)添加D1作為續(xù)流二極管。續(xù)流二極管的工作原理如下:當(dāng)LM2596器件導(dǎo)通時(shí),電壓輸出腳OUTPUT給L1和C29充電以及提供負(fù)
65、載電壓,此時(shí)D1處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)LM2596器件截止時(shí),OUTPUT腳不再輸出電壓,L1維持負(fù)載電流,此時(shí)D1導(dǎo)通為L(zhǎng)1提供回路,同時(shí)C29放電,因此電位下降,通過(guò)FEEDBACK與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,電位低于基準(zhǔn)電壓,LM2596再次導(dǎo)通,開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。</p><p> 5.3 GPRS無(wú)線通訊模塊</p><p> 5.3.1 模塊原理圖</p><p&g
66、t; 圖5-4 GPRS模塊原理圖</p><p> GPRS模塊設(shè)計(jì)主要要包括提供4個(gè)LCC接口的電源部分:</p><p> ?。?)基帶供電電源VBAT接口</p><p> ?。?)PA供電電源VPA接口</p><p> (3)實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC備用電源VCOIN接口</p><p> ?。?)對(duì)外電源輸出
67、VIO接口</p><p> 其中VBAT和VPA接口是為GPRS模塊正常工作提供電壓的,供電電壓范圍為3.3V~4.2V,典型值為3.8V。GPRS模塊為外部供電電源提供兩個(gè)VBAT引腳、兩個(gè)VPA引腳以及十四個(gè)GND腳,當(dāng)模塊正常工作時(shí),需要保證所有引腳的有效連接。</p><p> 由于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在的差異,當(dāng)GPRS模塊達(dá)到最大發(fā)射功率時(shí),電源瞬時(shí)電流峰值可能達(dá)到2A左右,此
68、時(shí)將會(huì)導(dǎo)致VBAT和VPA電壓跌落,因此,必須確保VBAT和VPA在任何情況下電源電壓跌落不低于3.3V,否則可能將導(dǎo)致模塊出現(xiàn)重啟等異常狀況。</p><p> 針對(duì)外部供電電源,使用電流輸出能力大于2A的LDO或者開(kāi)關(guān)電源,然后在模塊的電源端口處并聯(lián)3個(gè)220μF的電容。為了減小走線阻抗對(duì)電壓跌落的影響,應(yīng)該盡量縮短VBAT的走線。</p><p> 下圖為VBAT和VPA供電電路
69、原理圖:</p><p> 圖5-5 VPA和VBAT原理圖</p><p> GPRS控制信號(hào)接口:</p><p> GPRS模塊LCC接口的控制信號(hào)包括1、開(kāi)、關(guān)機(jī)接口信號(hào)TERM_ON 2、硬件復(fù)位接口信號(hào)RESET 3、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示LED_STATUS。</p><p><b> 輸入控制接口:</b>
70、</p><p> 輸入控制接口部分,GPRS模塊主要實(shí)現(xiàn)硬件復(fù)位和開(kāi)/關(guān)機(jī)控制的功能。TERM_ON管腳實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)機(jī)功能。當(dāng)TERM_ON持續(xù)1~2S低電平狀態(tài)時(shí),開(kāi)機(jī);而開(kāi)機(jī)后,如果TERM_ON再出現(xiàn)1~2S低電平狀態(tài)時(shí),進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。RESET腳用來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊的硬件復(fù)位功能,當(dāng)出現(xiàn)模塊軟件死機(jī)的情況,通過(guò)將RESET腳拉低超過(guò)10ms,模塊就進(jìn)行硬件復(fù)位。</p><p> 圖5
71、-6 輸入控制接口原理圖</p><p> 5.3.2 設(shè)計(jì)注意點(diǎn)</p><p> ?。?)為了降低通路阻抗對(duì)電壓跌落的影響,在PCB上應(yīng)盡量縮短VBAT以及VPA的走線。</p><p> ?。?)RESET以及TERM_ON信號(hào)較為敏感,應(yīng)該在靠近RESET和TERM_ON引腳處添加10nF的濾波電容,而且在PCB走線時(shí)長(zhǎng)度應(yīng)不超過(guò)20mm,同時(shí)要保證距離板
72、子邊緣至少有2.54mm的距離,然后進(jìn)行包地處理,否則可能因?yàn)槭艿礁蓴_而導(dǎo)致GPRS模塊復(fù)位。</p><p><b> 5.4 SIM卡</b></p><p> MG323-B模塊上沒(méi)有留出SIM卡座,因此需要我們自己在接口板上放置SIM卡座,電路原理圖如下:</p><p> 圖5-7 SIM卡原理圖</p><
