GPRS無線通信模塊MC35i及其外圍電路設(shè)計(jì)

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，無線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，采用先進(jìn)的GPRS技術(shù)的無線監(jiān)控管理系統(tǒng)，集計(jì)算機(jī)、通信、機(jī)電、自動(dòng)控制等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，成功實(shí)現(xiàn)了對無線分布式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理和靈活部署，解決了傳統(tǒng)控制由于沒有通訊功能，而無法實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控的問題，以及沒有或無法解決實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)量處理的問題。因此移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)也逐漸倍受關(guān)注，本文提及的MC35i模塊屬于無線通訊核心模塊，是結(jié)合語音、數(shù)據(jù)傳輸、簡訊服務(wù)及傳真等功能的高科技產(chǎn)品。此模塊功能強(qiáng)大，利用此無線模塊的通訊產(chǎn)品便能夠很好地在客戶端進(jìn)行系統(tǒng)整合的規(guī)劃。目前該無線模塊的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，主要包括：

　　(1)移動(dòng)應(yīng)用，如個(gè)人數(shù)字助理、智能型手機(jī)、上網(wǎng)板、及筆記型計(jì)算機(jī)；

　　(2)交通運(yùn)輸，如衛(wèi)星定位系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、車隊(duì)管理系統(tǒng)、汽車保安系統(tǒng)等；

　　(3)工業(yè)用途，如無線公用電話、無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程儀器電表傳訊等。

　　文中所述的設(shè)計(jì)結(jié)合單片機(jī)或者ARM嵌入式控制可以完成GPRS數(shù)據(jù)流傳輸短消息收發(fā)、語音傳輸、與Pc機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，已?yīng)用在基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娏€監(jiān)控系統(tǒng)中。

　　1 MC35i模塊

　　MC35i是Siemens公司推出的新一代無線通信GPRS模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù) (Short Message Service)和傳真。模塊的工作電壓為3.3～4.8 V，可以工作在900 MHz和1800 MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W(900 M)和1W(1800 M)。該模塊包括了前期版本TC35的所有功能，同時(shí)新增加了快速的GPRS技術(shù)，采用GPRS分時(shí)復(fù)用的CLASS 8標(biāo)準(zhǔn)，具有始終在線的功能且理論上傳輸速率最高可達(dá)171.2 kb/s，通信傳輸時(shí)延較小，最長不超過3s。

　　模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話，漫游檢測功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。

　　MC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為MC35i的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR 和EFR語音信道編碼。具體結(jié)構(gòu)可參考圖1。

圖1 MC35i功能框圖

　　2 外圍應(yīng)用電路

　　MC35i模塊的正常運(yùn)行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合。MC35i共有40個(gè)引腳，通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動(dòng)與關(guān)機(jī)電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。

　　(1)啟動(dòng)電路

　　啟動(dòng)電路由開漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電10 ms后(電池電壓須大于3 V)，為使之正常工作，必須在15腳(/IGT)加時(shí)長至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時(shí)間小于1 ms。啟動(dòng)后，15腳的信號應(yīng)保持高電平。如2圖所示，為啟動(dòng)電路產(chǎn)生的信號，從中可以看出10 m8的延時(shí)和100 ms的低電平。

圖2 啟動(dòng)信號下降沿

　　根據(jù)上面的分析，設(shè)計(jì)啟動(dòng)部分的參考電路如下：

圖3 啟動(dòng)電路

　　如圖3所示，當(dāng)Power ON腳電壓由低變高時(shí)，電容C1被充電左負(fù)右正。電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，此時(shí)電阻R1的電壓上正下負(fù)(當(dāng)UR1≥0.7 V時(shí))使Q1的發(fā)射結(jié)正偏，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，IGT腳處于低電平。當(dāng)POWER ON腳電壓由高變低時(shí)。電容C1開始放電，此時(shí)電阻R1的電壓上負(fù)下正使Q1的發(fā)射結(jié)反偏，晶體管截止，IGT腳處于高電平。顯然IGT腳在 POWERON腳電壓由低變高時(shí)處于低電平，GPRS模塊開機(jī)。根據(jù)引腳要求IGT腳電平在處于下降沿并保持低電平100 ms≤t≤1s后跳到高電平。所以這里對C1的容值，R1、R2、R3的阻值就有要求了，這時(shí)需要調(diào)整C1的電容值，R1、R2的阻值以滿足開機(jī)條件。為了方便說明，模塊開機(jī)電路電路圖可以簡化如下：如圖4所示，開關(guān)由a投向b，并在t=0前開關(guān)與a端相連時(shí)間足夠長達(dá)到穩(wěn)態(tài)，即Uc(0-)=0。由于電容電壓不能跳變，在開關(guān)投到b的瞬間，電容電壓仍為零。即C(0+)=0。且t≥0時(shí)RC電路與電源相接，因此可以認(rèn)為是求零狀態(tài)響應(yīng)的問題。

圖4 啟動(dòng)電路簡介圖

　　當(dāng)開關(guān)投向b后電容電壓從零值開始充電，電壓逐漸上升，最后應(yīng)趨于穩(wěn)態(tài)值 。穩(wěn)態(tài)值是根據(jù)“電容相當(dāng)于開路”而確定為Us的。根據(jù)這樣的考慮，得出：

電容上的電壓上升，而電阻上的電壓逐漸下降，當(dāng)R1上的電壓降到0.7 V時(shí)，三極管將截止，因而要算出R1的電壓降到0.7 V時(shí)的時(shí)間。

　　UR1=i(t)×R1 (2)
　　由式1，2得：0.7= 5/(200×103)e-1/200×200×103。解得：t=255 ms。其中：r=R總×C+；R總=R1+R2=200Ω ；r=R總×C+=200×103 ×106=200 ms?？芍?00 ms≤255 ms≤1s符合系統(tǒng)要求。

　　(2)數(shù)據(jù)通信電路

　　數(shù)據(jù)通信電路主要完成GPRS數(shù)據(jù)流傳輸、短消息收發(fā)、與PC機(jī)通信、軟件流控制等功能。MC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合 ITU.T RS.232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS電平(2.65 V)。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)位，可以在300 bps-115 kbps的波特率下運(yùn)行，支持的自動(dòng)波特率為4.8 kbps―115 kbps(14.4 kbps和28.8 kbps除外)。MC35i模塊還支持RTS0/CTS0的硬件握手和XON/XOFF的軟件流控制。