73、p> 5.4.1 設(shè)計(jì)注意點(diǎn)</p><p> SIM卡座連接到GPRS模塊上的PCB走線不應(yīng)超過(guò)100mm,否則可能因?yàn)樽呔€過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致波形發(fā)生畸變,從而影響信號(hào)質(zhì)量。</p><p> 在SIM_VCC與地端之間應(yīng)接一個(gè)100nF或220nF的電容進(jìn)行濾波。在SIM_DIO、SIM_CLK、SIM_RST與地端之間應(yīng)并聯(lián)33pF的電容來(lái)濾除射頻信號(hào)的干擾。</p>
74、<p><b> 5.5天線接口</b></p><p> GPRS模塊提供一個(gè)天線焊盤(pán)來(lái)連接外部天線,原理圖如下:</p><p> 圖5-8 天線原理圖</p><p> 其中,在PCB布線時(shí)應(yīng)注意阻抗匹配,以及在走線兩邊留地孔,降低干擾。50歐姆阻抗匹配計(jì)算方法:</p><p> ∝
75、 (5-1)</p><p> 電纜的趨膚效應(yīng)損耗L與總的趨膚效應(yīng)電阻除以特性阻抗Z0成正比關(guān)系,其中,</p><p><b> ?。?-2)</b></p><p> ER為絕緣層的相對(duì)介電常數(shù),值為2.25,=3.5911</p><p> 將公式5-2帶入公式
76、5-1整理得:</p><p> L∝ (5-3)</p><p> 帶入數(shù)值解除特性阻抗為51.1歐姆,工程上為了好記,選取50歐姆作為阻抗匹配的值。在PCB走線上,長(zhǎng)度為823.1mil,寬度為40mil,使用阻抗匹配計(jì)算軟件算出阻抗為52歐姆,實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。</p><p><b> 5.6串口通
77、訊模塊</b></p><p> 5.6.1 串口通訊模塊設(shè)計(jì)</p><p> GPRS DTU 提供串口數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)換通信接口,包括 RS232、RS485、RS422 等串口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)成透明轉(zhuǎn)換方式,將串口上的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 TCP/IP 數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳送。通過(guò)超級(jí)終端類(lèi)似于 AT 指令方式或?qū)S迷O(shè)置程序來(lái)設(shè)置通信參數(shù)。支持自動(dòng)心跳,保持永久在線,DTU 包含了上電自動(dòng)撥號(hào)
78、、連接被斷開(kāi)前發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包保持永久在線等。這些功能為物流物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一信息無(wú)線感知體系建設(shè)提供了技術(shù)保障。 [10]</p><p> RS232是計(jì)算機(jī)上的的一種通訊接口,它是由EIA制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常情況下,RS232接口是有9個(gè)管腳或者25個(gè)管腳的形式。MAX3232作為RS232的電平轉(zhuǎn)換芯片,實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。</p><p> MAX3232
79、是一種雙組的驅(qū)動(dòng)器/接收器,芯片內(nèi)有一個(gè)電容性的電壓發(fā)生器以便在單5V供電時(shí)提供EIA/TIA-232-E電平。典型的RS-232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng),在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5~+15V,負(fù)電平在-5~-15V電平。</p><p> 5.6.2 MAX3232串口的電路連接圖</p><p> 圖5-9 串口原理圖</p><p> MA
80、X3232是做電平轉(zhuǎn)換用的芯片,標(biāo)準(zhǔn)的RS232電平很高,達(dá)到正負(fù)的12V,而常用的TTL電平最高也只有5V,如果相連的話(huà),必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,否則不能正常工作。</p><p><b> 5.7 PCB設(shè)計(jì)</b></p><p> 此 DTU 模塊的 PCB 設(shè)計(jì)采用雙面布局,雙層布線工藝,考慮到成本問(wèn)題,濾波電容未采用固態(tài)電容而直接使用價(jià)格較為低廉的電解電容。
81、在PCB設(shè)計(jì)部分,將電源、GPRS模塊以及MCU模塊的地都進(jìn)行了隔離[11],然后使用磁珠保持地的連接性,以此來(lái)減少各個(gè)模塊直接的干擾。各個(gè)分模塊的電源線優(yōu)先不限,并且進(jìn)行加粗設(shè)計(jì),地線采用全版雙面覆銅,地線之間進(jìn)行過(guò)孔項(xiàng)鏈,保證地線不限的連通性,同時(shí)也增加了GPRS模塊的抗干擾性和穩(wěn)定性[5]</p><p> PCB板設(shè)計(jì)好后,經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的電路板生產(chǎn)廠家進(jìn)行生產(chǎn),然后就需要進(jìn)行元器件的焊接及調(diào)試工作。<
82、/p><p> 首先用萬(wàn)用表檢查板電源和地之間是否出現(xiàn)短路現(xiàn)象,如果沒(méi)有,可先將與電源有關(guān)的元器件焊接在電路板上,在上電之前再次檢查。然后按照先小后大,先難后易的原則依次將其他模塊器件焊接上去。[7]</p><p> 第6章 模塊調(diào)試和參數(shù)測(cè)試</p><p> 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)完成和,需要對(duì)各個(gè)分模塊進(jìn)行調(diào)試,以及抗干擾性分析,保證模塊能夠穩(wěn)定、可靠地工作
83、。</p><p><b> 6.1模塊功能調(diào)試</b></p><p> ?。?)連上服務(wù)器,進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收:</p><p><b> 圖6-1數(shù)據(jù)接收</b></p><p> ?。?)連上服務(wù)器,進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送:</p><p><b> 圖6-2 數(shù)
84、據(jù)發(fā)送</b></p><p><b> ?。?)斷開(kāi)服務(wù)器:</b></p><p> 圖6-3 斷開(kāi)服務(wù)器</p><p> (4)進(jìn)入SET模式:</p><p> 圖6-4 進(jìn)入SET模式</p><p> ?。?)心跳包:將心跳包設(shè)置為20秒,每隔20秒沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送或接
85、收時(shí),心跳包將自動(dòng)被發(fā)送來(lái)保證與服務(wù)器的永久相連。</p><p> 圖6-5 設(shè)置心跳包</p><p> (6)模塊的復(fù)位初始化:</p><p> 圖6-6 模塊初始化</p><p> ?。?)斷開(kāi)服務(wù)器時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送,結(jié)果顯示服務(wù)器未連接:</p><p> 圖6-7 斷開(kāi)服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)</p&
86、gt;<p> ?。?)斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送,結(jié)果顯示服務(wù)器未連接:</p><p> 圖6-8 斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)</p><p> 6.2各種條件下的功能測(cè)試</p><p> ?。?)條件:沒(méi)有天線連接</p><p> 結(jié)果:能正常收發(fā),收發(fā)的頻率越高則信號(hào)越好。</p><p> (2)
87、條件:參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤</p><p> 結(jié)果:不能連上服務(wù)器</p><p> (3)條件:波特率設(shè)置錯(cuò)誤</p><p><b> 結(jié)果:顯示出現(xiàn)亂碼</b></p><p> ?。?)條件:有電話(huà)撥入時(shí)</p><p> 結(jié)果:此時(shí)不能進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù),電話(huà)掛斷后,之前的發(fā)送接收操作生效。&
88、lt;/p><p> 6.3 電氣參數(shù)測(cè)試</p><p><b> 表6-1 電氣參數(shù)</b></p><p> 注:連上服務(wù)器后,不斷進(jìn)行發(fā)送/接收/同時(shí)收發(fā)的電流值大小差不多</p><p><b> 結(jié) 論</b></p><p> 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸作為新興的無(wú)線技
89、術(shù)開(kāi)始被應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域了,選擇設(shè)計(jì)這個(gè)模塊正是基于其具有深遠(yuǎn)的發(fā)展意義。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯渴且粋€(gè)復(fù)雜且龐大的工程,其中牽涉到計(jì)算機(jī)組網(wǎng),無(wú)線射頻以及模擬的、數(shù)字的電路研究,需要了解的知識(shí)量是很大的,而且要求研究者花費(fèi)大量心血和時(shí)間來(lái)為之努力,不斷探索。</p><p> 雖然在設(shè)計(jì)模塊電路的時(shí)候經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算、研究和論證,在以32位cortex核單片機(jī)為控制器的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能,解決了不少
90、的問(wèn)題,但是仍然在很多方面值得作進(jìn)一步的探索和研究。由于能力和時(shí)間有限,本設(shè)計(jì)并沒(méi)有考慮到傳輸數(shù)據(jù)包存在的安全性和完整性問(wèn)題,不能保證在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不被外界因素攻擊或者被攻擊后如何進(jìn)行防御。而在網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性方面,</p><p> 本設(shè)計(jì)在系統(tǒng)抗干擾性的方面也還需要進(jìn)行更深入的探索等等。這些存在的不足,將是下一步進(jìn)行改進(jìn)和深入研究無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的方向。</p><p> 論文設(shè)計(jì)的
91、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求,但是還有許多完善和改進(jìn)的地方。該平臺(tái)下一步需要完善和解決的問(wèn)題主要有:[2]</p><p> 安全問(wèn)題:要使數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠的透明傳輸,必須要考慮其安全性問(wèn)題,而安全性問(wèn)題也一直是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸研究的一個(gè)熱點(diǎn)。由于模塊本身存在著電源、數(shù)據(jù)通信和微控制器處理數(shù)據(jù)能力的限制,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸在安全傳輸方面存在著很大的發(fā)展空間。</p><p> 通信距離:由于
92、本設(shè)計(jì)是在實(shí)驗(yàn)室完成,并沒(méi)有對(duì)通信距離進(jìn)行探索。在下一步的研究中將對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的通信距離進(jìn)行研究和考察。</p><p> 其他問(wèn)題:由于在設(shè)計(jì)中存在的失誤,造成了GPRS模塊的SIM卡座封裝錯(cuò)誤,實(shí)際使用時(shí)只能用漆包線連接對(duì)應(yīng)的電路。在接下來(lái)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)需要再仔細(xì)檢查,杜絕此類(lèi)低級(jí)錯(cuò)誤的出現(xiàn)。</p><p> 本文主要做了以下的工作:</p><p>&
93、lt;b> (1)硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p> 根據(jù)設(shè)備所要達(dá)到的功能進(jìn)行設(shè)計(jì),考慮到要使電源輸入電壓范圍盡可能的大,本設(shè)計(jì)采用LM2596作為電壓轉(zhuǎn)換模塊。輸入電壓范圍能夠達(dá)到4.5到64V,而輸出電壓可調(diào),最高能夠達(dá)到37V。輸入電壓范圍廣是本設(shè)計(jì)的一大優(yōu)勢(shì)。而以32位單片機(jī)為控制核的MCU設(shè)計(jì)符合可擴(kuò)展性的要求。本設(shè)計(jì)完全可以完成正常的數(shù)據(jù)透明傳輸。對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì),總的來(lái)說(shuō)
94、,整個(gè)設(shè)計(jì)模塊采用的器件功能強(qiáng)大,抗干擾性能力強(qiáng),集成度高,因此省去了不少的外圍控制器件,從而使電路得到了簡(jiǎn)化也因此提高了整個(gè)模塊的性?xún)r(jià)比。</p><p><b> ?。?)模塊的調(diào)試</b></p><p> 無(wú)線數(shù)據(jù)模塊設(shè)計(jì)完成后,進(jìn)行硬件和功能的調(diào)試是必不可少的。根據(jù)模塊的性能要求,還做了一些簡(jiǎn)單的測(cè)試,包括輸入電壓范圍測(cè)試,不同狀態(tài)下的輸入電流測(cè)試,測(cè)試的
95、結(jié)果符合模塊要求。總的來(lái)說(shuō),本設(shè)計(jì)綜合考慮了軟硬件方面的要求,搭配合理,盡可能優(yōu)化,使得模塊不僅可靠性強(qiáng)、靈敏性好,而且在使用的器件方面選材合適,大大地降低了設(shè)計(jì)成本,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性好、可持續(xù)發(fā)展的要求。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 郝記生,張曦煌.基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2008(20)
96、:5224-5226+5229.</p><p> [2] 單聯(lián)海.基于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)那度胧奖O(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].武漢理工大學(xué),2006.</p><p> [3] 趙慧.無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展及未來(lái)趨勢(shì)展望[J].信息通信,2011(3):123-124.</p><p> [4] 郭啟軍,張浩然,姜彬.基于GPRS的嵌入式無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
97、應(yīng)用,2008(12):69-72.</p><p> [5] 謝曉暉.DTU模塊在無(wú)線抄表系統(tǒng)中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].機(jī)電技術(shù),2012(2):2-5.</p><p> [6] China Zhong Zheng Dept.of Automation Xiamen University Xiamen China Zhen yu dept.of automation xiamen un
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99、學(xué),2004.</p><p> [8] China Li Qi School of Information Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou China Zhang Ku School of Information Engineering,,Inner Mongolia University of S
100、cience and Technology Baotou..GPRS DTU Software Design Based On μCOS-II[J]. 2011.</p><p> [9] 劉志雄,余臻,陳燕萍.GPRS DTU數(shù)據(jù)中心的通信設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2007(12):23-24+26.</p><p> [10] 林興志.物聯(lián)網(wǎng)物流統(tǒng)一信息系統(tǒng)DTU無(wú)線感知控制模型
101、[C]//Scientific Research Publishing,USA(美國(guó)科研出版社),2011.</p><p> [11] 周思遠(yuǎn).短距無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸及接口技術(shù)[D].南京信息工程大學(xué),2008.</p><p><b> 謝辭</b></p><p> 首先要感謝福州福大海矽微電子有限公司為我提供的硬件設(shè)計(jì)環(huán)境和平臺(tái),福大海
102、矽微電子有限公司是由福州大學(xué)參與投資創(chuàng)辦的高科技公司,專(zhuān)門(mén)從事集成電路專(zhuān)用新品機(jī)器控制軟件的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與銷(xiāo)售,并為國(guó)內(nèi)電子產(chǎn)品制造商提供產(chǎn)品的軟硬件整體解決方案,是一家擁有一支富有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的集芯片設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)及售后服務(wù)為一體的技術(shù)團(tuán)隊(duì)和一支優(yōu)秀的企業(yè)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)團(tuán)隊(duì)。</p><p> 然后感謝校內(nèi)導(dǎo)師魏云龍對(duì)我選題方面的指導(dǎo)以及各方面的鼓勵(lì)。感謝校外導(dǎo)師袁文斌工程師為我提供了完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所需要的大量資料以
103、及對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行的指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,袁文斌工程師在各方面都給予我很大的幫助和支持。從選題到完成,每一步都傾注了導(dǎo)師大量的心血。</p><p> 本設(shè)計(jì)和論文的完成,離不開(kāi)各位老師、輔導(dǎo)員、朋友的關(guān)心、幫助和指導(dǎo),同時(shí)也向參加論文評(píng)審的專(zhuān)家老師們表達(dá)我最衷心的感謝!</p><p> 光陰似箭,一眨眼,四年的大學(xué)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲,回首走過(guò)的歲月,心中充滿(mǎn)了感激之情,既有對(duì)他人的感激也
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